книги из ГПНТБ / Биметаллические трубы

Благодаря этому представляется возможность вести расчет размеров слоев заготовок и передельных труб по заданным размерам готовых труб, так как коэффициент плакирования для заготовки и для пере­ дельной трубы равен коэффициенту плакирования для готовой трубы.

Плакирующий слой может располагаться внутри или снаружи трубы. Соответственно этому должны определяться коэффициенты плакирования. Различают объемный п и весовой п" коэффициенты плакирования. Определение объемного коэффициента плакирования дано выше. Весовым коэффициентом плакирования называется от­ ношение веса плакирующего слоя биметаллической трубы к весу всей трубы.

Кроме этого, различают минимальный, номинальный и максималь­ ный коэффициенты плакирования. Эти коэффициенты рассчитывают соответственно по минимальной, номинальной и максимальной вели­ чине плакирующего слоя готовой трубы. При определении коэффи­ циентов плакирования в расчет принимается номинальная суммарная толщина стенки S 0 готовой трубы. Допусками по толщине стенки,' а также по наружному и внутреннему диаметрам пренебрегаем, так как их влияние относительно мало.

Способ определения коэффициентов плакирования из соотноше­ ния толщин слоев, применяемый при производстве листового биме­ талла, непригоден при изготовлении труб, так как в последнем слу­ чае необходимо учитывать значительное влияние изменяющихся радиусов кривизны.

Для написания уравнений коэффициентов плакирования при­

21

Употребление некоторых из перечисленных величин с индексами н. шах и н. min указывает на применение их в номинальном макси­

После выражения площадей через диаметры готовых и передельных труб, а также двухслойных (биметаллических) заготовок получим: при внутренней плакировке

Из уравнения (Іа) следует, что при внутренней плакировке пв растет с увеличением толщины плакирующего слоя, с уменьшением общей толщины стенки и с увеличением наружного и внутреннего диаметров трубы. В пределе, с увеличением диаметра до бесконеч­ ности, п может приближаться к значению коэффициента плакиро­ вания для листового биметалла с такой же толщиной слоя и стенки. Наоборот, пв уменьшается с увеличением S 0 и с уменьшением h и dv

Из уравнения (2а) видно, что при наружной плакировке пн также растет с увеличением толщины плакирующего слоя, с уменьшением

22

общей толщины стенки и с уменьшением наружного диаметра трубы. Наоборот, он уменьшается с увеличением 5 0 и d0 и с уменьшением hx.

Коэффициенты «в и пн могут изменяться в широких пределах (от нуля до единицы). Крайние пределы (п = 0 и п — 1) указывают, что стенка трубы однослойная. Так, например, при пв = 0 труба состоит только из основного металла, при пв = 1 — только из пла­ кирующего металла.

В отличие от изложенной методики определения коэффициентов плакирования и размеров двухслойных заготовок и передельных труб могут применяться и другие, в основу которых закладываются другие соотношения (например, соотношение сечений слоев трубы). Вид уравнений и абсолютные значения коэффициентов плакирова­ ния будут иными, результаты расчетов по ним — такими же.

Номинальные объемные коэффициенты плакирования исполь­ зуются при расчете исходных размеров труб из обоих металлов, идущих на изготовление двухслойных заготовок, а также слоев биметаллических заготовок; минимальные и максимальные — при расчете пределов толщины плакирующего слоя на передельных би­ металлических трубах и заготовках, а также при расчете номиналь­ ных групповых коэффициентов при унификации размеров заготовок.

Коэффициент плакирования (по массе) выражается так:

или

При наружной плакировке

(5)

или

(5а)

23

Уравнения (4) и (4а), а также уравнения (5) и (5а) равнозначны, и можно пользоваться любым из них.

Таким образом, коэффициент плакирования (по массе) учитывает не только сечение слоев обоих металлов, но и их плотность.

При плотности плакирующего металла, превышающей плотность основного (упл >Уо). коэффициент плакирования (по массе) больше объемного (я" > я) и, наоборот, при упл < у0 я" < я.

Соответственно этому при упл > у0 масса одного метра биметал­ лической трубы больше массы одного метра трубы из основного металла и меньше массы трубы такого же размера из плакирующего металла. Наоборот, при упл ■< у0 масса одного метра биметалличе­ ской трубы меньше массы одного метра трубы из основного металла и больше массы трубы из плакирующего металла

Номинальные коэффициенты плакирования (по массе) исполь­ зуются для расчета потребного количества труб из плакирующего металла. При этом уравнением (3) удобно пользоваться при расчете коэффициента плакирования по массе исходных труб, а уравне­ ниями (4)—(5а) — при расчете по размерам готовых труб. Размеры готовых труб, в том числе толщины слоев, указываются в техниче­ ских условиях, поэтому я легко рассчитать. Наружные и внутренние диаметры двухслойных и биметаллических заготовок и передельных биметаллических труб выбирают с учетом применяемого технологи­ ческого процесса, технической характеристики используемого обо­

£ L — D, h — p

«2 — 2

Значения h2 и ht могут быть получены и из уравнения (2а). При наружном плакировании

Dp = y D l - n H( D l - D \ )

24

Если размеры одной из труб задаются, размеры второй могут быть рассчитаны по уравнениям (1) или (2).

