ИНОВАЦИОННЫЙ ОПЫТ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

 А.В. Бурякин, В.М. Гусев, О.Ю. Елагина, А.А. Максимов

В статье приведено описание и основные технические характеристики линий механизированного нанесения защитных металлизационных покрытий на наружную поверхность трубных заготовок. Описаны технологические особенности напыления на гладкие и ступенчатые трубные изделия. Напыление защитных покрытий осуществляется для создания долговременной антикоррозионной защиты труб в условиях атмосферной и почвенной коррозии, а также для повышения теплофизических свойств изделий.

 Производство биметаллических конструкций – это перспективное направление развития машиностроительного производства, представляющее собой крупный резерв технико-экономического значения. Использование технологических методов изготовления биметаллических изделий за счет формирования высокостойких покрытий на их поверхности открывает широкие возможности по повышению работоспособности и долговечности ширококго перечня конструкций и их элементов.

Изготовление деталей с биметаллическим поверхностным слоем позволяет решить целый круг задач. Широкий перечень материалов разнообразного химического состава, применяемых для создания специализированных покрытий, создает предпосылки к резкому снижению интенсивности разрушения поверхностного слоя или изменению его эксплуатационных характеристик. В то же время нанесение на поверхность детали такого слоя позволит произвести замену средне и высоколегированных сталей на менее легированные и дорогостоящие.

Газотермическое напыление покрытий является способом создания на поверхности изделий защитных слоев с повышенными физико-механическими свойствами. Газотермическое напыление покрытий включает в себя ряд способов нанесений: электродуговой, газопламенный, плазменный и др. Способы отличаются источниками нагрева распыляемого материала. Все эти технологии содержат ряд обязательных операций, таких как, предварительная дробеструйная обработка поверхности изделия, нанесение покрытия и его последующая обработка.

Напыление покрытий наиболее целесообразно проводить для наружных поверхностей тел вращения, поэтому их часто используют для трубных заготовок [1].

В настоящей статье приведены некоторые результаты по созданию напыленных газотермических покрытий, опытные сведения по эксплуатации линий напыления, а также особенности примененного оборудования. Представленные материалы помогут разработчикам и сотрудникам эксплуатирующих организаций в выборе процессов и оборудования для создания защитных покрытий.

Среди широкого перечня возможностей в применении для создания покрытий методами газотермического напыления существенное место занимает нанесение цветных металлов на поверхность стальных изделий. Эти технологии позволяют обеспечить широкий спектр результатов в области повышения коррозионной стойкости и эффективности использования биметаллических трубных изделий.

Напыление газотермических покрытий цинка и алюминия создает долговременную антикоррозионную защиту стали в различных средах: атмосфере, пресной и морской воде, нефтепродукта. Срок службы покрытий согласно ГОСТ 9.304 составляет от 10 до 50 лет в зависимости от толщины нанесенного слоя.

В качестве примеров промышленной апробации представленных выше методов можно привести реализованных на объединении Пензхиммаш технологический процесс нанесения защитного антикоррозионного покрытия алюминия на трубы. Для создания напыленного слоя была запущена механизированная линия, оснащенная газопламенными проволочными металлизаторами и позволяющая одновременно обрабатывать две трубы (рис. 1).



 

Рис. 1 Линия нанесения антикоррозионного алюминиевого покрытия

 

Нанесение защитного цинкового покрытия на наружную поверхность чугунных труб для водоснабжения и канализации электродуговым напылением применяется на Липецком металлургическом заводе «Свободный Сокол». На предприятии организовано производство механизированного нанесения покрытия:  из накопителя трубы с наружным диаметром 100 мм подаются на рольганг, где они приобретают вращательно-поступательное движение через камеру металлизации, где работает стационарный электрометаллизатор ЭМ-19. Производительность напыления рассчитывали исходя из тока дуги 200-250 А, скорость подачи трубы выбрали равной половине диаметра пятна напыления. После обработки  трубы помещают в накопитель готовой продукции.

Особенностью процесса является то, что количество наносимого цинка составляет всего около 150 г/м2. Это потребовало увеличение скорости вращения трубы до 120 об/мин для минимизации разнотолщинности покрытия и обеспечения производительности обработки.

В ООО «НПО Фундаментстройаркос» (г. Тюмень) также была создана и запущена линия электродугового напыления. Антикоррозионное цинковое покрытие наносили на стальные трубы наружным диаметром 34 мм, предназначенные для изготовления систем термостабилизации грунтов в условиях вечной мерзлоты. Из накопителя трубы в автоматизированном режиме поступают на участки обработки: обезжиривание, дробеструйная очистка, электродуговая металлизация. Трубы с нанесенным покрытием складируются в накопитель готовой продукции.

