List - 1-1. Technologie zaválcování trubek úvod Popis: Pro zaválcování trubky do otvoru v trubkovnici se používá zaválcovacího strojku, viz. obr. 1. Obr. 1 Zaválcovací strojek Princip práce: Osa válek (3) zaválcovacího strojku je sklonna proti ose kuželového trnu (2) o 2 až 3, takže pi otáení trnu se souasn otáejí i váleky, vedené ve správné poloze klecí (1), a posouvají trn vped. Trubka se rozválcovává po celém svém obvodu tak dlouho, až pilne na stnu vyvrtaného otvoru. Pi dalším zaválcování se pak materiál trubky dále deformuje. Vtšina ástic kovu tee ve smru osy trubky, tj. smrem, který klade nejmenší odpor; tím se trubka prodlužuje. Trubka je na obou stranách v prodlužování omezována tením; na vnitní stran tením mezi leštnými váleky strojku a vnitním povrchem trubky; na vnjší stran tením mezi vnjším povrchem trubky a materiálem trubkovnice. Jelikož tení mezi váleky a trubkou je menší než mezi trubkovnicí a trubkou,
List - 2 - tendence k teení je vtší na vnitním povrchu trubky než na vnjším povrchu. Proto se trubka více prodlužuje na vnitní stran. Velikost tení závisí na jakosti povrchu trubky a stny otvoru. Radiální namáhání (pnutí) v materiálu trubky a trubkovnice obklopujícím trubku bhem periody válcování stoupá. Tím vzniknou pružná naptí i ve stn otvoru trubkovnice. Trubka je tlaena na stny otvoru, viz. obr. 2, které tlaí na trubku naptím opaného smyslu. Obr 2. Pružná naptí zaválcované trubky Nejdokonalejší zaválcovaný spoj vznikne tehdy, když v zaválcované ásti trubky došlo v celém jejím prezu k plastické deformaci, zatímco v trubkovnici vznikla pouze pružná naptí. Složitost pochodu záleží ve stanovení velikosti takové zaválcovací síly, pi níž by bylo dosaženo plastické deformace trubky a pružného naptí v trubkovnici (v praxi není s ohledem k výrobním tolerancím trubky toto prakticky možné). Proto se volí zaválcovací síla menší. Tím vznikají v ásti trubky blíže k válekm zaválcovacího strojku deformace plastické a v menší ásti povrchu trubky zstává materiál ve stavu na mezi kluzu nebo mezi pružnosti. Pozor!!!: Zaválcovací síla nesmí zpsobit, aby se materiál trubkovnice plasticky deformoval. Takový spoj by již nemohl tsnit; íkáme, že spoj je peválcován.
List - 3 - Závislost procenta rozválcování tloušky stny trubky na axiální únosnosti spoje je znázornna na obr.3. Obr.3 Závislost procenta rozválcování tloušky stny trubky na axiální únosnost spoje Se zvyšováním procenta rozválcování tloušky stny trubky v úseku kivky (1-2) stoupá axiální únosnost spoje lineárn. V úseku (2-3) i pes další zvtšování intenzity zaválcování se pouze mírn zvyšuje axiální pevnost spoje. Kritický je bod (3). Od tohoto místa pi dalším zaválcování je vlivem píliš intenzivního tváení pekroena mez pružnosti materiálu trubkovnice, v kterém také zmizela pružná pnutí. innost zaválcovacího strojku se penáší na stny otvoru, který se zane zvtšovat. Tím se odstraní i pružná naptí v otvoru. Zaválcovaný spoj je peválcován. 2. Konstrukní požadavky na provedení spoj Zaválcování trubek do trubkových el se používá v mnoha prmyslových odvtvích. Aby bylo vyhovno požadavkm
List - 4 - kladeným na kvalitu spoje, otvory se pro zaválcování rzn upravují: Zaválcování kondenzátor parních turbín a nízkotlakých výmník tepla: otvor je obvykle vyvrtán na drsnost povrchu 6,3 µm. Délka zaválcovaného spoje v kotláské praxi nepesahuje obvykle L = 40 mm, viz. obr.4. Pi zaválcování dlouhých spoj obvyklou technologií by docházelo k nadmrnému teení materiálu axiálním smrem a k nerovnomrnému zaválcování v podélném smru. Obr.4 Provedení otvor nízkotlakých zaízení: L délka zaválcování, D prmr otvoru v trubkovnici Delší spoje se proto zaválcovávají v nkolika stupních nebo se použije zptného zaválcování, které omezuje teení materiálu smrem do svazku trubek. Zaválcování zaízení pro chemický prmysl: pokud zaválcování trubky neumožní pevn zaválcovaný spoj, je možno pedpokládat, že i pomrn úzká spára mezi trubkou a trubkovnicí mže být v agresivním prostedí zdrojem urychlené koroze trubkového spoje.
