Сегодня в мире выскотехнологические отрасли промышленности предъявляют жесткие требования к качеству трубы из цветных металлов. Соответственно, разработки ведущих зарубежных фирм идут по пути дальнейшего повышения качества сварного шва и готовых труб. В Украине также ведется организация нового такого мобильного мини-производства. Но перед его запуском необходимо продумать, кто станет потребителем такой продукции.
Область применения
Сварные трубы из цветных металлов с каждым годом находят широкое применение благодаря сочетанию высокой прочности и пластичности с коррозионной стойкостью, электро- и теплопроводностью, износостойкостью, усталостной прочностью, антифрикционными свойствами. Они широко применяются как товарные в таких отраслях промышленности, как атомная энергетика, ракетно-космическая и вычислительная техника, микроэлектроника, а также их используют в качестве передельной заготовки при изготовлении холоднодеформированных прецизионных труб малых размеров ответственного назначения.
В последние годы спросом пользуются сварные трубы широкой номенклатуры в том числе из:
· титановых сплавов размерами 6,0…140,0х1,0…30,0 мм
· бронз размерами 57,0х2,0 мм
· алюминиевых сплавов размерами 12…220х1,0…20,0 мм.
При производстве сварных труб из цветных металлов применяют следующие виды сварки: токами высокой частоты (ТВЧ), лазерная, автоматическая электродуговая, микроплазменная, аргонно-дуговая, дуговая с неплавящимся электродом, электронно-лучевая.
Технологические особенности
Медь и ее сплавы.
К сварным соединениям из чистой меди почти всегда предъявляют высокие требования по сохранению в металле сварного шва всего комплекса физических свойств: электропроводности, теплопроводности, плотности и коррозионной стойкости, т.к. эти изделия зачастую работают в тяжелых условиях эксплуатации. Поэтому в процессе сварки медь не должна загрязняться какими-либо примесями, влияющими на эти свойства. Особенно высокие требования предъявляются к сварке вакуумплотных швов в изделиях электронной техники, в энергетических установках, в узлах аппаратуры, работающей с внутренним охлаждением. Механические свойства сварных соединений определяются общими свойствами меди.
Сварка изделий из латуни сопровождается потерей цинка ввиду его высокой летучести (температура кипения 9070С).
Прогрессивными способами сварки медных и латунных труб является: дуговая сварка неплавящимся W- электродом в защитной атмосфере, аргонно-дуговая сварка «потолочным швом», сварка токами высокой частоты (ТВЧ).
Алюминий и его сплавы.
Часто применяемыми видами сварки труб из алюминия и его сплавов являются: сварка W-электродом в атмосфере инертного газа – при производстве спиральношовных труб, производстве тонкостенных трубчатых оболочек для волоконнооптических кабелей. Сварка плавящимся электродом в среде аргона – при изготовлении труб большого диаметра; сварка ТВЧ – при изготовлении труб из сложнолегированных сплавов и труб широкого сортамента взамен бесшовных для спортивного инвентаря, а также квадратных и прямоугольных труб. Наиболее распространенной является высокочастотная сварка.
Проведенный анализ показывает, что сегодня шире используют сварку ТВЧ, которая по сравнению с другими видами сварки обеспечивает значительно более высокие скорости (до 120 м/мин и более), возможность изготовления труб из сталей, цветных металлов и сплавов, уменьшение расхода электроэнергии на 1 т готовых труб. Кроме того, при сварке ТВЧ одно и то же оборудование можно использовать для изготовления труб из различных материалов, изменяя при этом только электрические и скоростные параметры процесса.
Среди большого числа фирм, занимающихся производством сварных труб из алюминиевых сплавов можно привести как наиболее крупные, следующие Elmtube (Великобритания), Eastom Aluminium (США), VAW (ФРГ), Fujikura (Япония).
Титан и его сплавы.
Необходимость получения сварных труб из титановых сплавов вызвана определенными трудностями изготовления прессованных труб, связанных, в первую очередь, с малой стойкостью инструмента, большим уровнем брака и невозможностью производства тонкостенных труб широкого сортамента, а также не экономичностью процесса. Для сварки титана применяют преимущественно сварку плавлением: дуговую в среде инертных газов (в камере и со струйной защитой), электронно-лучевую, вакуумно-дуговую полым катодом, лазерную, под флюсом).
Наиболее предпочтительное применение для этих целей имеют дуговая сварка в среде инертного газа и микроплазменная сварка. Главной трудностью при сварке титана является его высокая реакционная способность при температуре выше 600 0С. Источниками вредных примесей титана являются газы (O2, N2, H2 , CO2 и др.) и водяные пары. В результате, зона сварки должна быть тщательно защищена от взаимодействия с воздухом путем сварки в среде инертных защитных газов, под специальными флюсами, в вакууме.
Титан и его сплавы обладают большой вязкостью и склонностью к налипанию металла на инструмент, что значительно затрудняет процесс формовки трубной заготовки. Кроме того, для сварки титана требуется высокая чистота свариваемых поверхностей формуемой ленты.
