Файл: Биметаллические трубы..pdf

Решая полученное уравнение относительно контактного давления и подставляя в него значение АR из формулы (11), будем иметь

Для случая, когда сочленению подвергаются материалы с близ­ кими модулями упругости и коэффициентом Пуассона, равным при­ мерно 0,26, приняв Е„ = Es, т — 0,26, аг = 0,01 и а 2 = 0,024, преобразуем выражение следующим образом:

где

Анализируя формулы (13) и (14), видим, что контактное давление возрастает при увеличении предела текучести основного слоя и па­ дает при увеличении предела текучести и степени пластической де­ формации е2 плакирующего слоя. Иначе говоря, чем больше будет наклепан слой, со стороны которого прикладывается нагрузка, тем меньшие контактные давления возникнут в сочлененной паре труб. Аналогично влияние констант аг и а2 на величину контактного давления. Изменение контактного давления в зависимости от свойств сочлененных труб и их размеров представлено на рис. 10. С ростом X величина Рк/стт, н растет прямолинейно. Отрицательные значения Рк/аг н соответствуют области, в которой отсутствует контакт по­ верхностей (зазоры между слоями).

Увеличение а х при а 2 = const приводит к некоторому снижению контактных давлений, рост же а 2 при a t = const приводит к возра­ станию отношения Як/ат н. Это объясняется снижением величины упругой отдачи при росте а 2. Снижение а 2 и увеличение а х сдвигают область контакта в сторону больших значений X, т. е. контакт между поверхностями сочлененных труб возникает только при высоких значениях сгт.н в случае прочих равных условий (рис. 10 и 11).

55

область отсутствия контакта после деформации, а лежащие выше — область контакта поверхностей сочленяемых труб.

Решая выражение (14) относительно еа, получим формулу для определения допустимой деформации наружного слоя, обеспечиваю­ щей сохранение контакта слоев:

Так, например, для сочленения наклепанной нержавеющей стали Х18Н10Т с термически обработанным армко-железом (А = 5, а 2 = = 1,2, а 1 = 1,2) при необходимости создания контактного давления

66

в 21 МН/м2 (2,1 кгс/мм2) степень деформации наружного слоя дол­ жна быть (упрочнением основного нержавеющего слоя пренебрегаем):

Из формулы (15) видно, что чем большее давление нужно создать, тем меньше нужно деформировать слой, со сторонң которого прикла­ дывается нагрузка. Кроме того, чем интенсивнее упрочняется сталь при деформации, тем меньшей дефор­

жно подвергать предварительной деформации до 40—60%. Обжатие составленных в пары труб необходимо вести со стороны более пла­ стичного слоя, имеющего меньшую упругую деформацию. Степень деформации плакирующего слоя не должна превышать определенной величины, так как упрочнение его в процессе пластической деформа­ ции (волочения, раздачи) повышает упругую отдачу, что в свою оче­ редь снижает натяг, а следовательно, и контактные давления.

При изготовлении толстостенных двухслойных заготовок под горячую деформацию соприкосновение контактных поверхностей труб и требуемый натяг, как показал опыт, может контролироваться величиной деформации плакирующей трубы. Коэффициент вытяжки должен находиться при раздаче в пределах 1,02— 1,05, при волоче­ нии 1,02— 1,10. В последнем случае значение коэффициента вытяжки зависит от величины редуцирования наружной трубы по внутреннему

При этом процесс приведения контактных поверхностей в соприкос­ новение должен осуществляться с небольшим обжатием по толщине стенки.

Для изготовления биметаллических заготовок пользуются спосо­ бами центробежного литья, сварки—пайки в вакууме, сварки взры­ вом и термодиффузионной сварки.