List - 5 - Proto se v tlusté trubkovnici bu otvor odstup uje, aby délka zaválcování byla jako délka válek, tj. asi L = 40 mm, nebo se trubka zaválcovává po celé délce, což však vlastní zaválcování komplikuje (nkdy nelze provést). Zaválcování zaízení pro vysoké tlaky spoje, které jsou namáhány vyššími tlaky, mají otvory vyvrtané s drsností povrchu 3,2 až 6,3 µm, opatené jednou i nkolika drážkami, viz obr. 5. Trubka se zajišuje rozválcováním do drážky v otvoru trubkovnice. Obr.5 Provedení otvor vysokotlakých zaízení Použití drážky nebo nkolika drážek umož uje zvýšit pevnost spoje proti vytržení, ale nepispívá ke zlepšení tsnosti spoje, protože materiál nevyplní dokonale celý profil drážky. Ke zlepšení tsnosti spoje je výhodné využít technologie hebínkování. Do otvoru se vyrobí až 7 mlkých drážek vedle sebe ve tvaru hebínku; hloubka drážek je 0,3 mm, viz. obr. 6 a obr. 7.
List - 6 - Obr. 6 Hebínkový spoj Obr. 7 Uspoádání hebínkového spoje Zatékání materiálu do mlkých drážek je podstatn lepší. Hladký spoj s hebínkem dokonale zaválcovaný je pln vyhovující. Takovéto zaválcované spoje pln vyhovují do petlaku 8 Mpa až 10 Mpa. Je možno je využít až do petlaku 20 Mpa. Zvláštním pípadem velmi namáhaného spoje je spojení kotlové trubky s bubnem, pop. parojemem. Jeho provedení je znázornno na obr. 8. Tyto spoje pracují pi petlacích 8 Mpa až 15 Mpa a teplotách 400 až 450 C. Krom požadavku absolutní tsnosti musí spoj vydržet i znané axiální namáhání od zavšených trubkových ástí. Konce trubek tchto spoj jsou pro zvtšení axiální únosnosti rozlemovány pod úhlem 15. Lemování musí být zhotoveno speciální zaválcovakou, nikoli rozrážením. V nkterých pípadech je nutno zaválcovat i spoje, jejichž otvory nejsou vrtány v ose tlesa.
List - 7 - Obr.8 Spojení kotlové trubky s bubnem: Levá strana: mén namáhavý spoj Pravá strana: axiáln velmi namáhaný spoj nutnost drážky U spoj jejichž otvory nejsou vrtány v ose tlesa by mla být hodnota L vyznaená na obr. 9 co nejvtší. Obr.9 Šikmo vrtaný otvor Je možno ve výjimených pípadech zaválcovat i spoje pi L = 0. Tmto pípadm je však nutno, pokud to lze, pi konstrukci tchto zaízení se z hlediska obtížnosti dosažení spolehlivého spoje vyhnout.
List - 8 - Kombinované spoje zaízení (tj. svaované a zaválcované) a spoje zaízení svaované používají se pi zvyšování provozních parametr, pevážn v chemickém prmyslu. Svary jsou z konstrukního hlediska nosné nebo tsnicí. Tsnicí svary jsou vhodné u spoj kombinovaných, kde pevnosti spoje se dosáhne zaválcováním. Nevýhody svarového spoje: Znan tepeln namáhá materiál spojovaných souástí, v nmž mohou vzniknout trhliny. U nosných svar, bez zaválcování zbývající ásti trubky do otvoru trubkovnice, je nutno poítat s korozí ve svarech. Zvýšené bezpenostní pedpisy a vyšší požadavky na kvalitu pracovníka (vyšší tída vyšší plat). Vhodný typ svarového spoje závisí na materiálu spojovaných ástí, na zpsobu svaování a na provozních parametrech daného zaízení. U ocelí náchylných k praskání se nepíznivý vliv pnutí snižuje odlehovací drážkou, podle obr. 10. Obr. 10 Odlehovací drážka Tento zpsob má urité nevýhody v tom, že komplikuje a zdražuje pípravu trubkovnice pro svaování a vyžaduje vtší roztee mezi jednotlivými trubkami.
