Способ изготовления биметаллических цилиндрических изделий типа труб

 

Изобретение относится к технологии изготовления биметаллических цилиндрических изделий с внутренним плакирующим покрытием. Внутрь оболочки с зазором устанавливают заготовку из материала покрытия однослойно по всей длине или в виде многовитковой спирали, проводят пластическую деформацию заготовки посредством радиальной ковки с одновременным ее наружным охлаждением при степени деформирования 5 - 90% до соединения оболочки и заготовки по сопрягаемым поверхностям. В качестве заготовки используют листовой материал, выполненный из пластичного антифрикционного и/или антикоррозионного металла или его сплава. Изобретение направлено на повышение эксплуатационной надежности изделий, изготовленных из биметаллических труб, за счет увеличения прочности и жесткости конструкции, обеспечения строгой прямолинейности ее внутренней поверхности и достижения стабильной толщины внутреннего покрытия по всей длине при снижении толщины слоя внутреннего покрытия и одновременном увеличении его прочности. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к технологии изготовления биметаллических цилиндрических изделий типа труб с внутренним плакирующим покрытием и с повышенными требованиями прямолинейности изделия, его износостойкости, в частности корпусов цилиндров плунжерных насосов, трубопроводов для химической промышленности, для водопроводной сети и т.п., и может быть использовано на предприятиях, выпускающих нефтяное оборудование, трубные заготовки, военную технику.

Известен способ производства биметаллических труб в трубопрокатном производстве, включающий первичный нагрев полой центробежнолитой биметаллической заготовки до температуры 800-850^oС со скоростью 3,3-4,5 град/мин, последующий нагрев до температуры 1180-1200^oC со скоростью 2,7-3,3 град/мин и деформацию на пилигримовом стане на дорне с вытяжкой ± 9 (см. патент РФ N 2133160, кл. В 21 В 21/00, от 1998 г.). Указанный известный способ обеспечивает получение износостойких против абразивного износа биметаллических труб со слоями, имеющими различные механические свойства (при различной пластичности и/или коэффициенте объемного расширения).

Однако указанный известный способ не позволяет получить биметаллические трубы, внутренний плакирующий слой у которых выполнен из пластичного антифрикционного и антикоррозионного металла, т.к. используемые в этом способе режимы не позволяют обеспечить внутреннее покрытие в трубе с однородной стабильной толщиной и с постоянным диаметральным размером по всей длине, что делает конструкцию трубы ненадежной в эксплуатации, а в некоторых случаях - вообще неработоспособной.

Так например, использование такой трубы в химической промышленности в условиях агрессивных сред не гарантирует высокую степень антикоррозионной защиты трубопровода в течение длительного времени, т.к. неоднородная структура покрытия при неодинаковой толщине будет способствовать ускорению коррозионных процессов. А использование полученной известным способом биметаллической трубы с отклонениями диаметральных размеров внутреннего канала, для изготовления корпуса цилиндра плунжерного насоса, приведет к снижению эксплуатационной надежности насоса в целом, т.к. прямолинейность рабочих поверхностей цилиндра является необходимым условием работоспособности насоса. Кроме того, предлагаемый способ является трудоемким.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по назначению является способ производства биметаллических труб, согласно которому производят установку с зазором внутри оболочки трубной заготовки из материала покрытия, нагрев наружной оболочки, горячую деформацию с одновременным охлаждением внутренней трубной заготовки и последующее редуцирование до совпадения сопрягаемых поверхностей оболочки и трубной заготовки и обеспечения при этом зазора между наружной поверхностью внутренней трубной заготовки и внутренней поверхностью оболочки по всему периметру (см. авт. св. РФ N 1332675, кл. В 23 K 20/04, от 1984 г.).