Никель и его сплавы.
При нагреве никель не претерпевает никаких фазовых превращений, которые увлажняли бы его структуру. В промышленности в основном используют сплавы на никелевой основе, которые условно можно разделить на три группы: жаростойкие (нихромы) обладают повышенной стойкостью к коррозии в газовых средах при повышенных температурах (ХН78Т, ХН70Ю, Х15Н60); жаропрочные имеют повышенные прочностные свойства при высоких температурах (ХН67МВТЮ, ХН70ВМТЮ); коррозионно-стойкие (Н70МФ, ХН65МВ).
Для сварки никеля и никелевых сплавов применяют следующие способы сварки: газовую, ручную, дуговую, под флюсом, W-электродом в среде инертных газов, электронно-лучевую и диффузионную, плазменную. Сегодня, несмотря на накопленный мировой опыт по производству сварных труб из цветных металлов, усилия разработчиков многих фирм и предприятий направлены на создание новых и отработку существующих технологий и оборудования по производству сварных труб из цветных металлов.
Перспективные разработки
Разработки ведущих зарубежных фирм идут по пути дальнейшего повышения качества сварного шва и готовых труб, в целом, на основе оснащения трубоэлектросварных станов современными системами контроля качества, такими как ультразвуковые толщиномеры и дефектоскопы, оптико-электронные системы определения ширины шва, термоэлектрические системы, радиографический и лазерный контроль.
Определенных успехов в разработке технологий, производстве современного оборудования и собственно промышленном производстве качественных сварных труб из цветных металлов, что заслуженно позволило занять лидирующее место в мире, добились ряд зарубежных фирм.
· Mannesmann Demag (ФРГ) оказывает весь спектр услуг по планированию и проектированию комплексных установок и технических систем для изготовления сварных труб, строительству под «ключ» современных цехов и мини-заводов.
· Tungum Hydraulics (Великобритания) достигла прогресса в производстве сварных труб из перспективного сплава (латуни) системы Al-Ni-Si.
· Marcegaglia S.p.A. разработала прогрессивную технологию производства качественных сварных труб из сталей, алюминия и меди.
· Я-ро (Финляндия) достигла успехов в производстве сварных труб из титана и сплава системы 90Cu-10Ni.
· Keller (ФРГ) известна как разработчик и изготовитель высокопроизводительных трубосварочных агрегатов непрерывного типа с лазерной сваркой в среде аргона для производства труб размерами 17-114х1,0-4,0 мм.
· Dujardin Montbard Somenor (Франция) известна своим оборудованием для производства сварных труб из цветных металлов наружным диаметром от 100 до 406 мм.
· W.F.Oppermann (ФРГ) более 35 лет занимается разработкой и изготовлением оборудования для производства продольно-спиральношовных сварных труб. Изготавливает трубы с наружным диаметром от 6 до 273 мм и толщиной стенки от 0,2 до 8,0 мм, применяемые методы сварки: многокатодный WIG (TIG-способ), ТВЧ и лазерная.
Благодаря применению линии светлого отжига, интегрированного редуцирования и волочения сварных труб удалось увеличить длину готовых труб из легированной стали и титана для теплообменников и конденсаторов на 20 м.
Этой же фирмой запатентована линия производства холоднодеформированных прецизионных труб максимальным диаметром 60мм. С использованием этой линии возможно изготавливать полосу шириной 1320 мм, причем 10-метровая полоса такой ширины достаточна для одной прецизионной трубы среднего размера) по сквозной технологии согласно схемы «расплав – непрерывная отливка слябов – прокатка полосы – раскрой полосы по ширине – формирование полосы в трубы – сварка труб – холодная деформация». Предложенный технологический процесс предусматривает изготовление труб разных диаметров из ленты одного размера.
· МАS Seuthe GmbH (ФРГ) изготавливает специализированную линию, предусматривающую изготовление сварных труб диаметром 10-16 мм и с толщиной стенки 0,5-1,2 мм длиной 3-7 м по схеме «разделка полосы – формирование – сварка – редуцирование – отделка» с наматыванием холоднодеформированных труб малого диаметра (4,76-6,0 мм) на барабаны.
***
В Украине также ведутся разработки в этом направлении и планируется в ближайшее время организация нового мобильного мини-производства по изготовлению прецизионных сварных товарных и передельных труб из цветных металлов и сплавов на их основе.
Автор – Стасовский Юрий Николаевич, доктор технических наук, профессор Национальной металлургической академии Украины
Бизнес-портал uaprom.info предлагает всем заинтересованным сторонам – бизнесу, государству, науке – интенсифицировать диалог с целью повышения эффективности научно-технической и инновационной политики в ГМК. Для этого мы инициируем спецпроект «Отраслевая наука: реанимация через коммерциализацию», в рамках которого запланировано: интервью ученых, чиновников, бизнесменов, статьи-презентации научных разработок (обязательно апробированных на производстве). Если Вам есть что сказать, обращайтесь в редакцию портала: [email protected].