Что такое грат на трубе

Что такое грат, способы его удаления и предотвращение образования в процессе сварки

В результате сварки металла образуется грат, который представляет собой расплавленный материал, застывающий в виде потеков. Поскольку металл обладает в жидком состоянии высоким поверхностным натяжением при одновременно низкой вязкости, зачастую просто невозможно удалить его излишки с помощью струи вспомогательных газов. Особенно часто грат образуется при разрезании лазером нержавеющей стали, обладающей высокой температурой плавления.

Удаление грата с наружной поверхности при сварке труб не представляет особой сложности и производится с помощью резаков, которые располагаются позади сварочной клети. Для удаления грата с внутренней поверхности труб, которая является более труднодоступной для обрабатывающего инструмента и, одновременно, затрудненным контролем качества процедуры, изобретено множество способов, отличающихся друг от друга эффективностью, стоимостью и технологией.

Механические способы: закатка и срезание грата

Закатка грата

Этот процесс происходит с помощью роликовой головки, перемещающейся по наплыву и разглаживающей его. Схема устройства довольно простая. На стойке, прикрепленной к станине гладильной клети формовочного станка, закрепляется тяга. Тяга соединяется таким образом, чтобы была возможность исключить ее смещения. К тяге посредством штифтового соединения монтируется корпус головки, оснащаемой двумя опорными и одним раскатывающим роликом.

Раскатка производится при нагревании сварной шовной зоны приблизительно до +600 °С. Такая температура дает возможность сохранить пластичность грата, избегая прилипания его частиц к роликам. Если температура будет ниже +500 °С, грат не будет растягиваться по внутренней поверхности трубы, а начнет вдавливаться в нее, нарушая структуру металла и вызывая в итоге микротрещины, что в свою очередь снижает прочность и повышает риск возникновения аварийной ситуации в процессе эксплуатации трубы.

Недостатками данного метода являются:

• пониженная прочность шва;
• неравномерность устранения грата и изменение толщины трубы;
• ускоренный износ подшипников роликов, как результат воздействия высоких температур.

Существует еще одна разновидность механизма, работающего по принципу, сходному с гратозакатывающим. Такие установки относятся к вибрационным и осуществляют своеобразное заклепывание грата. Под воздействием бока и при нагревании до температуры 1300 — 1350 °С, ролики не только раскатывают, но и расплющивают грат. Стоимость такого оборудования выше из-за большей конструкционной сложности, нежели в случае применения гратозакатывающих устройств первого типа. Вибрационные установки менее точные, требуют длительного и тщательного настраивания.

Удаление грата срезанием

Гратосниматели, оснащенные головкой с резцами нашли более широкое использование в промышленности. Конструкция их в большинстве случаев сходна с описанной выше гратозакатывательной машиной. Головка с резцами закрепляется в неподвижной стойке через тягу. У этих устройств основным недостатком является недостаточная степень поджатия резца к поверхности. Разные компании выходят из этой ситуации с помощью различных усовершенствований. Так, к примеру, гратосниматель Crownprince оснащается соплами, по которым в нижнюю часть подается воздух, обеспечивающий создание воздушной прослойки между корпусом головки и поверхностью трубы. За счет давления воздуха происходит увеличение нажима резцовой головки на грат.

Unated States Steel (американская компания) предлагает подвижную систему опускания и подъема резца с использованием для этой целигидравлического цилиндра, осуществляющего перемещение роликовой тележки, и рычажного механизма, соединяющего тележку с резцовой головкой посредством шарнира.

Термический метод удаления грата

Существуют модели гратоснимателей, использующие для удаления наплывов метод сжигания металла в струе кислорода. Штанга таких гратоснимателей состоит из двух труб: внутренней, служащей для подачи кислорода, и наружной. Между двумя трубками осуществляется подача воды, которая необходима для охлаждения штанги. Штанга заканчивается головкой, оснащенной штуцерами со сменными соплами и прижимным механизмом, состоящим из роликового упора, пружины пластинчатого типа и рычага. Роликовый упор обеспечивает необходимую величину зазора между поверхностью и соплами.

Сжигание грата происходит одновременно со сваркой. Для полноценного сгорания грата нужно, чтобы скорость процесса сгорания была такой же, как и скорость сваривания металла. Если подача кислорода уменьшается, грат сгорает не полностью. Это является одним из недостатков термического удаления грата. Другой, не менее существенный недостаток — налипание капель расплавленного металла на головку, что вызывает быстрое ее изнашивание.

