Нарэзанне рэзьбы і вырабленне пазаў на трубах з нікелевых сплаў: пераадоленне павышэння твёрдасці пры апрацоўцы і зносу інструмента ў палёвых умовах

Нарэзанне рэзьбы і вырабленне пазаў на трубах з нікелевых сплаў: пераадоленне павышэння твёрдасці пры апрацоўцы і зносу інструмента ў палёвых умовах

Вы знаходзіцеся ў палі. Труба выканана з Hastelloy C276, дыяметр 4 цалі, шэраг 40S. На кресленні патрабуецца нарэзанне рэзьбы на канцы трубы для падлучэння да клапана. Ваша брыгада ўсталёўвае стандартны станок для нарэзання рэзьбы на трубах — такі ж, які выкарыстоўваецца для вугляродзістай сталі і сталі маркі 316L.

Першы праход адбываецца нармальна. Потым плаштун пачынае вісцяць. Рухавік працуе з перагрузкай. Калі брыгада нарэшце адводзіць плаштун, зубцы аказаліся пашкоджаны, а рэзьба выглядае разарванай, а не нарэзанай. Цяпер труба з’яўляецца бракаванай.

Вітаем у вас у палі ў працы з нікелевымі сплавамі.

Сплавы нікелю (C276, C22, 625, 825 і інш.) вельмі складна нарэзаць рэзьбу і вырабіць пазы. Іх высокая хуткасць умацнення пры апрацоўцы, нізкая цеплаправоднасць і схільнасць да задзірання прыводзяць да хуткага адмовы стандартных інструментаў і метадаў апрацоўкі. У цэху можна выкарыстоўваць жорсткія CNC-станкі з пастаянным падаваннем ахалоджвальнай вадкасці. На аб’ектах — з пераноснымі станкамі для нарэзання рэзьбы, ручнымі рэзцамі і абмежаваным змашчэннем — гэтая задача ў дзесяць разоў складанейшая.

Гэты даведнік тлумачыць чАМУ сплавы нікелю ўмацняюцца пры апрацоўцы і знішчаюць інструменты, і даюць вам перавераныя на практыцы метады працы ў палёвых умовах для паспяховага нарэзання рэзьбы і выраблення пазаў на трубах з нікелевымі сплавамі — у тым ліку выбар інструмента, рэжымы апрацоўкі (частота ўводу, падача), змашчальнікі, паэтапныя працэдуры.

1. Чаму сплавы нікелю так складана нарэзаць рэзьбу і вырабіць пазы

Тры ўласцівасці матэрыялу ў сукупнасці ператвараюць сплавы нікелю ў кошмар для токары:

А. Экстрэмальнае ўмацненне пры апрацоўцы

Сплавы нікелю маюць гранецэнтраваную кубічную (ГЦК) структуру, якая хутка ўмацняецца пры дэфармацыі. Калі рэзальны інструмент кантактуе з паверхняй, матэрыял пад зонай зрушэння можа ўмацняцца да 200–300 % ад першапачатковай твёрдасці майжэ адразу.

Прыклад: Растворна-адпалены сплав C276 мае тыпавую твёрдасць прыкладна 200 HB (Rockwell C ~15). Пасля аднаго лёгкага рэзання дэфармаваны пласт можа перавышаць 350 HB (Rockwell C ~38). Наступны праход рэзання цяпер сустракае значна больш твёрдую паверхню — што паскорвае знос інструмента.

B. Нізкая цеплаправоднасць

Нікелевыя сплавы погана праводзяць цеплату (прыкладна 1/3 ад вугляродзістай сталі). Цеплыня ад рэзання канцэнтруецца ў канцы інструмента, замест таго каб рассейвацца ў стружку або апрацоўвальны выраб. Тэмпература інструмента можа перавышаць 800 °C (1470 °F) нават пры памераных хуткасцях, што прыводзіць да размякчэння рабочага канца інстромента і ўзнікнення кратарнага зносу.