List - 9 - Pro malé roztee se používají koutové svary, jak zobrazuje obr. 11. Obr. 11 Vnitní koutový svar U koutových svar se však velmi asto vyskytují trhliny ve svarovém kovu. Pi bžném runím svaování obalenými elektrodami se pro malé namáhání používají vnjší koutové svary, jak zobrazuje obr.12. Obr. 12 Vnjší koutový svar Pro vtší mechanické namáhání se zvtšuje výška svaru tím, že se okraj otvoru v trubkovnici zkosí.
List - 10 - Trubky lze vzhledem k otvoru trubkovnice svaovat ve tech polohách: Trubka penívá rovinu trubkovnice. Trubka je v úrovni trubkovnice, Trubka je zapuštna do otvoru trubkovnice. Pozor!!!: Pevnost svaovaného spoje je vtší než pevnost nejlépe zaválcovaného spoje, i když oba spoje z hlediska pevnosti vyhovují (u svaovaných spoj se trubky asto pi trhacích zkouškách poruší mimo svar). Kombinovaný svar (tj. svaovaný a zaválcovaný spoj): Vhodný spoj do agresivního prostedí (koroze). Jeho použití je výhodné i do zaízení, která jsou namáhána promnným nebo vibraním namáháním. Eliminuje možné netsnosti i u dobrého zaválcovaného spoje, kdy mohou vzniknout nepatrné netsnosti, které následn vlivem agresivního prostedí ohrožují správnou funkci zaízení. Zaruuje, že spoj trubky a trubkovnice je podstatn odolnjší a zaruuje dlouhodobý bezporuchový provoz. Kombinovaný spoj zajišuje dokonalou nepropustnost sekundárním pojištním tsnícího svaru. Problémy technologie kombinovaných svar: Pozor!!!: A) Po zaválcovaní spoje a následném svaování se ve vtšin pípad uvol uje naptí v zaválcovaném spoji. B) Pokud spoj svaujeme nejdíve, je nebezpeí, že tváením se vytvoený tsnicí svar utrhne. Optimální postupy technologie výroby kombinovaného spoje: 1) Existuje postup, pi kterém se spoj nejdíve lehce zaválcuje tak, až trubka dosedne na povrch otvoru, následuje svaování, po kterém se spoj peválcuje v oblasti mimo svar, viz. obr. 13. Lze však i v tomto pípad namítnout, že v takto zhotoveném spoji vznikne osové naptí od axiálního prodlužování trubky pi koneném zaválcování.
List - 11 - Obr. 13 Kombinovaný spoj zaválcovaný a svaený 2) Další možný postup je vytvoení spoje roztažením trubky do otvoru výbuchem; po roztažení se spoj svaí, viz. obr. 14 a obr. 15. U takto zhotoveného spoje není nebezpeí koroze mezi trubkou a otvorem trubkovnice. Svar je však nejen tsnicí, ale i nosný. Prostednictvím technologie tváení velkou deformaní rychlostí se využívá detonaní vlny, vznikající pi detonaci trhaviny v tzv. bleskovici. Mezi trhavinu a stnu trubky se vkládá vrstva, tlumící v pípad poteby úinek detonaní vlny do té míry, aby nevznikaly v trubce i trubkovnici trvalé deformace. Pro trubky o vnitním prmru 8 až 10 mm je možno použít uspoádání nástroje podle obr. 14. Obr. 14 Upev ování trubek malých prmr výbuchem
List - 12 - Trubky o vtším prmru lze upev ovat výbuchem podle obr. 15. Nálož je navíc stedna v trubce distanní vložkou. Obr. 15 Stední nálože distanní vložkou 1) rozbuška, 2) trubkovnice), 3) distanní vložka, 4) trhavina, 5) trubka Pro opravy netsných spoj a v nkterých speciálních pípadech, u nichž pružicí síla trubky nestaí k dosažení potebné axiální únosnosti a tsnosti spoje, se používá výztužných kroužk, vložených do spoje. Tlouška stny vloženého kroužku se má maximáln rovnat tloušce stny zaválcované trubky. asto se kroužky volí z pevnjších materiál. Šíka kroužku je 40 až 50 mm. Kroužek se ukládá do zaválcované trubky a je rovnž zpevnn zaválcováním. Hrany kroužk je nutno zaoblit, aby nepoškodily trubku. Tato úprava je patrná z obr. 16. Obr. 16 Použití zpev ujícího kroužku