Подача и укладка труб, включение металлизатора могут осуществляться в ручном или автоматизированном режимах. Общий вид линии и камеры металлизации представлены на рис. 2 и 3.

 Рис. 2 Общий вид линии металлизации труб диаметром 34 мм


 Рис. 3  Камера металлизации

 

В состав линии входят системы очистки аспирационного воздуха от железной пыли, образующейся в процессе дробеструйной обработки, и от цинковой пыли – в процессе металлизации.

Высокая степень автоматизации производственных процессов позволяет сократить количество операторов до 3 человек. Производительность выпуска труб с покрытием составляет до 100 м/ч.

На Московском опытном светотехническом заводе для нанесения антикоррозионного цинкового покрытия на наружную поверхность мачт освещения, представляющих собой ступенчатую трубу с диаметром нижней части 200-400 мм, а верхней -100-200 мм и длиной до 10 м, также была спроектирована и запущена в эксплуатацию линия механизированного напыления.

Предварительную дробеструйную обработку и напыление осуществляли раздельно на двух манипуляторах. Изделие закрепляли за концы и, вращая, пропускали через камеру дробеструйной обработки. Таким же образом наносили металлизационное покрытие. Дробеструйную обработку осуществляли с применением нагнетательных дробеструйных установок с емкостью бункера 150 л.

Нанесение цинкового покрытия проводили электродуговым способом с помощью стационарных аппаратов ЭМ-19. Так как мачта имела две ступени разного диаметра, то для обеспечения равнотолщинности покрытия обработку проводили в двух камерах двумя металлизаторами, работающими с разной производительностью. Толщина покрытия цинка составляла 120-150 мкм. Производительность линии составила 15-20 изделий в смену при численности работающих на участке не более 3 человек. Вид мачт с нанесенным покрытием цинка представлен на рис. 4.

Рис. 4  Мачты освещения с цинковым покрытием

На этой же линии было осуществлено нанесение покрытия из стали 12Х18Н10Т на наружную поверхность опытной партии обсадных труб нефтяных и газовых скважин для исследования их сцепления с цементной смесью в скважине. Проведенные предварительные лабораторные исследования показали, что нанесение металлизационного покрытия на трубные заготовки увеличивает прочность сцепления с цементной смесью в 2-2,5 раза по сравнению с необработанным металлом [2]. При нанесении покрытия на одном конце трубы была завернута муфта. Резьбу с другого конца трубы защищали экраном.

На опытном производстве ВНИИАвтогенмаш в течение ряда лет находилась в эксплуатации линия электродугового напыления капиллярно-пористых покрытий на трубные заготовки.

ВНИИАвтогенмаш разработал технологию напыления капиллярно-пористых покрытий электродуговым напылением. Нанесенное покрытие, обладающее развитой поверхностью увеличило коэффициент теплопередачи в условиях пузырькового кипения в 5-10 раз по сравнению с гладкой поверхностью. Напыление капиллярно-пористого покрытия  на наружную поверхность труб теплообменников дало возможность увеличить к.п.д. и уменьшить  габариты аппаратов производства кислорода.

В качестве основы для напыления использовали трубы длиной до 3 м наружным диаметром 20 мм с толщиной стенки 3 мм, изготавленные из меди и аустенитной стали 12Х18Н10Т. На медные трубы наносили покрытие меди, а на стальные трубы – покрытие алюминия или стали той же марки.

В этом технологическом процессе также использовалась схема подачи труб из накопителя в проходные камеры дробеструйной обработки и металлизации. Однако, при этом дробеструйную обработку осуществляли с помощью четырех непрерывно работающих инжекционных аппарата. Их отличительной особенностью являлось наличие дополнительного разгонного сопла, что обеспечивало в данном случае высокую производительность обработки и отсутствие перерывов в работе благодаря ее постоянной циркуляции.

Напыление капиллярно-пористых покрытий осуществляли с помощью стационарных электродуговых аппаратов ЭМ-12, которые работали одновременно и наносили полосы покрытия вдоль пропускаемой через камеру трубы. После нанесения покрытия трубы поступали в накопитель готовой продукции.

Таким образом, на основании имеющегося опыта промышленного производства биметаллических изделий можно отметить, что при нанесении защитных покрытий на наружную поверхность тел вращения хорошо себя зарекомендовали технологии газотермического напыления, обеспечивающие различную степень автоматизации процессов подготовки изделий и нанесения покрытий как на гладкие трубные заготовки одного диаметра, так и на ступенчатые трубные изделия.

 

Список литературы

1.    Войцеховский Е.В. Автоматизированная линия газотермического напыления антикоррозионных покрытий на трубчатые металлоконструкции и трубы. – Автоматическая сварка, 2001, № 8, с. 28-30.

2.    Патент № 2182646 от 14.03.2000  г. Способ герметизации нефтяных и газовых скважин.