В. Высокая межа зрушэння і адгезія

Нікелевыя сплавы маюць высокую межу працягвальнасці (напрыклад, у C276 — прыкладна 760 МПа па мяжы плистичности). Яны таксама маюць тэндэнцыю да ўтварэння нарослага краю (BUE) — матэрыял апрацоўвальнага выраба прываракаецца да канца інструмента, а затым адрыўваецца, забіраючы з сабой пакрыцце інструмента.

Вынік пры нарэзанні рэзьбы і пазірванні: Малыя інструментальныя перасекі (рэзьбавыя ўстаўкі, інструменты для пазіравання) хутка выхо́дзяць з ладу — адкалоліся краі, знос бакавых паверхняў, пластычная дэфармацыя. Пасля гэтага ідуць поганая якасць паверхні, разарваныя рэзьбы і недакладнасць памераў.

2. Поле супраць майстэрні: чаму на месцы праца складанейшая

На месцы працы нельга выконваць апошнія праходы з глыбінёй 0,010″. Нарэзчыкі рэзьбы нарэзаюць рэзьбу за адзін праход — уся форма рэзьбы ўтвараецца падчас руху нарэзчыка наперад. Гэты адзіны праход выклікае моцнае ўмацненне пры дэфармацыі і вялікую нагрузкі на інструмент. Пазіраванне (напрыклад, для фітингаў Victaulic або пазіраў, выкананых рэзаннем) выконваецца з дапамогай ручных інструментаў або пераносных пазіруючых машын з абмежаваным круцяным момантам.

Галоўнае: Нарэзанне рэзьбы і пазіраванне нікелевых сплаваў на месцы працы патрабуе спецыялізаваных інструментаў, актыўнай смазкі і асцярожнай тэхнікі — а не стандартнай працэдуры для вугляродзістай сталі.

3. Нарэзанне рэзьбы на трубах з нікелевага сплаву: выбар інструмента

Рызьбазавальны плаштун — гэта ваш найбольш важны кампанент. Стандартныя плаштуны з высокалегіраванай сталі (HSS) для нарэзання рэзьбы на вугляроднай сталі будуць выйсці з ладу пры нарэзанні рэзьбы на нікелевых сплавах ужо праз некалькі цалёў даўжыні рэзьбы.

Рэкамендаваныя матэрыялы для плаштуноў:

Рэкамендацыя для працы ў полі: Выкарыстанне карбідныя нарэзныя дыскі спецыяльна распрацаваны для нержавеючай сталі і нікелевых сплаваў. Бренды, такія як Reed (серыя Ni‑Force) і Ridge Tool, маюць мадэлі з карбіднымі ўстаўкамі, пакрытымі TiAlN. Іх кошт у 3–5 разоў вышэй за кошт быстрарэжучай сталі, але працягваюць яны ў 10–20 разоў даўжэй і забяспечваюць атрыманне чыстых рэзьбаў.

Геаметрыя плашкі для нікелевых сплаваў:

• Кут загнутасці / перадні кут: Больш дадатны перадні кут (10–15°) змяншае сілу рэзання і працэс умацнення пры абработцы.

• Кут вольнага месца: Павялічаны кут вольнага месца (7–10°) прадухіляе траціне і награванне.

• Форма рэзьбы: Для рэзьбаў NPT выкарыстоўвайце плашкі з модыфікаванымі зонамі звальня, каб зменшыць траціне.

Што трэба запытаць у свайго пастаўшчыка: «Ці маеце вы набор плашак, спецыяльна прызначаны для нікелевых сплаваў ці матэрыялаў з высокай склоннасцю да ўмацнення пры абработцы?» Калі яны адказваюць: «Наш стандартны набор плашак для нержавеючай сталі цалкам падыходзіць», — папрасіце праверыць яго перад закупкай. Часта гэта не так.

4. Нарэзанне рэзьбы: хуткасць, смазка і тэхніка

Калі ў вас ёсць патрэбны штамп, то правільна выкананая ў палёвых умовах працэдура вызначае поспех ці брак.

