способ нанесения двусторонних металлических покрытий на трубы

Формула изобретения

Способ нанесения двусторонних металлических покрытий на трубы, включающий химическую подготовку поверхности, изгиб трубы в спиралеобразный бунт, индукционный нагрев, проводку изогнутой трубы через расплав металла-покрытия с захватом порции расплава во внутреннюю полость и охлаждение трубы, отличающийся тем, что изгиб трубы осуществляют перед химической подготовкой, а в расплав металла-покрытия вводят передний конец бунта с начальной скоростью, в 10 20 раз меньшей, чем рабочая скорость проводки через расплав.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и машиностроению, в первую очередь к нанесению двусторонних горячих покрытий на стальные тонкостенные трубы малых диаметров, и может быть использовано при нанесении горячих покрытий на стальные трубы, например, свинцом, оловом, цинком, алюминием и их сплавами, а также при нанесении покрытий на медные или алюминиевые трубы.

Известны способы нанесения горячих металлических покрытий, включающие химическую подготовку и погружение труб в расплав металла покрытия как в наклонном, так и в вертикальном положениях [1]

Эти способы не обеспечивают получения качественных покрытий труб диаметрами менее 15 мм.

Известен способ нанесения двухстороннего горячего покрытия на трубы, включающий химическую подготовку поверхности, сушку, изгиб трубы, предварительный индукционный нагрев трубы, проводку трубы в изогнутом состоянии через расплав металла покрытия, спрейерное охлаждение, выпрямление и правку труб [2] принятый за прототип, который обеспечивает высокую производительность обработки, позволяет покрывать трубы большой длины, обеспечивает снижение расхода энергии и цветного металла.

Однако он имеет следующие недостатки: ограниченный сортамент обрабатываемых труб, в частности, невозможность нанесения покрытий на трубы малых диаметров, например Ду 8-10 мм, высокоактивными сплавами алюминия с цинком и другими металлами и сплавами, поскольку при высокой скорости проводки таких труб через расплав металла (до 60 м/мин) они не успевают захватить в полость достаточный объем расплавленного металла для равномерного покрытия внутренней поверхности даже на длине 1 м; снижение скорости проводки (например, до 8-20 м/мин) увеличивает время контакта алюминия с покрываемым металлом (сталью), что существенно снижает качество покрытия из-за образования хрупких интерметаллидов (невозможность гибки и развальцовки готовых труб, отложение в покрытии твердых частиц интерметаллидов из-за накопления дроса в расплаве металла покрытия), уменьшение скорости проводки снижает производительность обработки; затруднено применение этого технического решения в линиях трубоэлектросварочных станов, поскольку скорость проводки труб в расплавленных металлах покрытий составляет не более 20 м/мин, а в трубоэлектросварочных станах скорость сварки 50-90 м/мин. Вследствие этого применение данного способа снижает производительность линии в 2-4 раза.

Цель изобретения расширение сортамента покрываемых труб путем обеспечения возможности нанесения покрытий на трубы малых диаметров, повышение производительности и улучшение качества покрытия внутренней поверхности.

Цель достигается тем, что в способе нанесения двусторонних металлических покрытий на трубы, включающем химическую подготовку поверхности, изгиб трубы в спиралеобразный бунт, индукционный нагрев, проводку изогнутой трубы через расплав металла-покрытия с захватом порции расплава во внутреннюю полость и охлаждение трубы, изгиб трубы осуществляют перед химической подготовкой, а в расплав металла-покрытия вводят передний конец бунта с начальной скоростью в 10-20 раз меньшей, чем рабочая скорость проводки через расплав.

Предварительный изгиб трубы в спиралеобразный бунт перед химической подготовкой поверхности с последующей проводкой его через расплав металла-покрытия позволяет упростить оборудование, так как появляется возможность изгибать трубу в бунт на отдельно стоящей вне линии покрытия установке.

Возможна также установка гибочной машины непосредственно в линии трубоэлектросварочного стана с намоткой цилиндрического спиралеобразного бунта трубы на барабан и проведение бунта через расплав металла-покрытия с барабана. Такое решение упрощает устройство для нанесения покрытий и снижает габариты линии.

Введение торца трубы в расплав с малой скоростью, в 10-20 раз меньшей, чем рабочая скорость проводки трубы через расплав, обеспечивает заполнение полости труб малых диаметров (8 мм и менее) порцией расплава металла-покрытия, достаточной для покрытия внутренней поверхности трубы.

Проводка же трубы через расплав металла с рабочей скоростью обеспечивает малое время контакта металла трубы с активным расплавом и не позволяет образовываться избытку интерметаллидов. При этом расплав металла-покрытия не засоряется дросом и обеспечивается повышенная толщина слоя покрытия внутренней поверхности из-за уноса при более высоких скоростях. Вследствие этого улучшается качество покрытия и, кроме того, достигается повышение производительности.

Предлагаемое изобретение позволяет расширить сортамент покрываемых труб в части уменьшения диаметров и увеличения длины, улучшить качество покрытий внутренней поверхности труб благодаря уменьшению слоя и вкраплений интерметаллидов в покрытие, а также повысить равномерность нанесения покрытия по периметру и повысить толщину слоя покрытия.