Электрический и электрохимический способы гратоудаления

При пропускании электрического разряда между двумя электродами, расположенными по обе стороны грата, происходит его расплавление. Сам процесс электрокоррозии протекает в жидких средах, выбор которых зависит от того, насколько мощный заряд необходим. Весьма малопродуктивный метод, характеризующийся большим износом инструмента и низкой стабильностью.

Электролитический способ осуществляется при подаче под давлением приблизительно в 1,5 МПа раствора NaCl. Труба играет роль анода, а вводимый в зону грата стержень — катода. Растворение грата происходит при подаче электрического тока. Скорость растворения весьма низкая и таким образом можно обрабатывать в минуту швы длиной не более чем 0,2 м.

Как избежать образование грата?

Лучший метод избавления от грата – предотвращение его образования в ходе сварки. Для этого применяются подложки, которая с внутренней стороны трубы прижимается с помощью штанги и пружин в том месте, где происходит сваривание. Как вариант подложки может быть применен также газовый подпор с использованием инертного газа (аргона), подающегося через сопла газопроводящей трубки, находящейся внутри свариваемой трубы. Однако в этом случае есть вероятность возникновения пористости шва и других его дефектов, чего не наблюдается при использовании подложки.

Cнятие внутреннего кольцевого грата после стыковой сварки множественных стыков на большой протяженности трубопровода.

Спocoб cнятия грата c внутренних пoверхнocтей cварных швoв трубoпроводов и поршень-гратоcниматель

Авторы: Фазлетдинов Кадурий Абдрахимович, Муcабиров Альфред Абдулхаирович, Макcимов Евгений Алекcандрович, Струговец Сергей Анатольевич, Каримов Равиль Ракипович, Фазлетдинов Азамат Кадуриевич

Споcоб cнятия грата c внутренних поверхностей сварных швов трубопроводов и поршень-гратосниматель относятся к способам и устройствам для снятия преимущественно кольцевого грата и решает задачу расширения возможностей при одновременном обеспечении повышения производительности. Поставленная задача решается способом механического срезания, отличающимся тем, что срезание грата осуществляют кольцевым режущим инструментом со всей поверхности кольцевого шва одновременно, режущий инструмент перемещают внутри трубопровода, перемещение режущего инструмента производят под давлением воздуха или жидкости. Поставленная задача решается также поршнем-гратоснимателем, содержащим корпус с режущими головками и опорными катками, отличающимся тем, поршень выполнен в виде двух секций — головной и хвостовой, соединенных между собой с возможностью поворота относительно друг друга в трех измерениях, хвостовая секция содержит полый корпус с установленными на нем блоками из чистящих и опорных дисков, разделенных распорными элементами, головная секция состоит из корпуса, на котором установлены режущие головки, выполненные в виде пирамидальных прошивок с внешней режущей поверхностью, закрепленных между двумя дисковыми опорами, непосредственно к корпусу с передней стороны примыкают опорные катки и буфер, выступающий за пределы опоры катков. Поршень отличается тем, что поверхность прошивок выполнена с режущими кромками, направленными в сторону вершины пирамиды в виде серпантины, количество секций прошивок две, а прошивки в дисках установлены со сдвигом относительно прошивок другого диска. 3 ил.

При производстве электросварных труб их серьезным недостатком является наличие внутреннего грата, достигающего 3-5 мм по высоте, который затрудняет дальнейший передел, снижает эксплуатационные качества труб и ограничивает область их применения.

Известны способы удаления внутреннего грата при контактной стыковой сварке труб, реализованные в устройствах, описанных в [1, 2], заключающиеся в том, что внутренний грат удаляют механически срезанием специальным устройством, перемещающимся поперек трубы по линии вдоль шва и приводимым в движение установкой для стыковой сварки труб, т.е. находящимся в конструктивной связи со сварочным оборудованием.

Известно устройство для снятия внутреннего грата на трубах после сварки, описанное в [1], содержащее корпус с торцевым фланцем на одной стороне для крепления, вращающуюся с помощью привода на подшипниках качения планшайбу с режущими головками, снабженными держателями, режущим инструментом и опорными катками, механизм радиальной подачи режущего инструмента, механизм зажима трубы, гидравлическую систему питания и управления.