При определении размеров труб двухслойной заготовки, собирае­ мой с зазором, последний следует учитывать. Во всех случаях, кроме способа взрыва, зазоры должны быть заданы минимальными, обеспечивающими лишь незатрудненную сборку труб. Величина зазора б зависит от способа изготовления труб, их длины и кривизны.

Коэффициенты плакирования и размеры труб двухслойных за­ готовок, собираемых с зазором, определяются следующим образом.

При внутренней плакировке

где D — 26 = D 2.

Зная лв, D 0 и D x и задаваясь б, определяют D:

D = У nBDl + (1 Ле) (Dl - 4ö2) -(-4(1 — лв)2 б2 + 2 (1 - лв) б.

( 10)

Тогда

(D —26) — Dj

/і4 2

Если 6 = 0, уравнение (10) приобретает вид уравнения (7). При наружной плакировке:

При использовании точеной заготовки малой длины (до 0,7 м) можно принимать б = 0,1ч-0,5 мм. Большие значения зазора вы­ бирают для более длинных двухслойных заготовок (0,5—0,7 м). При расчете заготовок для прессования биметаллических труб с пла­ кирующим слоем большой толщины зазором можно пренебречь, а при расчете относительно тонкостенных, но более длинных двух­ слойных заготовок (1—4 м) зазор (1—3 мм) необходимо учитывать.

Расчетные значения D и D 2 округляют в направлении некоторого повышения л против расчетного.

25

УНИФИКАЦИЯ РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВОК

Биметаллические трубы изготовляют широкого сортамента из разнообразных сочетаний металлов (сталь + цветные металлы). К качеству и точности размеров слоев биметалла предъявляют высо­ кие требования. Поэтому при выборе способа производства биметал­ лических труб необходимо оценить возможности способа в отношении удовлетворения требований по получению качественных труб при минимальном расходе дефицитных металлов, максимальном сокраще­ ний количества технологических переделов, применении минималь­ ного числа типоразмеров исходных труб и заготовок.

Выше отмечалось, что биметаллические трубы с различным соче­ танием металлов изготовляют с наружным диаметром от 6 до 550 мм и с толщиной стенки от 0,2 до 25 мм. В соответствии с ГОСТ 10192—62 бесшовные холоднокатаные и холоднотянутые биметаллические трубы сталь + медь должны изготовляться с наружным диаметром от 6 до 370 мм и с толщиной стенки от 1,5 до 10 мм.

С целью сокращения числа типоразмеров исходных труб из основ­ ного и плакирующего металлов предусмотрена определенная унифи­ кация толщин их слоев. Например, для труб сталь+медь в зави­ симости от суммарной толщины стенки толщина плакирующего слоя составляет: для труб диаметром до 22 мм включительно — от 0,4 до 1 мм, для труб диаметром более 22 мм — от 0,5 до 1,4 мм.

Разнотолщинность слоев зависит в основном от способа произ­ водства исходных труб и передельных биметаллических труб. Так например, при изготовлении двухслойных заготовок под горячую прокатку для основного слоя обычно используют горячекатаные трубы и для плакирующего слоя — холоднотянутые (холодноката­ ные), а под термодиффузионную сварку — только холоднокатаные трубы. Соответственно при производстве холоднодеформированных биметаллических труб из горячедеформированных разнотолщин­ ность слоев достигает 0,2—0,3 мм, при производстве же из передель­ ных труб, полученных термодиффузионным способом, 0,1 мм. Из из­ ложенного следует, что можно изготавливать трубы с переменной номинальной толщиной плакирующего слоя.

Ранее для изготовления труб по ГОСТ 10192—62 из горячеката­ ных передельных труб (например, с наружным диаметром до 135 мм и толщиной медного слоя 0,8 мм при суммарной толщине стенки трубы 2,5 мм и более и толщиной медного слоя 0,6 мм при суммарной толщине стенки 1,5—2 мм) требовалось около 70 типоразмеров горя­ чекатаных передельных и исходных труб (допуски на разнотолщин­ ность слоя и колебания номинальной его толщины были соответ­ ственно +0,3 мм и —0,2 мм в первом случае и ± 0,2 мм во втором). Изготовлять трубы из заготовок одного размера можно было только в случае близких значений коэффициентов плакирования.