Хуткасць рэзання (аб/хв) — значна менш за для вугляродыстай сталі

Палёвае правіла: Выкарыстоўвайце трубарэз на самай нізкай даступнай хуткасці . Пры ручным нарэзанні рэзьбы кручыце штамп павольна — не больш за адзін–два абароты ў секунду.

Змашчэнне – нязменнае

Ніколі не нарыхтуйце нарэзку рэзьбы з нікелевага сплаву без змашчэння. Змашчальнік павінен забяспечваць уласцівасці экстрэмальнага ціску (EP) і добрую ахалоджванне.

Лепшыя змашчальнікі для нарэзкі рэзьбы з нікелевага сплаву:

Прымяненне: Пастаянна запаўняйце пласціну і трубу алеем. Для пераносных нарэзчыкаў спыняйцеся кожныя 1–2 абароты, каб паўторна нанесці смазку. Пры ручной нарэзцы апускаць пласціну ў смазку пасля кожнага поўнага абароту.

Увага: Не выкарыстоўвайце стандартныя вадаразчынныя ахалоджвальнікі — яны не забяспечваюць дастатковай смазвальнасці для нікелевых сплаваў.

Тэхніка — спыняйцеся, перш чым пачнецца разрыв

1. Зрабіце фаску на канцы трубы — Фаска пад вуглом 30–45° (глыбіняй 1–2 мм) дапамагае пласціне пачаць нарэзку чыста і змяншае пачатковую нагрузкі.

2. Дакладна ўстаноўце пласціну – Любая няроўнасць выклікае нероўнае рэзанне і ўзмацненне матэрыялу з адной боку.

3. Прыкладаць пастаянны, умераны ціск – Не прымушвайце шаблон; не рабіце рывкоў.

4. Часта змяняйце напрамак руху – За кожны 1–2 абарота ўперад зрабіце ¼ абарота назад, каб разбурыць стружку і ачысціць ад адходаў. Гэта крытычна важна: стружка, якая застрэльваецца ў шаблоне, выклікае прыліпванне і скалыванне інструмента.

5. Праверце якасць нарэзанай рэзьбы – Пасля нарэзання праверце рэзьбу калібрам і візуальна. Адхіляйце рэзьбу з разрывамі, шарахатай або меншага памеру.

Калі шаблон пачынае свісцяць або станок працуе з цяжкасцю: Негадзяйка спыніце працу. Адкруціце шаблон, ачысціце ад стружкі, зноў нанясіце смазку і пачніце зноў. Калі працягваць працу, паверхня труба будзе ўзмоцнена, а шаблон, верагодна, скалюецца.

5. Нарэзанне жалобаў на трубах з нікелевага сплаву (нарэзанне жалобаў для механічных муфт)

Нанесенне пазаў — выразанне кальцавай пазы каля канца трубкі для муфт (Victaulic, Gruvlok) — гэта яшчэ адна аперацыя з высокім рызыкам. Закрапленне ў зоне караня пазы можа прывесці да трасцін пад ціскам муфты.

Інструменты для нанесення пазаў

• Партатыўнае ролікавае нанесенне пазаў (напрыклад, Victaulic 206) — не рэкамендуецца для нікелевых сплаваў дыяметрам больш за 2″. Халоднае пракатванне моцна закрапляе матэрыял і можа выклікаць трасціны. Некаторыя вытворцы забараняюць ролікавае нанесенне пазаў на нікелевых сплавах.

• Рэзальнае нанесенне пазаў (абрабка рэзаннем) — пераважны метад. Выкарыстоўвайце партатыўны станок для рэзальнага нанесення пазаў (напрыклад, Victaulic 606, Reed CG‑6) з карбіднымі рэзцамі .

Геаметрыя рэзцаў для рэзальнага нанесення пазаў:

• Дадатны кут рэзання — 10–15°.