Недостатками указанного известного способа являются следующие: - наличие зазора у биметаллической трубы, полученной известным способом, приводит к снижению жесткости и прочности, что недопустимо в случае эксплуатации изделия из такой трубы в осложненных, динамических условиях; - рекомендуемые в известном способе режимы не позволят получить внутреннее покрытие в трубе со стабильной толщиной и обеспечить его строгую прямолинейность, т.к. в случае выполнения оболочки и трубной заготовки из металлов с разными механическими свойствами, в частности пластическими, использование режима горячей деформации с одновременным охлаждением внутренней трубы приведет к неоднородному температурному воздействию в разных точках сопрягаемых поверхностей, а это может привести к снижению эксплуатационной надежности изделий, изготовленной из такой трубы.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности изделий, изготовленных из биметаллических труб, за счет увеличения прочности и жесткости конструкции, обеспечения строгой прямолинейности ее внутренней поверхности и достижения стабильной толщины внутреннего покрытия по всей длине при снижении толщины слоя внутреннего покрытия и одновременном увеличении при этом его прочности. Дополнительной целью является удешевление биметаллических труб.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления биметаллических труб, включающем установку с зазором внутрь оболочки заготовки из материала покрытия и последующую пластическую деформацию этой заготовки с одновременным ее охлаждением, новым является то, что в качестве заготовки используют листовой материал, выполненный из пластичного антифрикционного и/или антикоррозионного металла или его сплава, который устанавливают в оболочку по всей ее длине однослойно или в виде многовитковой спирали, а пластическую деформацию с одновременным наружным охлаждением заготовки осуществляют путем холодного деформирования радиальной ковкой при степени деформирования от 5 до 90% до соединения оболочки и заготовки по сопрягаемым поверхностям.

При этом холодное деформирование преимущественно осуществляют при вращении трубы от 20 до 40 об/мин, а радиальную ковку производят со скоростью не менее 0,2 м/мин.

Ни из патентной, ни их научно-технической литературы нам не известны способы изготовления биметаллических труб с указанной совокупностью признаков, что позволяет сделать вывод о новизне предлагаемого решения. Достижение поставленной цели обеспечивается, по-видимому, благодаря следующему.

Благодаря тому что в качестве материала покрытия используют пластичный металл или его сплав, характеризующийся антифрикционными и/или антикоррозионными свойствами, обеспечивается получение внутреннего покрытия с такими же высокими антифрикционными и антикоррозионными свойствами.

Благодаря же тому что в качестве материала заготовки используют листовой материал, обеспечивается простота сборки оболочки с заготовкой и исключается необходимость специально изготавливать внутреннюю трубную заготовку. А, кроме того, укладка этого листового материала внутрь оболочки однослойно по всей длине или в виде многовитковой спирали позволяет использовать в качестве заготовки как листы, так и ленты, что приводит к экономии материала, к удешевлению биметаллических труб и доступности способа.

А благодаря тому что заготовку из вышеуказанного материала покрытия подвергают холодному деформированию посредством радиальной ковки при заявленных в предлагаемом способе режимах, обеспечивается надежное деформирование заготовки с получением, наряду с очень тонким слоем покрытия, еще и стабильной его толщины по всей длине трубы, что приводит к строгой прямолинейности внутренней поверхности биметаллической трубы. При этом прочность материала покрытия увеличивается не менее чем в 1,5 раза. Кроме того, во время ковки благодаря пластичности материала последний будет "затекать" в поры, небольшие углубления внутреннего канала заготовки, обеспечивая получение этого канала со стабильными геометрическими параметрами, что в свою очередь обеспечит герметичность в работе с плунжерами и поршнями.

А выполнение беззазорным соединения оболочки и заготовки по сопрягаемым поверхностям делает конструкцию трубы более жесткой.

Реализация предлагаемого способа в промышленных условиях осуществляется следующим образом: - берут пустотелую оболочку в виде длинной трубы из низкоуглеродистой стали; - берут листовой материал из пластичного антифрикционного и антикоррозионного металла, например медь, латунь, бронза и т.п., в виде прямоугольного листа (полосы) или в виде ленты; - устанавливают заготовку внутрь оболочки с зазором (≈ 0,5 мм), а именно: лист металла в виде полосы (листа) укладывают однослойно внутрь оболочки, а ленту укладывают в виде многовитковой спирали с частичным нахлестом каждого последующего витка на предыдущий, причем направление навивки ленты противоположно направлению вращения трубы при последующей ковке, при этом размер заготовки выбирается исходя из возможности ее преобразования в замкнутый контур при холодном деформировании; - производят холодное деформирование заготовки радиальной ковкой, охлаждая ее одновременно наружную поверхность, при этом степень деформирования находится в пределах 5-90%; - деформирование производится до соединения оболочки и заготовки по сопрягаемым поверхностям.