Привод радиальной подачи режущего инструмента осуществляется гидроцилиндром, управляемым механическим золотником, взаимодействующим своим роликом с упором, смонтированным на корпусе режущей головки. Устройство консольно крепится на обойме машины электроконтактной сварки труб.

Главным недостатком устройства для снятия внутреннего грата на трубах после сварки является узкая область его применения. Из-за консольного варианта его выполнения оно наиболее эффективно может быть использовано в стационарных полевых установках для сварки трехтрубных секций трубопроводов, работающих по челночной технологической схеме.

В передвижном комплексе Север-1 для электроконтактной сварки отдельных труб и трехтрубных секций диаметром 1420 мм в непрерывную нитку трубопровода внутритрубное оборудование оснащено спереди полой штангой с кабелем, питающим трансформатор мощностью 800 кВтА.

Вторым недостатком устройства является постоянная радиальная подача режущего инструмента на один оборот вращения планшайбы. В известном устройстве для снятия внутреннего грата она практически прямо пропорциональна времени взаимодействия ролика золотника с упором.

Форма и величина усиления электроконтактного сварного шва зависят от технологических параметров сварки и толщины свариваемых стенок труб. При этом ширина усиления возрастает по мере приближения к внутренней поверхности труб. В этой связи одинаковая радиальная подача режущего инструмента на оборот вращения планшайбы увеличивает время съема грата и нерационально нагружает привод вращения планшайбы устройства для снятия внутреннего грата на трубах после сварки.

Известно также устройство для снятия внутреннего грата на трубах после сварки [2], принятое за прототип, содержащее корпус с торцевым фланцем на одной стороне для крепления, вращающуюся с помощью привода на подшипниках качения планшайбу с режущими головками, снабженными держателями, режущим инструментом и опорными катками, механизм радиальной подачи режущего инструмента, механизм зажима трубы и гидравлическую систему питания и управления, согласно изобретению корпус выполнен из трех соединенных между собой частей и снабжен торцевым фланцем с другой стороны, средняя часть корпуса выполнена сварной с кольцевой и осевой полостями, планшайба с режущими головками, снабженными держателями, режущими инструментами и опорными катками установлена на средней части корпуса, механизм радиальной подачи режущего инструмента выполнен в виде размещенного внутри осевой полости средней части корпуса гидроцилиндра, жестко соединенной с корпусом гидроцилиндра и размещенной между подшипниками качения на средней части корпуса кольцевой втулки с наружной конусной поверхностью, и взаимодействующих с ней конических роликов и пружин возврата, установленных в ползунах, перемещающихся в направляющих втулках, смонтированных в планшайбе, и несущих режущие головки, при этом шток упомянутого гидроцилиндра закреплен на средней части корпуса, а корпус гидроцилиндра установлен с возможностью осевого перемещения, кроме того, режущий инструмент подпружинен относительно держателя.

Такое конструктивное выполнение устройства позволит монтировать его как консольно в стационарных полевых установках, так и в средней части, например в комплексе «Север-1».

Недостатками описанного способа и устройств, реализующих этот способ, являются ограниченные возможности, а также его сложность и высокая энергоемкость.

Описанные гратосниматели:

• работают в комплекте со сварочным оборудованием, что исключает их автономную работу, и, как следствие, ограничивают возможности применения;
• предназначены для труб строго одного диаметра, что ограничивает возможности их использования;
• имеют сложную и громоздкую конструкцию, что сказывается на их стоимости, а также на возможностях использования;
• конструктивное выполнение гратоснимателей предусматривает движение резцов, снимающих грат — по кольцевой линии, что обусловливает низкую скорость очитки и, как следствие, ограничивает скорость сварки, а это существенный недостаток для производства труб;
• имеют ограниченные возможности ввиду отсутствия возможности очистки длинных линий трубопроводов, содержащих множественные стыки труб.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является расширение возможностей способа снятия грата при одновременном обеспечении повышения производительности.

Поставленная задача решается способом снятия внутреннего грата с внутренних поверхностей сварных швов трубопроводов механическим срезанием, отличающимся тем, что срезание грата осуществляют кольцевым режущим инструментом со всей поверхности кольцевого шва одновременно, режущий инструмент перемещают вдоль трубопровода, перемещение режущего инструмента производят под давлением воздуха, инертного газа или жидкости.