• Цярпаючы Край – Тупыя рэзцы выдзяляюць цеплату і выклікаюць накапленне працоўнай твёрдасці.

• Карбід з пакрыццём – Пакрыцце TiAlN або AlTiN для стойкасці да цеплыні.

Параметры:

Парадак выканання пазавага рэзання:

1. Надзейна замацуйце трубу — любая вібрацыя выклікае дрыганне і накапленне працоўнай твёрдасці.

2. Выкарыстоўвайце шматлівае змашчэнне (такое ж, як пры нарэзанні рэзьбы).

3. Падавайце рэзак павольна — не спрабуйце зрабіць разрэз поўнай глыбіні за адзін праход. Зрабіце 3–4 праходы па 0,5–1 мм кожны.

4. Паміж праходамі выдаліце стружку і зноў нанясіце смазку.

5. Пасля апошняга праходу праверце дно пазубіны — яно павінна быць гладкім, без разрыўаў ці ўчасткаў, якія падвергліся ўмацаванню пры апрацоўцы.

6. Знявострыце краі пазубіны.

Крытычнае папярэджанне: Не выкарыстоўвайце валікавую нарезку (халоднае фармаванне) для нікелевых сплаваў, калі вытворца інструмента спецыяльна не дазволіў гэта. Шматлікія аварыі ў эксплуатацыі — трэшчыны ў вобласці караня пазубіны — звязаны з валікавай нарезкай сплаваў C276 або 625.

6. Умацаванне пры апрацоўцы: як выявіць і пазбегнуць яго

Умацаванне пры апрацоўцы нельга ўбачыць непасрэдна, але можна адчуць яго і ўбачыць яго наступствы.

Прыкметы надмернага ўмацавання пры апрацоўцы:

• Рызьбонарезны штамп становіцца цяжэй круціць пасля першых некалькіх праходаў.

• Чыпсы адламліваюцца ў выглядзе дробнай, падобнай на парашок пылу замест гладкіх завіткаў.

• Паверхня трубкі мае «размазаны» або разарваны выгляд.

• Знос інструмента праходзіць хутка (відавочны знос па задняй паверхні або адкалванне пасля некалькіх віткоў).

Як пазбегнуць накаплення працоўнага ўмацнення:

Калі вы выклікалі наклеп трубкі: Яе нельга аднавіць. Заклепаны пласт застаецца пастаянным. Магчыма, вам спатрэбіцца адрэзаць заклепаны канец і пачаць зноў.

7. Альтэрнатыва наладжванню нарэзкі ў полі: нарэзаныя ў заводскіх умовах канцы або зварныя фланцы

Улічваючы складанасць нарэзання рэзьбы на нікелевых сплавах у палёвых умовах, разгледзьце альтэрнатывы:

• Замовіце трубы з канцамі, якія ўжо маюць рэзьбу, выкананую на заводзе – На металургійных заводах можна нарэзаць рэзьбу на трубах з нікелевых сплаў з дапамогай ЧПУ-абсталявання з ахалоджваннем. Нарэзанне рэзьбы ў палёвых умовах заўсёды звязана з больш высокім рызыкам.

• Выкарыстоўвайце фланцы з прыварным шыямі замест рэзьбовых злучэнняў – Зварка (з правільным зварачным абаронным газам) часта лягчэйшая за нарэзанне рэзьбы на нікелевых сплавах. Фланец з утулкавай ці стыкавай зваркай поўнасцю выключае неабходнасць у рэзьбе.

• Выкарыстоўвайце грабёнчатыя муфты з грабёнкамі, выкананымі на заводзе – Некаторыя пастаўшчыкі могуць выканаць грабёнкі на трубах з нікелевых сплаў перад адпраўкай.

Сравненне коштаў (труба C276 дыяметрам 4″):

Для крытычных або вялікадыяметрычных ліній пале ўжываць нарэзку рэзьбы на месцы. Выкарыстоўвайце злучэнні з рэзьбай, выкананай на заводзе, або зварныя злучэнні.