List - 13-3. Zásady a postup zaválcování trubek Pi stanovení zásad a správného postupu zaválcování vyjdeme z rozboru známých nedostatk zaválcovaných spoj (nap. u parního kotle pi spojení trubek s tlesem kotle). Zaválcování trubek je provádno: Run pohánnými válcovacími strojky (zaválcovakami), piemž jakost spoje závisela vždy na zkušenostech valcíe. Za pomocí pneumatických vrtaek. V souasnosti za pomocí pneumatických utahovák a speciálních zaválcovaek. Problémy pi zhotovování spoje: Zaválcovaný spoj trubky netsní píina netsnosti bývá asto v tom, že trubky jsou peválcovány, to znamená, že pi válcování byl materiál konce trubky válcovakou tak siln tváen, že se pekroila nejen jeho mez pružnosti, ale i mez pevnosti a v materiálu trubky vznikly trhliny. Pi válcování trubek byla vyvozována nestejná síla mže být píinou netsnosti spoje. Napíklad pi tlakové zkoušce se zjistilo, že ze 300 zaválcovaných trubek jich 5 netsní. Tchto 5 trubek se znovu peválcovalo a pi opakované zkoušce netsnily trubky v jejich tsné blízkosti. Dvod je prostý, viz. obr. 17, kde je nakreslena ást trubkovnice se zaválcovanými trubkami: Obr. 17 ást trubkovnice
List - 14 - Zaneme-li intenzívn peválcovávat trubku (A), penese se tlak na mstky mezi otvorem (A) a otvory sousedních trubek (B), (C), (D), (E), (F), (G). Mstky se ásten deformují a tím trubky v nich zaválcované se stanou netsnými, viz. obr. 17. Opatení: V tomto pípad je nutno peválcovat netsnou trubku maximáln dovolenou plnou silou a ostatní pouze lehce!!! Peválcování trubky do délky zpsobuje netsnosti spoje, viz. obr. 18. V tomto pípad je peválcování trubky v délce vtší, než je tlouška trubkovnice, což zpsobí zaíznutí trubky a následn vrub, který je píinou utržení trubky. Obr. 18 Peválcování trubky Nedoválcování trubky do délky vzniká mezi trubkou a stnou trubkovnice mezera, která se pevážn u chemických zaízení vlivem koroze zvtšuje, až zkoroduje celý spoj. Obr. 19 Nedoválcování trubky
List - 15 - Pronášení trubek což je závada, která vzniká pi válcování trubek, piemž prvodním jevem je namáhání tchto trubek na vzpr tak, že se prohýbají uvnit zaízení (má vliv na jeho funkci). Pozor!!!: Zásady správného zaválcování trubky tedy jsou: Dokonalé zhotovení otvoru. Správné upravení konce trubek. Zaválcování všech trubek zaízení stejnou silou. Správné ustavení zaválcovacího strojku tak, aby trubka byla zaválcována po celé délce pedepsané výkresem. Používat zaválcovaky, která vyválcovává materiál trubky ven ze zaízení. Tím je zarueno, že trubka nebude uvnit zaízení prohnuta. Tvrdost materiálu trubky má být vždy menší nebo se má nejvýše rovnat tvrdosti materiálu trubkovnice. Na zkušebním tlese je pedem nutno vyzkoušet správné nastavení zaízení, kterým je možno zkontrolovat procento rozválcování tloušky stny trubky. Je také nutno kontrolovat, zda pístroj správn vypíná. Praktický postup zaválcování konce trubky: Ped vlastním zaválcováním se vnitek konce trubky lehce namaže tukem, nejlépe technickou vazelínou, a to v délce váleku. Do trubky se ustaví zaválcovaka tak, aby její pracovní váleky zasáhly celou délku válcované ásti (viz. obr. 1). Tlakem kuželového trnu se váleky rozepnou a roztahují trubky podle svého potu v trojúhelník, popípad ptiúhelník tak dlouho, až pitlaí trubku ke stn otvoru. Otáením trnu se rotaní pohyb penáší na váleky a celý strojek se v trubce otáí. Dalším postupem se zasouvá kuželový trn dále mezi váleky pohybem odvozeným u samosvorných zaválcovaek od zvláštního sklonu válek proti ose trn tak dlouho, až trubka