57

С п о с о б о м ц е н т р о б е ж н о г о л и т ь я можно изготав­ ливать многие виды биметаллических заготовок широкого сорта­ мента — по диаметру от 83 до 900 мм, по толщине стенки от 10 до 250 мм и длиной от 1 до 4 м. Получить биметаллические заготовки с наружным относительно легкоплавким металлом, например мед­ ным, невозможно. Нельзя также отлить биметаллические заготовки без загрязнения внутреннего слоя металлом наружного, особенно границы раздела (например, меди железом). Невозможно получить литьем наружный слой с высоким, а внутренний — с очень низким содержанием углерода. После литья необходима обточка и расточка заготовок с учетом фактического раздельного диаметра, что при серий­ ном производстве, вызывает определенные трудности и приводит к повышенным потерям металла. Значительные же колебания разме­ ров заготовки нежелательны для последующего передела. Литые биметаллические заготовки большинства сочетаний металлов могут быть успешно использованы при переделе их в трубы. В ряде же случаев технологический процесс переработки их в трубы ослож­ няется наличием литой структуры (например, биметалл сталь 10 + + бронза Бр 0Ф7—0,2, сталь 10 + никель и сплавы с высоким содер­ жанием хрома и других металлов).

Расчет размеров биметаллических труб осуществляют обычным методом, а при расчете литья следует учитывать припуски на механи­ ческую обработку.

С п о с о б о м с в а р к и — п а й к и можно изготовлять биме­ таллические заготовки многих видов. Технология сварки—пайки заключается в следующем. В предварительно нагретую наружную трубу вводят внутреннюю холодную трубу с нанесенным на нее легкоплавким подслоем. При нагреве сочлененной заготовки до тем­ пературы сварки, подслой, температура плавления которого ниже температуры сварки, переходя в жидкое состояние, заполняет все неровности между контактными поверхностями.

Достоинством этого способа является-возможность автоматиза­ ции технологического процесса. Кроме того, этим способом можно изготовлять биметаллические заготовки из металлов, нагрев которых допустим только в вакууме, например тугоплавких, а также из метал­ лов, образующих при непосредственном контакте хрупкие фазы, например сталь + титан, нержавеющая сталь + тугоплавкий ме­ талл и др.

К недостаткам способа относятся ограниченная длина заготовок (до 400 мм), что объясняется условиями их сборки, необходимость тщательной механической обработки исходных монометаллических труб, а также увеличение количества проходов при последующем холодном переделе.

Из-за отмеченных недостатков этот способ применяют в основном при изготовлении заготовок для малосерийных объемов производ­ ства, уникальных видов биметаллических труб, в том числе труб из тугоплавких металлов.

С п о с о б о м с в а р к и в з р ы в о м можно изготовлять прак­ тически любые биметаллические заготовки широкого сортамента.

58

Последующая переработка их до готовых размеров на действующем оборудовании для многих сочетаний металлов не вызывает затруд­ нений. Исключение представляют биметаллы, на границе раздела которых образуются хрупкие химические соединения или хрупкие растворы, получаемые вследствие оплавления контакта слоев при соударении контактных поверхностей.

Этим способом в основном получают биметаллические заготовки из металлов с большой разницей температур плавления. К ним, на­ пример, следует отнести биметалл сталь + алюминий.

При изготовлении труб с особо точными размерами слоев этот способ изготовления заготовки не рекомендуется из-за большой волнистости раздельного диаметра, которая сохраняется и в готовой трубе.

заготовки углеродистая сталь + цветные металлы, нержавеющая сталь + армко-железо ограниченного сортамента для последующего холодного передела их в готовые трубы. Наружный диаметр загото­ вок — до 80 мм, толщина стенки до 12 мм.

Возможно изготовление биметаллических заготовок больших размеров под горячую деформацию.

Г лава III

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ

СОЕДИНЕНИЕ СЛОЕВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ

БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ

Основным требованием, предъявляемым к биметаллическим тру­ бам, является наличие прочной связи слоев по длине и периметру трубы. Выполнение этого условия гарантирует высокие эксплуата­ ционные качества биметаллических труб, проведение без осложнения всевозможных технологических операций, таких, как гибка, раздача, отбортовка фланцев, завальцовка торцов.

В основе получения прочной связи слоев двухслойной заготовки лежит явление схватывания металлов, под которым понимают соеди­ нение металлов с образованием прочных металлических связей.

При разработке технологии и определении оптимальных парамет­ ров основных операций, к которым относятся подготовка контакт­ ных поверхностей, составление пар с определенным зазором, приве­ дение в контакт свариваемых поверхностей с образованием радиаль­ ных контактных давлений, нагрев при диффузионной обработке или для последующей совместной пластической деформации и, наконец, собственно приложение внешних сил (прокатка, взрыв), важно знать механизм сцепления и взаимосвязь условий соединения разнородных

59