Поставленная задача решается также поршнем-гратоснимателем, содержащим корпус с режущими головками и опорными катками, отличающимся тем, поршень выполнен в виде двух секций — головной и хвостовой, соединенных между собой с возможностью поворота относительно друг друга в трех измерениях, например, за счет шаровой шарнирной муфты, хвостовая секция содержит полый корпус с установленными на нем блоками из чистящих и опорных дисков, разделенных распорными элементами, головная секция состоит из корпуса, на котором установлены режущие головки, выполненные в виде пирамидальных прошивок с внешней режущей поверхностью, закрепленных между дисковыми опорами, непосредственно к корпусу с передней стороны примыкают опорные катки и буфер, выступающий за пределы опоры катков.

Поршень отличается также тем, что поверхность прошивок выполнена с режущими кромками, направленными в сторону вершины пирамиды.

Поршень отличается также тем, что количество секций прошивок две, а прошивки в дисках установлены со сдвигом относительно прошивок другого диска.

Способ снятия внутреннего грата на трубах после сварки механическим срезанием кольцевым режущим инструментом позволяет применять простое и дешевое оборудование для большой номенклатуры диаметров труб, на больших участках трубопровода с множеством стыков осуществлять снятие грата с большой скоростью.

На фиг.1 представлен заявляемый поршень-гратосниматель, на фиг.2 — секция прошивок, на фиг.3 — конструкция прошивок.

Поршень-гратосниматель содержит полый корпус 1 с установленными на нем блоками из чистящих 2 и опорных 3 дисков, разделенных распорными элементами 4, корпус в хвостовой части секции заглушен, корпус головной части 5, на котором установлены прошивки 6, выполненные в виде прямоугольных пирамидальных элементов с внешней серпантинной режущей поверхностью, поверхность выполнена с заострениями, направленными в сторону вершины пирамиды, количество секций прошивок равно двум, прошивки 6 закреплены между дисковыми опорами 7 и корпусом 5, диски стянуты стяжкой 8, непосредственно к корпусу с передней стороны примыкают шесть опорных катков 9, например из полиуретана, закрепленных на цилиндрической опоре 10, охватывающей буфер 11, выступающий за пределы опоры 10 катков 9, оба корпуса 1 и 5 соединены шарнирной муфтой 12, устройство оснащено обоймой магнитов 13 для захвата стружки, снимаемой прошивками в процессе прохождения по трубопроводу.

Прошивки 6 выполнены из высокопрочного материала, например из стали ХВГ, XГ, 9XC, X12М.

Очистку внутренних поверхностей трубопроводов осуществляют следующим образом.

Запасовку поршня-гратоснимателя в трубопровод начинают с головной части — корпуса гратоснимателя 5, имеющего шесть катков 9, сидящих на цилиндрической подшипниковой опоре 10, что позволяет легко вкатывать поршень-гратосниматель в трубопровод.

Далее производят запасовку хвостовой части поршня, при этом опорный диск 3, имеющий диаметр, несколько меньший диаметра трубопровода, проходит в трубу свободно, а чистящий диск 2 деформируется, обеспечивая плотное прилегание к стенкам.

Помещенный в очищаемый трубопровод поршень-гратосниматель двигается по трубопроводу вместе с потоком перекачиваемого продукта за счет разности давлений перед — и за поршнем, т.е. создается перепад давлений 0,04-0,05 мП. При этом опорные катки 9 обеспечивают движение по трубе устройства, снятие грата осуществляется двумя рядами прошивок 6, которые режущими кромками соприкасаются с поверхностью сварных швов трубопровода, срезая грат. Снятие грата осуществляется одновременно со всей поверхности кольцевого шва за счет кольцевого выполнения режущего инструмента — секций прошивок.

Выполнение прошивок в виде пирамидальных прямоугольников с серпантинной режущей кромкой обеспечивает интенсивное срезание грата, удаление его из зоны обработки осуществляется за счет магнитов 13.

За счет выполнения прошивок в два ряда со сдвигом обеспечивается высокая степень снятия грата.

Предложенное решение позволяет расширить возможности применения способа и устройства для снятия внутреннего грата на трубах после сварки за счет автономности оборудования.