Чем меньше разнотолщинность слоев при данном способе изготов­ ления труб, тем шире допустимое колебание номинальной толщины плакирующего слоя. Максимальное колебание для рассматриваемого случая наблюдается на трубах с наружным диаметром до 22 мм и

26

толщиной стенки 3 мм и более (0,6— 1,1 мм при использовании пере­ дельной горячекатаной заготовки и 0,5— 1,3 мм в случае передель­ ной заготовки, полученной термодиффузионным способом), мини­ мальное — на трубах диаметром более 22 мм при толщине стенки 1,5 мм (0,7—0,8 мм для горячекатаной заготовки и 0,6—1,0 мм для заготовки, полученной,термодиффузионным способом).

Унификация размеров исходных труб всегда связана с повышен­ ным расходом плакирующего металла, а в некоторых случаях и с до­ полнительными переделами. Мерилом для ее осуществления, как и для выбора способа производства труб, должна стать себестоимость продукции.

Широкие пределы допустимой номинальной толщины плаки­ рующего слоя позволяют группировать готовые трубы разных раз­ меров. Группировка может производиться по номинальным коэффи­ циентам плакирования с учетом диаметра готовых труб или по сум­ марной толщине их стенки. Соответственно для каждой группы можно определить один размер передельной трубы, двухслойной заготовки и исходных труб. При этом необходимо учитывать размеры труб, предусмотренные соответствующими стандартами. Сортамент передельных труб для холодной деформации следует определять с учетом возможностей оборудования для горячего и холодного переделов. В группы включают готовые трубы, которые можно изготовить из передельных труб одного минимального размера. Сокращение типоразмеров заготовок за счет включения в группы возможно большего числа размеров готовых труб при обоих методах унификации приводит к повышенному расходу металла.

Унификацию типоразмеров заготовок обоими способами поясним на примере изготовления биметаллических труб углеродистая сталь+ + медь (изнутри), выпускаемых в настоящее время по ГОСТ 10192—62 (наружный диаметр до 57 мм, суммарная толщина стенки до 5 мм).

При первом способе группировку производят по минимальным п н. mm и максимальным «н. max номинальным коэффициентам плаки­ рования, которые рассчитывают соответственно при минимальной h„ mln и максимальной /ін гаах номинальной толщине слоя каждого размера труб.

Значения hHmln и /ін max зависят от способа производства труб. Так, при изготовлении передельных труб способами горячей де­ формации:

27

При изготовлении передельных труб термодиффузионной сваркой:

В табл. 5 приведена группировка размеров биметаллических труб сталь + медь по минимальным и максимальным номинальным ко­ эффициентам плакирования части сортамента ГОСТ 10192—62, изготавливаемых из прессованных или горячекатаных передельных биметаллических труб, например размером 57Хбн-7 мм, обеспечи­ вающих минимальный цикл по холодному переделу.

Чтобы определить допустимые пределы колебания номинальных коэффициентов плакирования для выбранной группы, надо из коэффи­ циентов, рассчитанных по наименьшему номиналу, выбрать макси­ мальный, а из рассчитанных по наибольшему номиналу — мини­ мальный. Для группы I они будут находиться в пределах 0,184— 0,218, для группы II — 0,279—0,326. В эти группы могут быть вклю­ чены и другие размеры труб, для которых номинальные коэффициенты плакирования находятся в указанных пределах.

В приведенном примере трубы 22 размеров объединены в две группы и могут быть изготовлены из передельных труб двух размеров.

Возможна и другая группировка. Если уменьшить выбранный предел минимального номинального коэффициента плакирования, можно уменьшить и расход плакирующего металла. Так, например, если ограничиться минимальным номинальным коэффициентом пла­ кирования «н. min = 0,154, то в группу будет включено не 11, а 7 размеров труб, что снизит перерасход меди, но увеличит число групп.

Расчет размеров исходных труб, из которых изготовляют двух­ слойные заготовки, необходимо производить по минимальному номи­ нальному коэффициенту плакирования (для группы I пн ш1п = = 0,184, для группы II пи mln = 0,279).

При втором способе группировку осуществляют по суммарной толщине стенки биметаллических труб. В каждую группу включают трубы с одинаковой толщиной стенки.

28

Для рассматриваемого примера трубы с наружным диаметром до 60 мм разбиты на 8 групп; толщина стенки их составляет 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5 и 5 мм. Для каждого размера труб рассчитаны коэффициенты плакирования в пределах минимально и максимально допустимых толщин плакирующего слоя через 0,1 мм. По результа­ там расчетов для каждой группы труб построены графики зависимости коэффициента плакирования от диаметра и толщины плакирующего слоя (рис. 1). В общем случае графики можно строить с изменением коэффициента плакирования от 0 до 1 и более широкого сортамента по диаметру и толщине стенки, что дает возможность использовать их для любого сортамента биметаллических труб, включая трубы с наружной плакировкой. Преимуществом таких графиков является то, что они исключают в дальнейшем необходимость расчетов коэф­ фициентов плакирования. На графиках сплошными линиями пока­ заны значения nmin и пшах, пунктиром — значения коэффициента

29