List - 16 - úpln dosedne na stny otvoru. U šroubových, pop. jiných druh zaválcovaek je nutno trn podávat vped. Pi tomto pochodu je teba pozorovat tvárnost trubky. Stává se, že trubka bu chybn, nebo vbec nežíhaná se za váleky deformuje (vlní a vrací se jakoby zpt). Pi tomto jevu je nutno válcování trubek perušit, zjistit tvrdost trubky, popípad trubky optovn žíhat. Pi správném prbhu této fáze zaválcování dosedne trubka již po nkolika málo otákách zaválcovacího strojku do otvoru tak, že vyjmeme-li zaválcovaku a klepneme na konec trubky kladívkem, slyšíme sytý, nekaplavý zvuk. U zaválcovacích strojk, které mají kulikové ložisko, jímž se zaválcovaka opírá o trubkovnici, vytlauje se asi 70 % materiálu ven z trubkovnice smrem k valcíi a 30 % materiálu trubky vniká dovnit zaízení. U jiných druh zaválcovaek je tento pomr 50:50. Trvalá deformace v materiálu trubky musí vzniknout pi první fázi válcování, aby po jejím skonení v následující druhé fázi zaválcování se dalším válcováním dosáhlo potebného pružného naptí (na vnjším obvodu trubky a ve trubkovnici). Rozválcováním a prodloužením trubky v obvod i na délku se zvtšuje pevnost trubky a souasn vzniká pružné naptí ve stn otvoru. Pi dodržení správného pomru obou sil vznikne mezi obma stnami pilnavé naptí, které zaruuje spolehlivý spoj. Pro jakostní zaválcování napevno je dležité znát vzájemnou souvislost tlak na trn a rychlosti otáek strojku, tedy rychlost vlastního zaválcovacího prbhu. Prakticky stejného rozválcování dosáhneme dvma zpsoby: Zvýšením tlaku pi menším potu otáek zajišuje zrychlení prbhu technologie zaválcování trubky, kdy nástroj psobí vtším tlakem na stnu otvoru trubkovnice, pinejmenším na vnjší vrstvy, zato však je mén dotena stna trubky. Tento poznatek se uplat uje i u nkterých zvláštních typech spoj, kdy pevnost materiálu trubky a trubkovnice jsou skoro shodné, popípad u trubkovnice s tenkou stnou. Zvtšením tlaku na trn pivádíme sice stnu otvoru až k plastické deformaci, avšak zrychlením prbhu zaválcování
List - 17 - se tato deformace omezuje jen na tenkou vnjší vrstvu a do hloubky zstává deformace pružná. Snížením tlaku pi zvýšeném potu otáek zpsobuje zpomalení prbhu technologie zaválcování trubky (menší tlak na trn a rychlejší otáky delší kusový as). Pi stejném stupni rozšíení trubky jako pi prvním zpsobu se získá její dkladnjší petvoení pi menším vlivu na trubkovnici. Tento poznatek se uplat uje v podmínkách dostatených rozdíl pevnosti materiál a menších tloušek stn zaválcovávaných trubek. Zaválcovávání trubky napevno je úspšné jen pi plynulých otákách strojku za postupného stoupání trnu na váleky. Stanovení síly pro zaválcování trubky vychází se obvykle z petvoení tloušky stny trubky, které se pohybuje v rozmezí 7 až 13 %. Toto procento závisí na prmru trubky, jakosti materiálu trubky a také trubkovnice, tloušce stny trubky, délce zaválcovaného spoje, tlaku a teplot, za nichž spoje pracují. Tato hodnota je známá z praxe a je tabelovaná s ohledem na výše uvedené vlastnosti dle typu materiálu. Z praxe byla obecn stanovena doporuená procenta rozválcování trubky z rzných materiál (vždy je dležité provést konkrétní zkoušky), viz. tab.1 (procento rozválcování je stanoveno pro ob tloušky stny trubky). Procento Materiál trubky rozválcování [%] Hliník a jeho slitiny 6 až 9 Mosaz m 8 až 10 Uhlíková ocel pro tlaky do 2,5 MPa 9 až 10 Uhlíková ocel pro vysoké tlaky 10 až 12,5 Nízkolegované oceli 10 až 12,5 Vysokolegované oceli 10 až 12,5 Tab.1 Procenta rozválcování u základních materiál (obecn)