Движение осуществляется за счет давления воздуха или жидкости на хвостовой поршень, что обеспечивает его использование в трубопроводах неограниченной длины. Это обстоятельство расширяет возможности применения способа и устройства.

Заявляемый способ и устройство просты в реализации, не требуют дополнительных источников энергии для прохождения поршня и проведения очистки от грата, обеспечивая прохождение по трубе со скоростью 25-30 м/сек, что значительно, в степенной зависимости, превышает скорости очистки вышеописанных устройств и иных известных аналогов.

Заявляемый способ и устройство универсальны с точки зрения использования в трубопроводах разного назначения, разных диаметров — от 500 до 1420 мм.

Заявляемое устройство эффективно и обеспечивает надежную работу в трубопроводах разной конфигурации за счет шарнирного соединения двух частей.

Источники информации
1. Патент США 4084484, кл. 90-24, 1978.04.18.
2. Патент РФ 2257989, МПК 7 В23К 37/08, 2005.08.10.

Что такое грат на трубе

При анализе процесса отделения проката при помощи кислородной резки был выявлен существенный недостаток: образование грата значительного размера, образующегося из-за стекания и застывания расплавленного металла из зоны резания, образующийся грат при дальнейшем транспортировании его по роликам приводит к значительному их износу.

Цель исследования – повысить качество поверхности торца за счет устранения грата после газокислородной резки непрерывно-литых заготовок.

Анализ причин образования грата. В основе газокислородной резки лежит использование химического процесса сгорания металла в кислороде и физического процесса выдувания жидких окислов из полости реза. Концентрированный нагрев используется для доведения металла до температуры воспламенения в кислороде.

Основными параметрами газокислородной резки являются: мощность подогреваемого пламени, давление и чистота кислорода и скорость резки. Мощность подогревающего пламени определяется расходом горючего газа в единицу времени. В процессе резания необходимо обеспечить быстрый нагрев металла до температуры воспламенения, а также поддерживать процесс разрезания без оплавления кромок [1].

Расход кислорода должен обеспечивать интенсивное окисление металла и удаление из него продуктов сгорания. При недостатке кислорода появляется (так же как и при избыточной мощности подогревающего пламени) неотделимый грат на нижних кромках реза, вследствие того, что часть расплавленного металла в полости реза не окисляется и попадает в шлак, который по этой причине прочно приваривается к кромкам при вытекании. При избытке кислорода происходит охлаждение им металла, тепло выносится из зоны горения и нарушается процесс резки [2].

Повышение давления режущего кислорода приводит к увеличению скорости его истечения из сопла мундштука, что обеспечивает удаление шлаков с фронтальной поверхности полости реза, а следовательно, к улучшению условий для окисления металла. За счет повышения давления режущего кислорода скорость резки может быть повышенная в несколько раз, но для этого требуются аппаратура и трубопроводы трасс, рассчитанные на это давление, и применение мундштуков только с коническими соплами при очень высоком качестве обработки их внутренних поверхностей [3].

Мощность подогреваемого пламени определяется тепловой мощностью окисления и сгорания металла в струе кислорода, а также тепловой мощностью сгорания природного газа в кислороде. Сумма мощностей должна быть больше мощности, необходимой для расплавления металла; иначе будет снижаться качество, скорость и производительность кислородной резки [4].

Мощность необходимая на расплавление металла вычисляется по формуле:

где, ΔH – приращение энтальпии стали, при температурах близких к температуре плавления, и равно разности температурой плавления стали равной 14000С и температурой, при которой проводился эксперимент равной 8000С, которые для стали 40 соответственно равны Н1400=1,34*106 Дж/кг и H800=0,55*106 Дж/кг; ν – скорость движения резака, в эксперименте она равна 7,5*10-3м/с; h – ширина реза, в работе она равна 0,01 м; d – диаметр заготовки, он равняется 0,41 м; ρ – плотность стали, для стали 40 она равняется 7,8*103 кг/м3. Подставляя полученные значения в формулу (1), получим, что мощность, необходимая для расплавления металла, равна 187,5 кВт.

