Гидроштамповка – технология изготовления тройников бесшовной конструкции

ГИДРОШТАМПОВКА ТРОЙНИКОВ

В трубопроводных системах применяют тройники – детали, необходимые для технологически правильного соединения трёх труб или присоединения одной трубы к другой в виде ответвления. Различные требования к трубопроводам обуславливают обилие моделей необходимой арматуры, в том числе – тройников.

Разновидности тройников

При создании трубопроводных сетей используют несколько видов арматуры – отводы, тройники, переходы, запорно-регулирующие устройства. Это оборудование подбирают по технологическим и нормативным требованиям к системе. Вот несколько типичных групп трубопроводов, для которых применяют арматуру соответствующих стандартов:

1. Технологические системы общего назначения в промышленности и других областях хозяйства
2. Трубопроводы для сложных условий работы теплосетей
3. Системы для тепловых электростанций
4. Трубопроводы для объектов атомной энергетики.

Кроме различных областей применения, арматура трубопроводов, в том числе тройники, различаются по конструкции и способу изготовления, показателям прочности, диаметру и конфигурации. Тройники бывают равнопроходными и переходными.

Стадии гидроштамповки тройника

Тройники, изготавливают в соответствии с многочисленными ГОСТ, ОСТ и ТУ, которые регламентируют качества этих деталей для различных трубопроводных систем. Эти изделия представляют собой корпус, сквозь который проходит основной поток рабочей среды и горловину, расположенную под прямым углом к оси корпуса.

Если диаметры отверстий корпуса равны диаметру горловины, то такой тройник считается равнопроходным. Если диаметр горловины меньше двух других отверстий, то это – переходный тройник. Стандарты предусматривают несколько вариантов соотношения диаметров корпусов и горловины тройников. Обычно разница между этими диаметрами небольшая.

В ответственных системах применение отводов и тройников требует обоснования. В частности, важно, чтобы использование такой арматуры обеспечивало преимущества по сравнению с простым и непосредственным соединением труб при монтаже системы.

Изготовление тройников

В зависимости от требуемых параметров и качества тройники могут быть изготовлены в одной из нескольких технологий. Вот основные методы производства этих деталей:

• Сварные технологии
• Штампосварные методы
• Бесшовные технологии

Исходным материалом для изготовления тройников служит сталь требуемой марки. В качестве заготовок или полуфабрикатов чаще всего используются отрезки труб или листовая сталь.

В процессе изготовления используют резку, холодные и горячие методы формообразования, сварку, а также – механическую (абразивную) обработку кромок под сварочные швы.

Контроль качества

Тройники, работающие в системах с заданными параметрами, должны отвечать определённым стандартами требованиям качества. Вот несколько основных параметров, подлежащих контролю:

• Конструкция, геометрия и размеры
• Толщина металла
• Отсутствие дефектов и повреждений металла
• Качество сварочных швов
• Точность отверстий и обработки кромок.

Контроль качества осуществляют специализированные подразделения предприятий – изготовителей. Они обладают штатом специалистов и имеют средства неразрушающего контроля – аппаратур, материалы, технологии.

Компетентные независимые лаборатории неразрушающего контроля могут быть привлечены для проверки качества со стороны потребителя, в случаях аварий и для ответственного разрешения споров на предмет соответствия стандартам.

Технология гидроштамповки

Некоторые стандарты тройников предусматривают бесшовную конструкцию таких изделий. Сложность формы не позволяет использовать многие эффективные технологии горячего формоизменения – ковку, протяжку и прочее. В таких случаях используется технология гидроштамповки. Для бесшовной конструкции многих видов изделий гидроштамповка – единственно возможная технология изготовления.

Идея гидроштамповки

Применение технологии гидроштамповки – одна из разновидностей обработки металла давлением. Главная особенность такого метода состоит в использовании жидкого компонента, передающего давление от источника к заготовке. Вот что представляет собой техническая идея этого процесса:

• Обрабатываемую заготовку из листового металла помещают в прочную и жёсткую оправу – матрицу, поверхность которой является моделью требуемой формы. С обеих сторон заготовки имеется свободный объём
• С противоположной от модельной поверхности стороны заготовки свободный объём заполняют жидким компонентом, наполнителем
• К наполнителю прилагают давление, деформирующее листовую заготовку и вынуждающее её принять форму модельной поверхности.

Давление, прилагаемое к жидкому или эластичному наполнителю, действует не в одном, а во всех направлениях. Это принципиальное отличие гидроштамповки от других технологий обработки металла давлением открывает самые широкие перспективы этой технологии. Использование в качестве заготовки труб и других полуфабрикатов позволяет использовать эту технологию для изготовления объёмных деталей сложной конфигурации.

Важным достоинством такой технологии считается относительная простота оборудования и оснастки, позволяющие модифицировать производственные процессы оперативным образом. Недостатком считается сложность обеспечения одинаковой и равномерной толщины получаемой детали. Чаще всего чрезмерное уменьшение толщины изготавливаемой детали наблюдается в средней её части.