Преимущественными режимами холодного деформирования являются скорость вращения трубы от 20 до 40 об/мин и скорость радиальной ковки не менее 0,2 м/мин.

Пример конкретного осуществления.

Для изготовления биметаллической трубы брали оболочку в виде длинной трубы длиной 3000 мм с наружным диаметром 60 мм и внутренним диаметром 46,1 мм из низкоуглеродистой стали марки Ст 20. В качестве заготовки брали лист из меди марки М1 в отожженном состоянии толщиной 0,5 мм и шириной 140 мм, который, согнув, устанавливали внутрь оболочки с зазором ≈ 0,5 мм в один слой по всей длине оболочки. Далее проводили холодную пластическую деформацию на дорне, имеющем форму конуса, способом радиальной ковки на радиально-ковочной машине бойками GM 50 со степенью деформации 40%, при этом выбор диаметра дорна радиально-ковочной машины определялся исходя из зазора между оболочкой и заготовкой и составлял 44 мм.

При этом режимы деформирования были следующие: - скорость вращения трубы 35 об/мин; - скорость радиальной ковки 0,5 м/мин.

Деформацию осуществляли до соединения оболочки и заготовки по сопрягаемым поверхностям, при этом производили охлаждение наружной поверхности заготовки, например, водой.

После деформирования получили биметаллическую трубу со следующими параметрами: толщина оболочки - 6,8 мм; внутреннего покрытия - 0,2 мм; длина трубы - 3600 мм.

Дальнейшие исследования полученной трубы показали, что:
- внутренний диаметр трубы стабилен по всей длине (отклонения ± 0,01 мм/м);
- толщина внутреннего покрытия практически постоянна на протяжении всей длины (отклонения ± 0,01 мм);
- внутреннее покрытие однородно, имеет требуемую чистоту обработки, соответствующую 8 - 9 классу шероховатости;
- прочность образовавшегося внутреннего покрытия в 1,8 раза превышает прочность первоначальной листовой заготовки из металла меди;
- жесткость биметаллической трубы увеличилась (доказательством этому явилось то, что биение на длине 3600 мм уменьшилось в 1,5 раза).

Аналогичным образом в промышленных условиях были получены биметаллические трубы с внутренним покрытием из различных пластичных металлов (латунь Л63; Бронза БРОФ 6,5 - 0,15 и т.д.).

Экспериментальные исследования этих труб также показали достижение указанных выше параметров.

Технико-экономические преимущества изделий, изготовленных из биметаллических труб, полученных предлагаемым способом, состоят в следующем:
- благодаря прямолинейности и постоянству внутреннего диаметра, высокой жесткости и прочности, обеспечивается надежная работа пары: цилиндр (изготовленный из этой трубы) - плунжер, в насосе, что увеличивает эксплуатационную надежность последнего;
- благодаря повышенной износостойкости, стабильной толщине внутреннего покрытия даже при малой толщине слоя его, обеспечиваются высокие защитные свойства трубопроводов из таких биметаллических труб в условиях агрессивных сред и даже при динамических условиях эксплуатации;
- благодаря малой толщине покрытия (как более дорогого материала) обеспечивается снижение стоимости изделия, изготовленного из этих биметаллических труб.

Формула изобретения

1. Способ изготовления биметаллических цилиндрических изделий типа труб, включающий установку с зазором внутрь оболочки заготовки из материала покрытия и последующую пластическую деформацию этой заготовки с одновременным ее охлаждением, отличающийся тем, что в качестве заготовки используют листовой материал, выполненный из пластичного антифрикционного и/или антикоррозионного металла или его сплава и устанавливаемый в оболочку по всей ее длине однослойно или в виде многовитковой спирали, а пластическую деформацию с одновременным наружным охлаждением заготовки осуществляют путем холодного деформирования радиальной ковкой при степени деформирования 5 - 90% до соединения оболочки и заготовки по сопрягаемым поверхностям.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что холодное деформирование осуществляют при вращении трубы 20 - 40 об/мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что радиальная ковка производится со скоростью не менее 0,2 м/мин.