Мощность, необходимая на окисление и сгорание металла в струе кислорода (окисление Fe до Fe2O3), рассчитывается по формуле:

где, HFe2O3 – тепловой эффект горения металла, для стали 40 он равняется 196*103 кал/моль или 36,6*106 Дж/м3; QК – расход кислорода, в нашем случае он равен 0,06 м3/с;

γ – чистота кислорода, в данном эксперименте, она равна 97% или 0,97. Подставляя значения в формулу (2) получим, что Wок = 2,1*103Дж/с или 2,1 кВт.

Мощность, выделяемая при сгорании природного газа в кислороде:

где, Нпр – тепловой эффект горения природного газа в кислороде, его значение равно 33*106 Дж/м3; Qпр – расход природного газа, в нашем случае он равен 5*10-3 м3/с. Подставляя значения в формулу (3), получаем, что Wгор= 165 кВт.

Так как Wпл. должен быть Wок+ Wгор, (187,5 > 165+2,1 кВт), т.е. мощности кислородной резки недостаточно для полной расплавки металла, вследствие чего и происходит образование грата на торцевой поверхности заготовки. На рис. 1 показано образование грата на торце непрерывно-литой заготовки, после газокислородной резки.

Рис. 1. Образование грата на торце непрерывно-литой заготовки после кислородной резки

Практикой установленo [4], что использование кислорода чистотой ниже 97 % недопустимо, так как нарушается нормальное протекание процесса окисления, и образования разреза происходит за счет расплавления металла и выдувания неокисленного железа струей кислорода. Установлено, что наиболее целесообразно и экономически оправдано применение при машинной кислородной резке кислорода чистотой не менее 99,2 %. При этом уменьшение чистоты кислорода на 1 % снижает скорость резки в среднем на 20 % [5].

Так как на ОАО «ВТЗ» используется газокислородная резка с чистотой кислорода 98,4 % и 97 %, то это также является причиной образования грата.

Были проведено экспериментальное исследование влияния чистоты кислорода на размеры грата при разрезании непрывно-литых заготовок. На рисунке 2 представлена диаграмма параметров образующегося грата, в зависимости от чистоты режущего кислорода.

Рис. 2. Параметры грата при газокислородной резке, в зависимости от чистоты режущего кислорода

Вывод. В ходе проведения работы были выявлены причины появления грата на поверхности заготовки после кислородной резки. К ним относятся недостаточная мощность кислородной горелки, недостаточное давление кислорода в сопле и низкая чистота содержания режущего кислорода. Для устранения грата предлагается: повысить мощность энергии кислородной резки, за счет установки дополнительных горелок; повысить давление режущего кислорода, за счет применения мундштуков с коническими соплами; и увеличить чистоту режущего кислорода с 97 % до 99,5 %.

Рецензенты:

Полянчиков Ю.Н., д.т.н., профессор кафедры «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», г. Волгоград;

Ханов Г.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедры «Начертательная геометрия и компьютерная графика» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», г. Волгоград.

Усовершенствование инструмента для удаления внутреннего грата с электросварных труб Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Михайлов Станислав Васильевич, Ковеленов Николай Юрьевич, Болотских Сергей Викторович

Выявлены основные факторы, определяющие работоспособность инструмента на операции удаления грата с электросварных труб. Разработаны новые конструкции кольцевых режущих пластин для удаления внутреннего грата, обладающие повышенной прочностью лезвия и улучшенным теплоотводом. Подобран состав твердого сплава, усовершенствована технология заточки и нанесения износостойких покрытий на кольцевые трубные пластины. Эффективность инструмента, изготовленного по новой технологии, подтверждена в производственных условиях. Применение режущих пластин повышает надежность и качество изготовления электросварных труб, при этом существенно снижаются затраты на изготовление инструмента. Исследования легли в основу создания новой линейки кольцевых пластин повышенной работоспособности.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Михайлов Станислав Васильевич, Ковеленов Николай Юрьевич, Болотских Сергей Викторович

Improvement tool for internal deburring of electrically welded pipes

The paper identifies the major factors that impact the performance of the tool during deburring operation during processing of electrically welded pipes. New round inserts for internal deburring applications are designed with improved blade strength and heat dissipation properties. Optimized hard metal composition is identified. Sharpening and wear-resistant coating deposition procedures for the round inserts for pipe deburring applications are optimized. The efficiency of the tool developed using the new technology is confirmed in running production environment. Application of the cutting inserts improves reliability and processing quality of the electrically welded pipes, and considerably reduces tool costs. The results of the R&D were used in development of the new line of higher-performance round cutting inserts.