8. Кантрольны спіс для нарэзкі рэзьбы і вырабу пазак на нікелевых сплавах на месцы

Расдрукуйце гэты кантрольны спіс і захавайце яго разам з вашай брыгадай на месцы.

Перад пачаткам:

• Пацвердзіце марку трубнага сплаву — C276, C22, 625, 825 і г.д. Не выкарыстоўвайце інструменты ці метады, прызначаныя для вугляродзістай сталі.

• Атрымайце дыскі з карбіду (для нарэзкі рэзьбы) або рэзцы з карбіду (для вырабу пазак) — не з хуткаразрэзнай сталі (HSS).

• Забяспечце наяўнасць смазкі з высокім узроўнем ціскавай нагрузкі (Moly-Dee, Tap Magic EP або антыпрыгарная смазка для нікеля ў сумесі з алеем).

• Упэўніцеся, што станок для нарэзкі рэзьбы/вырабу пазак мае рэгулятар хуткасці — найменшую магчымую хуткасць.

Падчас нарэзкі рэзьбы:

• Фаска на канцы трубкі (30–45°, глыбіня 1–2 мм).

• Шчодра наносіце смазку да і падчас аперацыі.

• Працуйце на найменшай хуткасці (10–20 SFM).

• Адкруціце на ¼ абарота кожныя 1–2 прамыя абароты.

• Спыніце працу пры з’яўленні вострага піску або цяжкага ходу — адкруціце, ачысціце, зноў нанясіце смазку.

• Праверце рэзьбу калібрам — адхільце рэзьбу з разарванымі або няроўнымі ніткамі.

Падчас нарезання пазак:

• Надзейна замацуйце трубку.

• Выкарыстоўвайце рэзец з карбіду вольфрама з дадатным пераднім кутом.

• Пастаянна змашчайце.

• Выконвайце некалькі паверхневых праходаў (глыбіня кожнага праходу — 0,5–1 мм).

• Праверце дно жалобкі — адмовіцеся ад выкарыстання, калі яно разарванае або мае ўзгоркі.

• Зняцце фаскі з краёў.

Пасля завяршэння:

• Ачысціце трубу ад стружкі і смазкі.

• Праверце інструмент на ўзнікненне зносу — замяніце яго, калі ён ушчэльнены або зношаны.

• Для нарэзкі рэзьбы NPT нанясіце флюаропластавую стружку і нікелевую антызаклёпную сумесь перад зборкай (паспрыяе прадухіленню заедання).

9. Усё часта сустраканыя праблемы ў эксплуатацыі і іх вырашэнне

Апошняе слова

Нарэзанне рэзьбы і жалобкаванне труб з нікелевага сплаву ў палёвых умовах — гэта складана, але не немагчыма. Ключ — гэта павага да матэрыялу: нізкія хуткасці, вострыя карбідныя інструменты, шмат лубрыкантав і пастаянная чыстка ад стружкі. Ніколі не выкарыстоўвайце інструменты або метады, распрацаваныя для вугляродзістай сталі — яны не спраўляцца з заданнем, часта разбураючы пры гэтым саму трубу.

Калі ёсць выбар, замовце трубы з нікелевага сплаву з фабрычнай рэзьбай або фабрычнай жалобкаваннем. Калі праца ў палёвых умовах неабходная, укладзіце сродкі ў правільныя плашкі і рэзцы, правядзіце навучанне сваіх супрацоўнікаў і дотрымлівайцеся вышэйпрыведзеных працэдур. Выдаткі на бракаваныя трубы і выйшлыя з ладу інструменты значна перавышаюць дадатковыя выдаткі на якасны інструмент і лубрыкант.

Памятайце: нікелевыя сплавы адразу ўцвярджаюцца пры апрацоўцы. Адзін няправільны разрэз можа зруйнаваць злучэнне, але правільная тэхніка забяспечвае чыстыя і надзейныя нарэзкі рэзьбы кожны раз.