Интересно, что гидроформинг или гидроформирование, технологические понятия более общего порядка, чем гидроштамповка – важное направление в металлообработке. Эти технологии используют не только для работы с мягкими цветными металлами, но и для обработки сталей, в том числе углеродистых и низколегированных.

Технология гидроштамповки тройника

Идея гидроштамповки заключается в том, что в качестве заготовки тройника используется фрагмент бесшовной трубы. Воздействие на заготовку давлением позволяет придать такой заготовке непростую форму тройника.

Работа оборудования гидроштамповки тройников

Для приложения давления используется специальный жидкий состав, которым заполняют заготовку. Давление прилагается в две стадии – от внешнего источника и сжатием специальных пуансонов. Вот как это делается:

1. Заготовка размещается в специальную матрицу, внутренняя поверхность которой соответствует форме тройника. Матрица разъёмная, но в собранном виде она способна выдержать значительное давление
2. В оба торцевых отверстия матрицы корпуса будущего тройника вводят пуансоны. В одном из них имеется канал, через который объём заготовки заполняют рабочим жидким составом – наполнителем. В третье отверстие матрицы, предусмотренное для горловины, вводят ещё один пуансон, задача которого создать подпор – встречное давление, способствующее выполнению штамповки
3. Внешний источник давления – мультипликатор. Он создаёт повышенное гидростатическое давление наполнителя. После этого пуансоны с силой вдавливают внутрь полости будущей детали.

Работоспособность этой технологии основана на том, что сталь под действием высокого давления переходит в пластичное состояние и уступает давлению жидкого наполнителя. Тройник формируется, заполняя форму матрицы.

После завершения операции гидроштамповки у детали полученной формы срезают образовавшееся донышко горловины. Все три отверстия тройника обрабатывают до требуемой стандартом формы и точности.

Совершенство технологии

Интересно, что многие процессы такой технологии недостаточно изучены. Некоторые параметры и стадии изготовления тройников гидроштамповкой определены в основном эмпирическим путём. Тем не менее, эта технология не только применяется в изготовлении стандартных тройников, но и обеспечивает хорошие показатели качества получаемых изделий.

Одним из непростых этапов наладки такой технологии является установление правильного соотношения рабочего давления и подпора. Эти параметры, как и весь процесс изготовления тройников таким методом, зависят от марки стали, диаметра и типа тройника.

В современных условиях совершенствование этого метода осуществляется не одним только эмпирическим путём. Все шире используются методы компьютерного моделирования, применяемые и в других сферах использования обработки металла давлением.

Проверка

Тройники бесшовной конструкции рассчитаны на обеспечение высокой устойчивости к механическим нагрузкам и воздействиям. Эти достоинства во многом обеспечены именно бесшовной технологией. Неспроста именно такая, бесшовная конструкция тройника находит применение в самых сложных и ответственных системах, например – в космической отрасли.

Проверка качества тройников регламентируется стандартом. Этот процесс состоит из трёх компонентов:

1. Контроль исходного материала и проверки качества каждого технологического этапа
2. Оценка параметров готового изделия
3. Испытания.

Идея испытаний заключается в приложении нагрузок нужной интенсивности и оценке способности изделия сопротивляться их воздействию. Поскольку испытание не является неразрушающей технологией, его применяют к образцам, отбираемым от каждой партии тройников. Регламент такого отбора также задан стандартом.

Некоторые заказы на тройники отличаются повышенными требованиями к этим изделиям. Такое повышение требований допускается стандартами и оговаривается при заказе. Возможно также применение более тщательного порядка контроля качества и испытаний. Главное, чтобы полученные показатели и характеристики тройников были выше предусмотренных стандартами.

Выбор модели тройника

Решения о применении определённых моделей тройников и других деталей принимаются на стадии проектирования трубопровода. Эта стадия выполняется не только в отношении новых систем, но и при реконструкции существующих трубопроводов.

Подбор осуществляется при соблюдении требований ГОСТ, ОСТ, ТУ и других стандартов. Некоторые системы, работающие под высоким давлением, для пара и воды, на опасных производствах подлежат надзору контролирующими органами. Такие конструкции должны соответствовать не только стандартам, но и особенным требованиям надёжности и безопасности, выполнение которых обязательно.

В процессе определения нужного типа тройников или других деталей трубопроводов проектировщики или специалисты эксплуатирующих структур сопоставляют многие качества. Вот несколько примеров параметров тройников, важных для пользователя:

1. Стоимость
2. Геометрия и габариты
3. Точность подготовки отверстий
4. Собственный вес.

Если технические требования к трубопроводной системе допускают выбор, то специалисты могут сопоставить две или больше возможностей использовать тройники других стандартов. Базовое условие возможности замены или выбора изделий состоит в том, чтобы применяемый тройник обладал более высокими показателями и характеристиками, чем предусмотренный стандартом проектируемой системы.