Способ гибки с внутренним гидростатическим давлением

Во избежание потери устойчивости стенки на внутренней части гиба автором было предложено гнуть трубы под внутренним гидростатическим давлением. Достигается это тем, что на концы трубы (фиг. 44) вставляются заглушки 1 и 3. Последняя снабжена патрубком 4 для подачи внутрь жидкости. Путем нагнетания жидкости в стенке трубы возникают напряжения, доводящие металл до состояния, близкого к пластическому. При достижении таких напряжений к середине трубы подводят гибочный шаблон 2, который гнет трубу.
Произведенные автором исследования по гнутью труб диаметром 100 мм с толщиной стенки 1,0 мм показали, что принятым способом трубу можно согнуть не только на угол в два раза больший, чем без внутреннего давления, но и со значительно меньшими усилиями (в два и более раза).

Заглушки 1 и 3 установлены на шарнирных опорах. Одна из опор при помощи винта может перемещаться в продольном направлении по направляющим швеллерам. Опоры устроены так, что они позволяют концам трубы поворачиваться при изгибе и перемещаться в продольном направлении. Для создания изгибающего усилия предусмотрен домкрат 5. Давление жидкости в трубе создается при помощи насоса.
Одним из сложных вопросов при гнутье труб без развальцовки торцов является создание уплотнения, поэтому было разработано специальное уплотнение, показанное на заглушке 3. Для станков при массовом изготовлении целесообразно использовать уплотнения из станов для экспандирования (раздачи) труб, которые за короткий промежуток времени зажимают и отпускают трубу.
При проведении экспериментов было опробовано несколько конструкций гибочных башмаков, которые позволили найти лучшую форму контактной площадки, через которую прилагается усилие для гибки. Лучше всего изготавливать башмаки из наборных пластин, которые упираются в лекало. При этом, меняя радиус лекал, можно простейшим путем найти радиус башмака для изгиба той или иной трубы.

Фиг. 45 Оборудование для гибки труб с внедрением гидростатическим давлением:
а-разрядник; б - быстросъемный замок; в - гидроаккумулятор.
Трубы малого диаметра от 6 до 22 мм с толщиной стенки от 0,5 до 1,5 мм можно гнуть на обычных трубогибочных станках с предварительным наполнением их жидкостью. В качестве наполнителя служит эмульсия или масло МАГ-10. Наполнение жидкости и создание в ней давления производится на гидростенде, который снабжен разрядником (фиг. 45, а) для удаления жидкости из труб после гибки.
Труба, подлежащая гибке, подключается к гидростенду при помощи быстросъемного замка (фиг. 45, б). Для компенсации потери давления жидкости в трубе в процессе гибки к ее концу присоединяется гидроаккумулятор (фиг. 45, в). При больших радиусах гиба гибку можно производить без гидроаккумулятора. Для лучшего уплотнения с быстросъемным замком и гидроаккумулятором концы труб развальцовывают. Установлено, что при гибке труб давление жидкости может быть рассчитано по формуле:

где
р - давление жидкости в кг\см²;
δв - временное сопротивление разрыву в кг/см2;
k - коэффициент, зависящий от химического состава и механических свойств стали (k=80 для стали 1Х18Н9Т).
При данном способе гибки следует выполнять правила по технике безопасности: рабочее место в момент гбки должно быть экранировано, нельзя крепить трубу на станке за гидроаккумулятор или быстросъемный замок, трубы, заряженные жидкостью, должны храниться в специальных закрытых стеллажах.

Способ гибки проталкиванием

Известны станки для труб из нержавеющей стали диаметром от 3/16" до 3/8", у которых гибка производится путем проталкивания трубы через две матрицы - подвижную и неподвижную (фиг. 1, к). Величина взаимного смещения матриц определяет кривизну.
Перемещение матрицы вверх и вниз, влево и вправо осуществляется при помощи пневматического привода, управляемого через копиры, так что перемещение матрицы синхронизировано с перемещением заготовки. Соответствующим выбором профиля копиров получают различный радиус гиба трубы.
Усилие проталкивания трубы сообщается кареткой, которая перемещается вдоль станка при помощи ходового винта. Во избежание потери устойчивости от продольного сжатия трубы при ее проталкивании через матрицу вдоль трубы устанавливаются люнеты, которые по мере приближения к ним каретки освобождают: трубу и отодвигаются при помощи кулачка для прохода каретки.
На данном станке на одной трубе можно сделать до 20 гибов.
Для гибки трубы в разных плоскостях она зажимается с торца патроном и при необходимости изменения плоскости гиба этот патрон поворачивается в очередную плоскость гиба.

Подготовка труб к гибке и термическая обработка гнутых труб

Поверхность трубы до гибки должна быть очищена снаружи и изнутри от окалины и ржавчины. На наружной и внутренней поверхностях трубы не должно быть плен, закатов, трещин и рванин. Незначительные дефекты на поверхности, обусловленные способом изготовления труб, а также следы зачистки дефектов допускаются, если они не выводят толщину стенки за пределы установленного допуска.
Трубы перед гибкой на станке протираются. Для уменьшения трения между калибрующей пробкой и трубой внутренняя поверхность трубы после протирки смазывается машинным маслом: Л С, СУ ГОСТ 1707-51 или маслом 45В (машинное СВ) ГОСТ 2854-51.
Можно также применять водосливаемые смазки в виде раствора 40% хозяйственного мыла 100 г и воды 1000 г или 100 г зеленого мыла и 1000 г воды.
Химическое обезжиривание труб производится путем погружения их в ванну с раствором следующего состава (в г/л):
Тринатрий фосфор....100
Жидкое стекло.......10
Химическое обезжиривание производится при температуре 70-80° до полного удаления жировых и масляных веществ с внутренней и наружной поверхностей трубы (длительность обезжиривания не менее 2 ч). При применении водосмываемой смазки химическое обезжиривание не производится.
Водосмываемая смазка удаляется с внутренней поверхности трубы после холодной гибки путем промывки внутренней полости водой (со слабым протоком) в течение 15 мин. После промывки трубы тщательно продуваются сжатым воздухом (желательно нагретым) до полного удаления влаги.
После химического обезжиривания водой промывается внутренняя поверхность труб до полного удаления остатков щелочного: раствора. Одновременно водой промывается наружная поверхность трубы.
Степень чистоты внутренних поверхностей труб устанавливается с помощью лакмусовой бумажки, смоченной в промывной воде. Очистка труб заканчивается после того, как красная лакмусовая бумажка, смоченная в промывной воде, перестанет менять свой цвет.
Трубы, предназначенные для холодной гибки, рекомендуемся предварительно подвергнуть отжигу (в том случае, если отжиг не был произведен на заводе-изготовителе). Стальные трубы должны заказываться отожженными, латунные с поставкой в полутвердом состоянии.
Отжиг стальных и латунных труб производится в отжигательных печах, дюралюминиевые трубы подвергаются термической обработке в селитровых ваннах.
При отсутствии отжигательных печей допускается отжиг мест гибов в горнах или форсунками с обязательным контролем режимов.
Дюралюминиевые трубы следует гнуть не позже чем через четыре часа после термической обработки.
При холодной гибки труб на малые радиусы гиба со стороны сжатых и растянутых волокон металла получается значительный наклеп, повышающий пределы текучести и прочности. В металле возникают остаточные внутренние напряжения, которые в процессе эксплуатации при определенных условиях (переменные тепловые и механические напряжения) могут привести к образованию трещин. Поэтому в зависимости от назначения трубопровода, марки стали и пластических деформаций после гибки в ряде случаев производят термическую обработку труб.
Для труб из углеродистой и малолегированной стали термическая обработка после гибки не требуется, а трубы из сталей типа ЭИ-257 после холодной гибки с малыми радиусами гибов должны быть подвергнуты термической обработке.
Для котлоагрегатов режимы термической обработки гнутых груб из хромомолибденовой и хромомолибденовованадиевой стали при толщине стенки свыше 10 мм, из углеродистой стали при толщине стенки свыше 35 мм и при меньшей толщине приведены и табл. 5.

Таблица 5

Режим термической обработки гнутых труб котлоагрегатов, работающих при температуре до 570°

Марка стали	Нагрев до температуры в град. С	Выдержка	Охлаждение до температуры в град С
при температуре в град. С	в часах
12МХ 15ХМ	690-710	690-710	2-3
12МХФ 12ХМФ	740-760	740-760	2-3
	650-670	650-670	2-3