На чертеже приведена схема проводки трубы, изогнутой в цилиндрической спиралеобразный бунт, через расплав металла-покрытия.

На чертеже представлены: ванна 1 с расплавом металла-покрытия, трайб-аппараты 2 и 4, индуктор 3, спpейеp 5.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

В ванну 1 труба подается трайб-аппаратом 2 через индуктор 3. Покрытая труба захватывается трайб-аппаратом 4 и охлаждается спрейером 5. Шаг спирали t больше ширины ванны 1.

Передний торец трубы, погружаясь в расплав, захватывает внутрь полости порцию расплава тем большую, чем больше глубина h. При выходе трубы из расплава из заднего торца выливаются в ванну 1 остатки захваченной порции расплава.

При проводке труб могут быть установлены две и более ванн 1 с одинаковыми или разными расплавами металл-покрытия. Это дает возможность получать утолщенные и двуслойные покрытия.

Изменение скорости проводки трубы через расплав (сначала медленной, затем быстрой) осуществляют с помощью приводов трайб-аппаратов с двигателями постоянного тока; индукционный нагрев трубы по двум режимам в зависимости от скорости ее проводки осуществляют с помощью двух индукторов с индивидуальным питанием каждого индуктора; кроме того, при осуществлении способа навстречу торцу перемещаемой трубы при его входе в расплав направляют одну или несколько затопленных струй расплава металла-покрытия с помощью магнитогидродинамических насосов (МГД-насосов) с нагнетающим соплом (из волокнистой керамики или никельхромового сплава).

Этим достигается более полное заполнение полости труб и расширяет сортамент обрабатываемых труб.

П ри м е р. Покрытия по предлагаемому способу наносили на электросварные трубы D= 10х1 мм длиной 3-4 м на бесшовные трубы D=8x1 мм длиной 2-3 м из стали марки Ст1.

Обработку труб производили следующим образом: обезжиривали в щелочном растворе с ТМС; промывали; травили в 10-18%-ной HCl при комнатной температуре; промывали; обрабатывали в растворе флюсования состава, мас.

Хлорид лития LiCl 6,0-6,5;

Фторид натрия NaF 1,8-2,2;

Хлорид калия KCl 11-12;

Хлорид цинка ZnCl2 5,5-6,0; сушили без подогрева на воздухе от 1 до 6 ч.

Из подготовленных таким образом труб формировали спиралеобразный бунт, проводили через индуктор и ванну с расплавом металла-покрытия с разной скоростью так, что при извлечении заднего конца трубы из ее полости выливался избыток расплава металла-покрытия.

Температуру нагрева регулировали с помощью высокочастотного генератора, питающего индуктор. Температуру нагрева трубы определяли с помощью контактной термопары с точностью +-30^оС и пирометром типа АПИР-С.

После извлечения из расплава трубу охлаждали воздухом или водовоздушной смесью.

Перемещение каждой трубы через индуктор и расплав металла производили с разными скоростями так, что передний конец трубы вводили в расплав с начальной скоростью в 10-20 раз меньшей, чем рабочая скорость проводки через расплав металла покрытия.

В качестве покрытия использовали расплав цинка с 0,2% Al при рабочей температуре 440-450^оС и расплав типа гальвалюм (55 мас. Al, 43,5 мас. Zn, 1,5 мас. Si) при рабочей температуре 610-620^оС. На поверхности расплава находится слой флюса -- расплава высотой 4-10 мм, заносимого трубами.

Опыты проводили при нагреве индуктором и вводе в расплав металла-покрытия через трубу с защитным газом (техническим азотом) и без защитного газа. На каждый опыт брали по 3-5 труб.

Качество покрытия оценивали визуально после разрезки труб: по сплошности, равномерности по длине и периметру трубы, толщине покрытия и характеру образующегося слоя интерметаллидов. Толщину покрытия определяли толщиномером МТ-41 НЦ, слой интерметаллидов оценивали металлографическим анализом.

Предлагаемый способ позволяет расширить сортамент покрываемых труб в сторону уменьшения их диаметров, улучшить качество покрытия внутренней поверхности трубы и повысить производительность.

Предлагаемый способ может найти широкое применение при покрытии водопроводных труб и труб для теплообменников (бойлеров) сплавом типа гальвалюм.

Внедрение способа позволяет решить проблемы снижения металлоемкости труб для водо- и теплоснабжения внутридомовых разводок путем замены оцинкованных труб D=21,3х2,5-2,8 мм (Dy=15 мм) и D=26,8х2,5-2,8 мм (Dy=20 мм) на трубы D= 8х1 мм, D=10х1 мм и D=12х1,2 мм с двусторонним покрытием сплавом гальвалюм. При этом может быть снижена потребность металла для стальных труб данного сортамента в 2-2,5 раза без учета повышения долговечности труб с более эффективным защитным покрытием.

По данным коррозионных исследований покрытие сплавом типа гальвалюм обеспечит долговечность не менее 15-20 лет на трубах горячего водоснабжения, а также обеспечит потребность в стальных трубах с покрытиями для создания теплообменного оборудования (бойлеров), производство которых лимитируется необходимостью применения дорогих медных и латунных труб.