способ изготовления тонкостенных труб

Формула изобретения

Способ изготовления тонкостенных труб, включающий волочение трубы в конусной волоке на закрепленной цилиндрической оправке, отличающийся тем, что калибровку наружного диаметра трубы осуществляют волокой, диаметр калибрующей части которой равен D_вол =D(1+0,035log ), где D - номинальный наружный диаметр готовой трубы, - коэффициент вытяжки по сечению трубы, калибровку внутреннего диаметра трубы осуществляют цилиндрической оправкой, диаметр которой принимают равным D_оп=d(l+0,025log ), где d - номинальный внутренний диаметр готовой трубы, при этом коэффициент вытяжки по сечению трубы составляет 1,25 1,48, а коэффициент вытяжки по стенке трубы _s составляет 0,90 _s 0,94 .

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству труб и может быть использовано при изготовлении тонкостенных труб из коррозионностойких сталей для оболочек тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.

В качестве прототипа выбран способ волочения труб на закрепленной оправке (Перлин И.Л., Ерманок М.З. «Теория волочения». М.: Металлургия, 1971, с.448), включающий волочение трубы в конусной волоке на закрепленной цилиндрической оправке.

Недостатком указанного способа является низкая точность размеров труб, связанная с внеконтактной упруго-пластической деформацией на входе из зоны обжатия, а также с упругими и тепловыми деформациями трубы после завершения волочения. Если диаметры калибрующего пояска волоки и рабочей поверхности оправки выполнены равными номинальным размерам готовой трубы, то реальные диаметры трубы оказываются меньше номинальных, а толщина стенки - больше номинальной.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение точности размеров сечения прецизионных труб.

Указанная задача решается тем, что в способе изготовления тонкостенных труб, включающем волочение трубы в конусной волоке на закрепленной цилиндрической оправке, калибровку наружного диаметра трубы осуществляют волокой, диаметр калибрующей части которой принимают равным D_вол =D(1+0,035log ), где D - номинальный наружный диаметр готовой трубы, - коэффициент вытяжки по сечению трубы, калибровку внутреннего диаметра трубы осуществляют цилиндрической оправкой, диаметр которой принимают равным D_оп=d(1+0,025log ), где d - номинальный внутренний диаметр готовой трубы, при этом коэффициент вытяжки по сечению трубы составляет 1,25 1,48, а коэффициент вытяжки по стенке трубы _s составляет 0,90 _s 0,94 .

Диаметр калибрующей части волоки и диаметр оправки определяют с учетом внеконтактной деформации, а также упругой и тепловой деформации трубы после завершения волочения.

Если диаметры калибрующего пояска волоки и рабочей поверхности оправок выполнены равными номинальным размерам готовой трубы, то реальные размеры трубы оказываются меньше номинальных, а толщина стенки - больше номинальной, что значительно снижает точность изготовления труб.

Указанная зависимость величины диаметра калибрующей части волоки и диаметра оправки от коэффициента вытяжки по сечению трубы определена экспериментальным путем.

Выбор значения коэффициента вытяжки за проход не менее 1,25 обоснован тем, что в данном случае достигается проработка структуры металла труб. Применительно к трубам из коррозионностойких сталей это обеспечивает получение величины аустенитного зерна металла после последующей финишной термической обработки труб не крупнее 6 балла, а также механических свойств металла труб не ниже норм, регламентированных современными действующими техническими условиями. Верхнее значение коэффициента вытяжки за проход ограничено величиной внеконтактной вытяжки, а также упругой и тепловой деформацией разгрузки трубы после волочения.

Выбор не более 1,48 обоснован тем, что эта деформация трубы в данном случае не выводит размер ее внутреннего диаметра за нижнюю границу поля допуска. Выбор коэффициента вытяжки по стенке трубы _s=S₀/S не менее 0,90 обоснован тем, что в этом случае достигается практически полное «выглаживание» поверхности металла трубы: изменение ее топографии и снижение шероховатости, что обеспечивает получение субмикронной чистоты наружной и внутренней поверхностей трубы. Выбор _s более 0,94 не целесообразен из-за малого зазора между внутренней поверхностью трубы-заготовки и цилиндрической поверхностью оправки, приводящего к нагнетанию смазки в зону, прилегающую к очагу обжатия трубы, и раздутию тонкостенной трубы перед входом в волоку и, в итоге, к обрыву трубы.

Способ осуществляется следующим образом.

При изготовлении бесшовных холоднодеформированных особотонкостенных труб из коррозионностойкой стали ЭИ-847 по ТУ 14-159-293-2005 для оболочек ТВЭЛов ядерного реактора с размерами: внутренний диаметр 6,6 мм при толщине стенки 0,2 мм и с допусками по внутреннему диаметру ±0,020 мм по толщине стенки ±0,030 мм, использовали трубную заготовку, полученную на ХПТР 8-15 с наружным диаметром D₀=7,590 7,727 мм и толщиной стенки S₀=0,254 0,266 мм. Для чистового волочильного прохода на закрепленной цилиндрической оправке использовали волоку с диаметром калибрующего пояска D_вол=7,033 мм и оправку диаметром D_оп =6,622 мм. Коэффициент вытяжки по сечению трубы составлял =1,365. В результате получены трубы в диапазоне внутренних диаметров от 6,594 мм до 6,608 мм, толщин стенок от 0,203 мм до 0,211 мм. Полученные размеры сечения труб достаточно большой партии полностью укладываются в поля допусков, регламентированные ТУ 14-159-293-2005. Трубы такой точности показывают высокую технологичность при осуществлении реакторных сборок.

Особотонкостенные трубы из стали ЭИ-847 по ТУ 14-159-293-2005 с внутренним диаметром готовой трубы 11,6 мм и толщиной стенки 0,2 мм с такими же допусками, как у труб вн. 6,6×0,2 мм, производили короткооправочным волочением из заготовки наружным диаметром 12,796 12,905 мм и толщиной стенки 0,276 0,286 мм. Использовали волоку диаметром 12,063 мм и оправку диаметром 11,643 мм. Коэффициент вытяжки по сечению составил =1,410, коэффициент вытяжки по стенке

_s=0,94 . После волочения и охлаждения труб внутренний диаметр партии протянутых труб колебался в диапазоне от 11,595 мм до 11,612 мм, а толщина стенки трубы от 0,210 мм до 0,214 мм.

Зависимости для определения диаметров волоки и оправки, полученные опытным путем, имеют высокую статистическую надежность и позволяют получать особотонкостенные трубы с узкими полями допусков на внутренний и наружный диаметры и толщину стенок труб. Назначаемая вытяжка является наиболее статистически значимым параметром, поскольку определяет как силу волочения, от которой зависит величина внеконтактной деформации, так и деформационный разогрев труб во время волочения, а следовательно, и величины упругой и тепловой деформации труб после завершения волочения.

Трубы с такими же готовыми размерами, протянутые из тех же заготовок по способу-прототипу, когда размеры волок и оправок совпадали с номинальными размерами готовых труб, все без исключения по диаметру вышли за поле минусового допуска, а по толщине стенки - за поле плюсового допуска.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает более высокую точность размеров особотонкостенных труб, в частности, из коррозионостойких сталей для ядерных реакторов.