Термическая обработка может производиться в камерных печах или в печах с выдвижным поддоном.
Загрузка труб в камерную печь производится на лист в 1-2 ряда. Перед загрузкой труб на термическую обработку (в печь с выдвижным поддоном) выравнивается поддон печи, на котором устанавливаются подставки, высотой 300-400 мм на расстоянии 600-700 мм одна от другой.
Для равномерного прогрева труб укладку производят с пространственными промежутками в 150-200 мм, создавая возможность смывания горячими газами по всей высоте загрузки.
Загрузка труб на выдвижной поддон печи может быть произведена на высоте 4-5 рядов, но не более 1,5 м. При этом выдерживают расстояние от стенок печи до труб не менее 400 мм. При загрузке труб с пространственными гибами во избежание деформации (поводки) от нагрева труб больших диаметров и толщин стенок, по возможности, загружают на нижние ряды садки.
Короткие концы труб располагают вверх так, чтобы избежать прогибов от собственного веса.
Во избежание образования окалины на внутренней поверхности, торцы труб закрывают металлическими колпачками, пробками или огнеупорным кирпичом, который обмазывают огнеупорной глиной. Трубы, расположенные против камер сгорания топлива (форсунок), предохраняют от смывания пламенем и образования окалины металлическими листами или другим способом, обеспечивающим нормальный нагрев изделий.
Контроль режимов термообработки гнутых труб, изготовляемых из углеродистых, легированных и высоколегированных марок сталей осуществляется с помощью сводовых термопар и контрольных, термопар. При термической обработке труб для котельных трубопроводов со сверхвысокими параметрами (сталь марки 1Х18Н12Т) трубы 76X10, 133X18, 219x27, 299X37 мм после холодной гибки подвергаются аустенизации по следующему режиму: загрузка в печь производится при температуре 800-900°С, затем температура повышается до 1050-1100°С по мощности печи. При этой температуре производится выдержка в течение одного часа, после чего труба охлаждается на воздухе. При термообработке одновременно с трубами в печь закладываются кольца-свидетели шириной 80 мм, по одному кольцу на каждую плавку или на каждую трубу.
Свидетели помещаются в середине печи непосредственно на трубах или подставках. После термообработки определяются механические свойства колец-свидетелей (предел прочности, предел текучести и удлинение продольных образцов типа гагаринских). Так, например, для труб размером 219X27 и 299X37 микроструктура и твердость определяются на каждом кольце, обработанном вместе с трубами, а для труб размером 76X10 и 133X18 мм микроструктура определяется для каждой плавки.
Факультативно определяется микроструктура металла. Проверка механических свойств производится для каждой плавки. От каждой плавки отрезается 2 образца для механических испытаний. При неудовлетворительных результатах по какому-либо виду испытаний допускаются повторные испытания на том же кольце мл удвоенном количестве образцов, взятых от того же кольца.
После термообработки трубы подвергаются опескоструиванию или травлению для снятия термической окалины.
Перепад температуры в точках измерения сводной термопары и контрольной в момент выдержки не должен превышать (в °С):
Для камерных печей.....не более 20
Для печей с выдвижным подом.....не более 50
Контроль механических свойств труб производится на образцах, взятых непосредственно от гнутых труб.

Правка изогнутых труб

Иногда возникает необходимость уменьшить овальность в гибе. И этом случае вводится дополнительная операция правки (калибровки) труб. Для правки труба закрепляется в определенном, наиболее удобном для данной изогнутой трубы месте и трос с шариками протягивается через нее. Наиболее удобно калибровку производить на протяжных станках. Правку производят составным дорном, у которого от двух до четырех шариков различного диаметра. Вначале через трубу протягивают шарик меньшего диаметра, за которым следуют остальные.
Последний шарик имеет размер, который должен соответствовать внутреннему диаметру трубы. Калибровка позволяет получить требуемый размер с точностью до 0,025 мм.

Условные обозначения

Изгиб(трубы)— деформация трубы под действием внешних сил или моментов, со­провождающаяся изменением кривизны ее геометрической оси.
Гибка(трубы) — технологический процесс получения изгиба.
Гиб — участок трубы, имеющий криволинейную форму, которая получена в результате пластического изгиба.
Внешняя или выпуклая часть гиба — часть гиба, на которой волокна пре­терпели деформацию растяжения.
Внутренняя или вогнутая часть гиба — часть гиба, на которой волокна пре­терпели деформацию сжатия.
Угол гиба — плоский угол между осями двух смежных прямолинейных участков, сопряженных между собой дугой заданного радиуса, или угол между касательными в точках начала и конца гиба (α).
Радиус гиба — измеренный по осевой линии радиус дуги, соединяющей два прямолинейных участка трубы (R мм).

Относительный радиус изгиба — отношение радиуса гиба к наружному диаметру трубы

Dн— наружный диаметр трубы.
Dв— внутренний диаметр трубы.
rн— наружный радиус трубы.
r— радиус средней линии поперечного сечения тела трубы (средний радиус).
rв— внутренний радиус трубы.
Dmax— максимальный наружный диаметр овала в гибе
Dmin— минимальный наружный диаметр овала в гибе.
δ — толщина стенки трубы.
δср —среднее относительное удлинение металла трубы на внешней части гиба.
αТ — предел текучести.
E1— модуль упрочнения.
Е — модуль упругости.