Текст научной работы на тему «Усовершенствование инструмента для удаления внутреннего грата с электросварных труб»

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

для удаления внутреннего грата с электросварных труб

С. В. Михайлов, Н. Ю. Ковеленов, С. В. Болотских

Выявлены основные факторы, определяющие работоспособность инструмента на операции удаления грата с электросварных труб. Разработаны новые конструкции кольцевых режущих пластин для удаления внутреннего грата, обладающие повышенной прочностью лезвия и улучшенным теплоотводом. Подобран состав твердого сплава, усовершенствована технология заточки и нанесения износостойких покрытий на кольцевые трубные пластины. Эффективность инструмента, изготовленного по новой технологии, подтверждена в производственных условиях. Применение режущих пластин повышает надежность и качество изготовления электросварных труб, при этом существенно снижаются затраты на изготовление инструмента. Исследования легли в основу создания новой линейки кольцевых пластин повышенной работоспособности.

Ключевые слова: трубное производство, удаление грата, проектирование инструментов, кольцевые твердосплавные режущие пластины.

В настоящее время доля сварных труб в общем объеме производства труб значительно увеличилась. Современные методы сварки обеспечивают прочность сварного шва не ниже прочности основного металла, что позволяет использовать сварные трубы там, где раньше применяли только бесшовные. Сейчас сварные трубы успешно конкурируют с бесшовными на рынке обсадных труб, используемых для глубинных нефтяных и газовых скважин. Основными преимуществами сварных труб являются их технологичность, низкая себестоимость, повышенные геометрическая точность и качество поверхности трубы.

Технологический процесс производства пря-мошовных электросварных труб включает синхронизированные между собой механические операции разрезки рулонов на штрипсы (полосы заданной ширины), правки штрипсов, обрезки и сварки концов рулонов штрипсов между собой, формовки ленты, продольной сварки трубы токами высокой частоты, удале-

ния грата, калибровки по диаметру, отрезки на трубы заданной длины, обработки торцов трубы. Сбой в одной из операций этой цепочки приводит к остановке всего производства.

Большое влияние на непрерывную работу трубосварочного стана оказывает качество удаления грата с внутренней поверхности трубы. Серьезными недостатками являются необходимость своевременной диагностики инструмента и высокая трудоемкость замены режущей пластины. Неплановые замены пластины с вырезанием технологических окон в трубе приводят к длительным остановам стана и уменьшению выхода количества годных труб. В этой связи к работоспособности кольцевых пластин для снятия внутреннего грата предъявляются повышенные требования.

Грат — это расплавленный металл, который выдавливается в процессе деформации стыка на наружную и внутреннюю поверх-

новые материалы и технологии производства

Рис. 1. Удаление внутреннего грата с электросварных прямошовных труб (а) внутренним гратоснимателем (б)

ности трубы. При формировании труб диаметром 70-170 мм ширина грата колеблется в диапазоне 5-8 мм, толщина — 3-5 мм [1]. Внутренний грат удаляется методом строгания специальным инструментом (внутренним гратоснимателем), который состоит из штанги, снабженной направляющими роликами, резцедержателя и круглой режущей пластины. Режущая пластина располагается под углом к трубе и крепится в резцедержателе одним или двумя винтами (рис. 1). Диаметры пластин зависят от диаметра обрабатываемых труб. Рабочий радиус пластины рассчитывается по формуле

где d — диаметр режущей кромки пластины; g — угол наклона пластины.

В обозначении пластины указываются тип пластины (кольцо), код диаметра режущей кромки, рабочий радиус пластины, марка сплава.

Удаление грата ведется в экстремальных условиях с большими сечениями срезаемого слоя при высоких температурах. Основные причины неудовлетворительной работоспособности пластин — низкие износостойкость и прочность режущей кромки. Пониженная работоспособность проявляется в быстром износе пластины по ее задней поверхности и сколах режущих кромок. Из-за высоких температур резания и больших сечений среза часто наблюдается пластическая деформация лезвия пластины, выражаемая в опускании режущей кромки и появлении рисок на трубе.

Степень влияния геометрических параметров пластины на ее прочность предварительно оценивали по значению радиальных напряжений в теле резца (рис. 2) [2]: