Содержание к диссертации
Введение
1. Холоднодеформированные трубы из коррозионностойких сталей для АЭС 10
1.1. Увеличение потребности и изменение требований к трубам 10
1.2. Технология производства труб за рубежом 16
1.3. Технология производства труб на отечественных заводах 26
1.4. Постановка задачи исследования 31
2. Исследование адгезионного взаимодействия металла с инструментом при волочении труб 36
2.1. Существо вопроса исследования 36
2.2. Свойства тугоплавких соединений 38
2.3. Механизм адгезионного разрушения поверхностного слоя и нарушения чистоты поверхности деформируемого металла 45
2.4. Анализ адгезионного взаимодействия в системе карбид (оксид, нитрид) - металлы группы железа 51
2.5. Исследования фрикционного взаимодействия в контакте трения инструмент - металл 58
3. Исследование экзоэлектронной эмиссии инструментальных материалов на основе тугоплавких соединений 71
3.1. Существо вопроса исследования 71
3.2. Методы измерения экзоэлектронной эмиссии с поверхности материалов 73
3.2.1. Физические основы метода экзоэлектронной эмиссии 73
3.2.2. Аппаратура экзоэмиссионного анализа и контроля 78
3.3. Экзоэмиссионные свойства тугоплавких материалов 80
3.3.1. Результаты исследования методом фотостимулированной экзоэлектронной эмиссии 80
3.3.2. Результаты исследования методом фототермостимулированной эмиссии 87
3.4. Связь между эмиссионными параметрами материала инструмента и качеством поверхности металла 94
4. Примеры реализации производства прецизионных труб из коррозионностоикои стали с субмикронной чистотой поверхности канала 105
4.1. Холоднодеформированные трубы из коррозионностоикои стали 02X17Н14М2-ИДД с субмикронной чистотой поверхности канала 106
4.1.1. Требования к трубам и разработка технологии 106
4.1.2. Апробация технологии и исследование качества поверхности канала труб 108
4.1.3. Результаты исследования и выводы 110
4.2. Прецизионные капиллярные трубы из коррозионностойкого сплава ЧС 116 116
4.2.1. Требования к трубам и разработка технологии 116
4.2.2. Апробация технологии и исследование точности размеров и шероховатости поверхности труб 119
4.2.3. Результаты исследования и выводы 122
4.3. Прецизионные особотонкостенные трубы из коррозионностоикои стали ЭИ-847 130
4.3.1 Требования к трубам и разработка технологии 130
4.3.2. Апробация технологии и исследование точности и стабильности размеров труб 133
4.3.3. Результаты исследования и выводы 138
Заключение 147
Список использованных источников 150
Приложения 157
- Технология производства труб за рубежом
- Механизм адгезионного разрушения поверхностного слоя и нарушения чистоты поверхности деформируемого металла
- Методы измерения экзоэлектронной эмиссии с поверхности материалов
- Прецизионные капиллярные трубы из коррозионностойкого сплава ЧС
Введение к работе
В настоящее время крупнейшим потребителем нержавеющих труб становится атомная энергетика. Правительством РФ постановлением от 6 октября 2006 года №605 утверждена Федеральная целевая программа «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007-2010 годы и перспективу до 2015 года». В России к 2015 г. будет введено в эксплуатацию 10 новых энергоблоков АЭС общей установленной мощностью 9,8 ГВт. Одним из концептуальных требований программы является обеспечение гарантированной безопасности и экономической эффективности российских АЭС.
Реализация поставленных целей требует решения важных технических задач, связанных с повышением надежности и увеличением ресурса работы оборудования АЭС. Эти задачи определяют новые, более высокие, требования к качеству оборудования АЭС и его эксплуатационным характеристикам, что делает актуальной данную работу, направленную на достижение высоких эксплуатационных характеристик труб.
Применяемая на отечественных заводах технология производства холоднодеформированных труб из коррозионностойкой стали не гарантирует требуемого качества поверхности и точности их размеров. Задача повышения качества поверхности и точности размеров труб может быть решена путем приобретения существующих за рубежом технологии и оборудования. Такой путь требует больших материальных затрат и времени, тем самым сохраняет отставание отечественного уровня производства труб. Для преодоления этих проблем могут быть иные технические решения.
Одно из таких решений - применение волочения нержавеющих труб на оправке. Реализация такой технологии не требует больших материальных затрат и времени, позволяет повысить качество труб, используя существующее оборудование трубоволочильных цехов. Однако, в отечественной трубной промышленности волочение нержавеющих труб на оправке не нашло применения, так как не была преодолена проблема налипания металла на инструмент. Целью работы является создание технологии получения прецизионных труб из коррозионностойкой стали с субмикронной чистотой поверхности канала. Реализация этой цели требует решения проблемы налипания металла на инструмент. Для решения указанной проблемы и достижения сформулированной цели в работе поставлены следующие задачи: - выяснить механизм адгезионного разрушения поверхностного слоя металла при волочении труб; - установить связь между процессом налипания металла на инструмент с известными физическими процессами, происходящими на межфазной поверхности и свойствами материала; - сформулировать критерии выбора тугоплавких соединений и инструментального материала на их основе для волочения труб; - с использованием указанных критериев выбора материала инструмента разработать способ волочения, который позволил бы исключить адгезионное разрушение поверхностного слоя металла в контакте трения инструмент-металл; - на основе этого способа разработать технологии производства прецизионных труб из коррозионностойкой стали с субмикронной чистотой поверхности канала; - провести апробацию технологий и выполнить сравнительный анализ качества поверхности и точности размеров труб, поставляемых по старой и новой технологиям. Научная новизна работы заключается в получении новых научных и практических знаний о процессе налипания металла на инструмент и адгезионном разрушении поверхностного слоя металла при волочении труб. Установлена связь между процессом налипания металла на инструмент и характеристиками процесса смачивания (краевой угол смачивания, работа адгезии и работа когезии) в системе карбид (нитрид, оксид) - металлы группы железа. Экспериментальным путем определено отношение работы адгезии к работе когезии, при котором в системе инструмент-металл достигается качественное изменение механизма фрикционного взаимодействия и качественное изменение структуры поверхности металла. На основе полученных данных сформулирован критерий выбора тугоплавких соединений на этапе разработки инструментальных материалов. Выявлена связь между эмиссионными параметрами (работа выхода, энергия активации) материала инструмента и параметром шероховатости поверхности труб после волочения. На основе этой связи сформулирован критерий выбора инструментального материала по его эмиссионным параметрам. Решение проблемы адгезионного разрушения поверхностного слоя металла в контакте трения инструмент-металл составило основу технологического процесса производства труб принципиально нового качества. Разработаны технологии и освоено производство: труб с субмикронной чистотой поверхности канала из коррозионностойкой стали для систем транспортирования сверхчистых сред; прецизионных капиллярных труб из коррозионностойкого сплава и прецизионных особотонкостенных труб из коррозионностойкой стали для ТВЭЛов новой конструкции. Достоверность результатов исследования обеспечена: - использованием данных для анализа энергетических характеристик (работа адгезии и работа когезии) системы инструмент-металл, которые в соответствии с ГОСТ 8310-78 относятся к категории информационных и систематизированы в справочной литературе; - применением метода экзоэлектронной эмиссии для решения задачи выбора материала инструмента. Этот метод используется в настоящее время для неразрушающего контроля тонкого поверхностного слоя материалов и реализуется на сканирующем экзоэмиссионном дефектоскопе. Результаты исследования экзоэлектронной эмиссии инструментальных материалов согласуются с выводами анализа энергетических характеристик системы инструмент-металл. Научные положения и практические выводы работы подтверждены в процессе реализации новых технологий получения прецизионных труб с субмикронной чистотой поверхности. Высокая точность и стабильность размеров новой трубной продукции подтверждена результатами статистического анализа. Основные положения диссертации, выносимые на защиту: результаты исследования механизма фрикционного взаимодействия в системе инструмент - металл и его связь с энергетическими характеристиками системы карбид (нитрид, оксид) - металлы группы железа, а также критерий выбора тугоплавких соединений на этапе разработки инструментальных материалов; результаты исследования эмиссионных параметров материала инструмента и их связь с параметром шероховатости поверхности труб, а также критерий выбора инструментального материала по его эмиссионным параметрам; способ волочения труб, исключающий адгезионное разрушение поверхностного слоя металла в контакте трения инструмент-металл; новые технологии производства труб с субмикронной чистотой поверхности канала из коррозионностойкой стали для систем транспортирования сверхчистых сред; прецизионных капиллярных труб из коррозионностойкого сплава и прецизионных особотонкостенных труб из коррозионностойкой стали для ТВЭЛов новой конструкции; результаты сравнительного анализа качества поверхности и точности размеров труб, поставляемых по старой и новой технологиям. Результаты работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: 1-я Российская конференция «Трубы России - 2004», Екатеринбург, 10 -12 марта, 2004; ХПІ Международная научно-практическая конференция «Трубы-2005», Челябинск, 27 - 29 сентября, 2005; 2-я ежегодная конференция «Нержавеющие и специальные стали 2006», Запорожье, 8-9 июня, 2006; XIV Международная научно-практическая конференция «Трубы-2006», Челябинск, 19-21 сентября, 2006; Ярмарка инновационных проектов «АЭС-2006» и Новая технологическая платформа атомной энергетики, Москва, 24 апреля 2007года; II отраслевой инновационный Форум Федерального агентства по атомной энергии, Москва, 26 июня 2007 года; XV Международная научно-практическая конференция «Трубы-2007», Челябинск, 18-20 сентября, 2007. По материалам диссертации опубликовано 7 статей в журналах, 8 докладов в материалах конференций, получено 2 авторских свидетельства СССР, 5 патентов РФ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 67 наименований и содержит 160 страниц текста, 43 рисунка, 17 таблиц и приложения на 3 страницах.
Технология производства труб за рубежом
Технологии производства холоднодеформированных труб из коррозионностойкой стали, применяемые за рубежом, связаны с развитием процесса холодной прокатки. Прокатка производится на длинноходовых быстроходных станах с кольцевыми калибрами типа KPW фирмы «Demag -Meer». Эти станы, за счет уменьшенной массы клети и ее повышенной жесткости, позволяют вести процесс прокатки при большом числе двойных ходов с малой величиной подачи.
Проблема получения высококачественных труб при холодной прокатке решена путем создания жидкой смазки (СОЖ) и способов нанесения ее при прокатке и удаления с поверхности труб после прокатки. Применение такой смазки и снижение величины обжатия при прокатке обеспечило высокое качество поверхности труб и высокую точность их размеров. Ниже приведены технологические схемы производства тонкостенных труб для теплообменного оборудования, применяемые на заводах ведущих зарубежных фирм [1.7].
Последовательность операций и состав оборудования для производства труб размером 16 х 1,45 мм фирмы «Mannesmann - Demag - Meer» приведены в таблице 1.2.
Заготовки, полученные на горизонтальных гидропрессах, размерами 76 х 8,9 мм и 50 х 4,0 мм, для удаления окалины, подвергаются химической обработке в ваннах щелочного расплава и кислотной обработке в ваннах с применением азотных и плавиковых кислот. Далее заготовки правятся на косовалковых правильных станах и шлифуются на станках для шлифовки с целью удаления дефектов прессования с наружной и внутренней поверхностей. Остатки СОЖ, после шлифовки, удаляются в обезжировочных ваннах.
После промывки водой и сушки заготовки проходят ультразвуковой контроль. На трубообрезном станке с весоизмерительным устройством производится раскрой по массе заготовок на заданные длины, торцовка и снятие фаски.
Холодная прокатка проводится на станах KPW75VMR по маршруту: 76x8,0— 42x4,5 мм. На установке для мойки труб одновременно производится удаление СОЖ с наружной и внутренней поверхностей. Далее трубы, после порезки на заданные длины, торцовки и снятия заусенцев на трубообрезных и торцовочных станках, термообрабатываются в четырехмуфельной проходной печи в среде водорода, правятся на косовалковом стане. Для удаления задиров от контактов труб с «тесными» муфелями печи, трубы шлифуют. Далее трубы перекатываются на станах KPW 50VMR по маршруту: 42x4,5— 26х2,4 мм и проходят повторные операции удаления СОЖ, порезки на заданные длины и подготовки торцов, термообработки в среде водорода, правки и шлифовки для ремонта наружной поверхности.
Шлифовку производят на многопозиционных ленточных шлифовально-полировальных станках, типа R/S 3/12 фирмы «Niederberger» (Швейцария). Далее на ковочной машине забивают головки и на непрерывном волочильном стане с многовалковой обкатной машиной проводится длиннооправочное волочение по маршруту : 26x2,4 — 20,8x1,4 мм. После обрезки головок и удаления СОЖ с наружной и внутренней поверхности раздельно проводят термообработку в среде водорода, правку и шлифовку наружной поверхности, повторную забивку головок и безоправочное волочение по маршруту: 20,8x1,4- 16x1,45 мм.
После обрезки головок на трубообрезном станке, удаления СОЖ, раздельно с наружной и внутренней поверхности на установке для мойки наружной и внутренней поверхности, трубы термообрабатывают в среде водорода.
После правки на косовалковом правильном стане трубы шлифуют-полируют до Ra 0,3 0,5 мкм на многопозиционном ленточном шлифовально-полировальном станке.
Контроль качества производится на установке комплексного ультразвукового контроля. В соответствии с заказом трубы маркируются, раскраиваются и разрезаются по длине, торцы труб обрабатываются на трубообрезных станках. На машинах для упаковки трубы пакуются в пленку.
Производство труб организовано в цехе, имеющем три участка: участок подготовки заготовок, участок холодной прокатки (производство передельных труб) и участок волочения и окончательной отделки труб. Между этими участками имеются промежуточные склады, на которых хранятся заготовки и передельные трубы в транспортных контейнерах. В пределах каждого участка транспортировку труб между агрегатами производят поштучно и непрерывно.
Механизм адгезионного разрушения поверхностного слоя и нарушения чистоты поверхности деформируемого металла
При сближении двух твердых тел между атомами их поверхностных слоев возникает взаимодействие, которое принято называть адгезионным, само явление образования связей между контактирующими поверхностями называется адгезией, В полной мере адгезионное взаимодействие проявляется при контакте поверхностей, очищенных от адсорбированных пленок.
Следует различать явления адгезии и когезии. Когезия обусловлена силами, которыми атомы или молекулы связаны друг с другом в объеме материала. Энергией когезионного взаимодействия определяется прочность твердых тел. Если два различных (или одинаковых) материала контактируют с сохранением границы раздела, взаимодействие их поверхностей связано с проявлением сил адгезии.
В контакте трения твердых тел адгезионное взаимодействие наблюдается даже в условиях смазки. Роль смазки сводится к снижению адгезионных сил, но необязательно к их исключению. Чем эффективней смазка, тем в большей степени она обеспечивает уменьшение адгезионного взаимодействия на границе раздела [2.13].
Рассмотрим адгезионное разрушение поверхностного слоя при волочении труб. В контакте трения инструмент - металл между ними возникает адгезионное взаимодействие на границе раздела. В ряде случаев это взаимодействие осуществляется без заметного разрушения поверхности, как будет показано на примере волочения труб из латуни. В других случаях адгезионное взаимодействие приводит к появлению отчетливых следов разрушения поверхности. Такая ситуация имеет место, например, при волочении труб из нержавеющей стали.
На рисунке 2.1 показано образование трещин разрушения на внутренней поверхности трубы из стали 08Х18Н10Т при волочении на оправке: а -поверхность заготовки; б - поверхность трубы после волочения.
Микрофотографии сняты на растровом электронном микроскопе РЭМ-200 в режиме вторичных электронов. Область просмотра поверхности составляла 5... 10 мм в продольном и 2...3 мм в поперечном направлениях образца. Наиболее характерные участки поверхности заготовки и трубы фотографировались при одинаковом увеличении 80 крат.
Волочение проводилось по маршруту: 16x1,5 - 12x1,2 мм. В качестве технологической смазки использовался хлорированный парафин марки ХП-600. В качестве материала оправки использовался твердый сплав марки ВК15 (WC-15%Co).
На рисунке 2.1,а показана внутренняя поверхность трубы заготовки. В качестве заготовки использовались трубы из стали марки 08Х18Н10Т, изготовленные по ТУ14-ЗР-197-2001: поверхность обработана потоком абразива (опескоструивание) и подвергнута электрохимическому полированию. Поверхность однородна и не имеет дефектов. Видны сглаженные при электрополировании следы абразивного шлифования в виде пологих ямок.
На рисунке 2.1,6 показано как изменилась топография поверхности трубы после волочения. На поверхности металла видны борозды пропахивания налипшими на инструмент частицами (линии, параллельные направлению волочения) и поперечные трещины (серия линий, перпендикулярных к направлению волочения).
Появление поперечных трещин можно объяснить с точки зрения адгезионных представлений следующим образом. В контакте трения инструмент - металл между ними в определенной зоне контакта возникает адгезионное взаимодействие - сцепление и образуется зона схватывания (прилипания). В зоне схватывания на полосах скольжения металла инициируются трещины, обусловленные высоким сопротивлением разрыву адгезионного сцепления. Перемещение металла относительно инструмента ведет к росту этих трещин и выходу их на поверхность металла.
Поверхность инструмента представлена на рисунке 2.2. На рисунке 2.2,а показана поверхность оправки до волочения. Оправка изготовлена из твердого сплава марки ВК15 по ГОСТ 3882-74. Поверхность оправки обработана (предварительное и чистовое шлифование) алмазным кругом и подвергнута полированию алмазной пастой до шероховатости Ra= 0,32 мкм. На поверхности видны отдельные раковины и множество мелких пор, возникших в результате выкрашивания твердых частиц карбида вольфрама при шлифовании.
На рисунке 2.2,6 показана топография поверхности оправки после волочения. На этой поверхности отчетливо видно налипание (перенос) металла в виде наплыва. Данное явление иллюстрирует тот факт, что адгезионное взаимодействие в контакте трения сильнее, чем когезионные связи в металле. Срез при этом происходит в объеме металла и ведет к его переносу на инструмент. Налипание, показанное на рисунке 2.2,6, представляет собой повторяющийся процесс среза металла и переноса его на поверхность оправки. Адгезионное изнашивание инструмента является предметом отдельных исследований и здесь не рассматривается. Основное внимание в данной работе уделено адгезионному разрушению поверхностного слоя деформируемого металла.
Механизм развития трещин адгезионного разрушения металла, показанных на рисунке 2.1,6 можно представить в виде следующей схемы (см. рисунок 2.3).
Металл перемещается . относительно индентора. Образование адгезионного контакта более прочного, чем когезия на полосе скольжения в металле, приводит к увлечению металла и его отделению вдоль полосы скольжения. Так как прочность адгезионной связи на границе раздела превышает когезионную прочность металла, образуется наплыв. При дальнейшем перемещении наплыв металла срезается и образуется налипшая частица.
Методы измерения экзоэлектронной эмиссии с поверхности материалов
Методы изучения экзоэлектронной эмиссии (ЭЭЭ) подробно изложены в работе [3.1]. В методе ЭЭЭ носителями информации являются электроны, эмиттированные с возбужденного поверхностного слоя, поэтому его можно рассматривать как разновидность электронной спектроскопии. Экзоэлектронная эмиссия - это нестационарная электронная эмиссия с находящейся в неравновесном (возбужденном) состоянии поверхности твердого тела, возникающая при подведении внешнего стимулирующего воздействия в виде тепла или света с энергией ниже порогов возникновения стационарных эмиссионных явлений (термо- или фотоэлектронной эмиссии). Экзоэлектронная эмиссия наблюдается с поверхности металлов, полупроводников и диэлектриков и характеризуется рядом специфических закономерностей: ЭЭЭ регистрируется с поверхности материалов, находящейся в неравновесном (возбужденном) состоянии, обусловленном деформацией, облучением, закалкой и другими процессами, приводящими к образованию дефектов; ЭЭЭ обнаруживается при термо- или фотостимулирующих энергетических воздействиях на объект с энергией ниже порогов возникновения соответствующих стационарных эмиссионных явлений; ЭЭЭ нестационарна и затухает со временем при постоянных значениях внешнего стимулирующего воздействия.
В экзоэмиссионных измерениях различают: послеэмиссию - затухающую во времени эмиссию, наблюдаемую при постоянной температуре; фотостимулированную экзоэлектронную эмиссию (ФСЭЭ) регистрируемую в процессе освещения при постоянной температуре; термостимулированную эмиссию (ТСЭЭ) - эмиссию, регистрируемую при нагревании контролируемого объекта; фототермостимулированную эмиссию (ФТСЭ) - эмиссию, регистрируемую при изменении температуры объекта и освещении его поверхности светом фиксированной длины волны; экзоэмиссионное сканирование - измерение ФСЭЭ или ТСЭЭ с микроучастков поверхности; экзоэмиссионное видеоизображение поверхности при фото- или термостимуляции.
Выбор метода измерений определяется природой материала исследуемого объекта и информативностью регистрируемых параметров ЭЭЭ. Для диэлектриков и полупроводников, к числу которых относятся тугоплавкие материалы, наиболее информативны измерения ЭЭЭ при фото-или фототермостимуляции.
Фотостимулированная экзоэлектронная эмиссия. Фотостимуляция широко применяется как стимулирующее воздействие при экзоэмиссионных исследованиях металлов, полупроводников, диэлектриков. Использование мягкого ультрафиолетового и видимого излучений позволяет полностью исключить высокоэнергетические воздействия на объект в процессе измерений. В диэлектриках фотостимуляция приводит к делокализации электронов с ловушек, созданных дефектами в поверхностном слое материала. Количество электронов, делокализованных в единице объема при фотостимуляции Nv, составляет где а - коэффициент, пропорциональный коэффициенту поглощения фотонов TJ(V); р - вероятность оптической делокализации электронов в единицу времени; п - концентрация центров захвата. Для тока ФСЭЭ с объемных центров захвата одного типа справедливо выражение где G - аппартная константа; е0 - заряд электрона L - максимальная глубина выхода электронов; Wi - зависящая от температуры вероятность выхода электрона; q - порядок кинетики процесса.
В диэлектриках спектральная характеристика ФСЭЭ может быть селективной и неселективной. Селективность обусловлена частотной зависимостью коэффициента поглощения фотонов и наиболее ярко выражена для материалов с малым значением сродства к электрону %.
При фотостимуляции за пределами полосы селективного поглощения существенным становится процесс прямой фотоионизации центров без термализации электронов в зоне проводимости (рисунок 3.1). Из полуфеноменологической теории Фаулера следует параболический закон зависимости фототока от частоты света вблизи «красной границы» фотоэффекта Y = const -{hv hv0f, где У-квантовый выход, равный отношению числа эмиттированных фотоэлектронов к числу падающих на поверхность материала квантов света и пропорциональный интенсивности ФСЭЭ, HVQ- «красная граница» фотоэффекта.
Прецизионные капиллярные трубы из коррозионностойкого сплава ЧС
Бесшовные капиллярные повышенного качества трубы размером 2,3 х 0,3 х 1000 мм из коррозионностойкого сплава ЧС-116 по ТУ 14-159-264-97 используют в качестве оболочки тепловыделяющего элемента (ТВЭЛа). ТВЭЛы устанавливают в кассету, кассеты в сборку. Для эффективной работы тепловыделяющей сборки все используемые трубы должны быть идентичными, т.е. иметь: - одинаковый диаметр канала, что обеспечит одинаковый объем топлива при заполнении им ТВЭЛов; - субмикронную чистоту поверхности канала, что обеспечит одинаково плотное заполнение ТВЭЛов топливом при его запрессовке. Кроме того, субмикронная чистота поверхности труб обеспечит повышение ресурса и надежности работы ТВЭЛов. Для капиллярных труб размером 2,3 х 0,3 х 1000 мм по ТУ 14-159-264-97 из сплава ЧС 116 дополнительно установлены специальные требования - предельные отклонения размеров не должны превышать: по наружному диаметру +/- 0,015 мм, по толщине стенки +/- 0,015 мм; - шероховатость наружной поверхности по параметру Ra должна быть не более 0,63 мкм, шероховатость внутренней поверхности - Ra не более 0,80 мкм. Кроме того, нормируются величина зерна и механические свойства металла труб. Таким образом, задача заключается в достижении высокой точности и стабильности размеров по длине каждой трубы, труб в партии и между партиями, а также в обеспечении субмикронной чистоты наружной и внутренней поверхности труб. Практическое решение указанной задачи тем более важно, что в отечественной трубной промышленности производство прецизионных капиллярных труб с субмикронной чистотой поверхности не освоено.
Применяемый способ производства капиллярных труб включает прокатку их на станах ХПТ-55 и ХПТ-32, прокатку на стане ХПТР-15-30, многопроходное волочение без оправки, прокатку на стане ХПТР-8-15, и последующее многопроходное волочение без оправки до готового размера с промежуточными термообработками. Данный способ имеет следующие недостатки. При безоправочном волочении внутренний диаметр трубы не ограничен инструментом-оправкой. Поэтому толщина стенки может увеличиваться, уменьшаться или оставаться без изменения. Это изменение определяют следующие технологические факторы: обжатие трубы по диаметру, толщина стенки трубы - заготовки, угол рабочего конуса волоки, длина калибрующего пояска волоки, коэффициент трения (условия смазки), механические свойства металла труб[4.8 - 4.11]. Использование безоправочного волочения основывается на известной из практики зависимости изменения толщины стенки от указанных факторов, В производственных условиях эти факторы являются стохастическими, следовательно, и определяемая ими толщина стенки трубы тоже является стохастической величиной. Область распределения последней, как показывает практика, значительно перекрывает поле допуска. В результате отбраковка труб по несоответствию размера достигает 30% - 40%.
Последнее, к тому же, существенно увеличивает расходный коэффициент металла и затраты на единицу продукции. Кроме того, при безоправочном волочении на внутренней поверхности труб растет шероховатость, образуются складки, трещины. Известно, что с увеличением деформации за проход шероховатость наружной поверхности уменьшается тем больше, чем меньше отношение D/S и угол волоки, а внутренней увеличивается тем больше, чем больше отношение D/S и угол волоки. С точки зрения снижения шероховатости наружной поверхности волочение следует вести с максимальными деформациями, а, внутренней, наоборот, целесообразно волочение с малыми деформациями через волоки с малыми углами [4.11]. При этом малые деформации не позволяют проработать структуру металла и получить требуемые механические свойства. Безоправочное волочение, в принципе, не позволяет получить одновременно высокое качество наружной и внутренней поверхностей трубы. Разработана и освоена новая технология производства прецизионных капиллярных труб размером 2,3 х 0,3 х 1000 мм из сплава ЧС 116 по ТУ 14-159-264-97. Разработка технологии включала решение следующих вопросов: выбор способа и параметров деформации, обеспечивающих получение заданных размера внутреннего диаметра и параметра шероховатости поверхности канала труб; выбор способа обкатки труб и определение параметров процесса; разработку конструкции устройства для обкатки труб; изготовление опытно-промышленных партий труб и разработку технологической документации. Решение указанных вопросов составляет основу новой технологии производства капиллярных труб.