List - 18 - Píklad: Stanovte optimální svtlost d trubky v míst zaválcování a to dvma zpsoby obecn a za pomocí empirického výpotu. Známe: Skutený prmr vyvrtaného otvoru byl namen D = 51,6 mm. Do tohoto otvoru máme zaválcovat trubku o vnjším prmru d T = 51 mm o tloušce s = 3 mm. Rozválcování je 10 %. Postup: Mení rozválcování pímo na stn trubky je znan obtížné, a tím i nepesné. Proto se procento rozválcování nejastji kontroluje odeítáním od skuteného prmru vyvrtaného otvoru. Od skuteného prmru vyvrtaného otvoru odeteme dv tloušky stny trubky, tím získáme velikost svtlosti trubky za pedpokladu, že pi zaválcování trubka dosedla na stny otvoru. Dále pipoteme procento rozválcování tloušky stny trubky. Obecný výpoet:.. (doplnit) Empirický vztah: d = D - 2 s 1- z 100 [ mm] kde: d svtlost (vnitní prmr) trubky po zaválcování [mm], D skutený prmr vyvrtaného otvoru [mm], s tlouška stny trubky [mm], z procento rozválcování [%] Odpov: Po správném rozválcování bude tedy namena svtlost trubky v míst zaválcování d =? (v praxi se nkdy pibližn mí svtlost trubky v míst zaválcování posuvným midlem není pesné).
List - 19-3.1 Píprava otvoru pro trubky k zaválcování Zásady: Hrubý povrch stny otvoru má záporný vliv na tsnost spoje. Hladké dotykové plochy snáze vytváejí vodotsné spoje. ím hladší je stna otvoru, tím dokonaleji lze trubku zaválcovat (výstupky na povrchu se pi rozválcování trubky zásti odtrhnou od základního materiálu trubkovnice a vytvoí vrstvu tísek mezi trubkou a stnou otvoru, která je píinou netsnosti). Vrtání otvor používá se tam, kde není teba velké tsnosti, nap. u trubkových ohívák vzduchu parních kotl. Podmínkou je, že drsnost povrchu otvoru nepekroí 50 µm, a že ve stn nejsou šroubovité rýhy pes celou hloubku otvoru. Vrtání a vyhrubování používá se u nízkotlakých zaízení, nap. kondenzátor, piemž drsnost povrchu otvoru nesmí pekroit 12,5 µm. Vrtání, vyhrubování a vystružování pro nejvíce namáhané spoje, piemž by se mlo dosahovat drsnosti povrchu otvoru 3,2 až 0,4 µm. Vyvrtávání pro nejvíce namáhané spoje, piemž by se mlo dosahovat drsnosti povrchu otvoru 3,2 až 0,8 µm. Pedbžné rozválcování otvor zvyšuje se pevnost materiálu v otvoru pro trubky a v koneném dsledku by se to mlo projevit pevnjšími spoji. Drsnjší povrch otvoru je výhodný pro vyšší tlak, a to v pípad, že materiál trubky je z materiálu mkího, než je materiál trubkovnice, jako je tomu nap. u mdných trubek v ocelových trubkovnicích. Pi zaválcování mže kov trubky vyplnit nepravidelnost povrchu otvoru pro trubku.tímto zpsobem se odpor proti klouzání zvyšuje a pevnost spoje stoupá.
List - 20 - Velmi nízká drsnost povrchu otvoru je výhodná u trubek, jejichž tvrdost materiálu se blíží tvrdosti materiálu trubkovnice nebo je pibližn stejná (jak tomu bývá u zaízení kotelen a rafinérií), používá se obrobení na isto (vrtání, vyhrubování, vystružování, pop. vyvrtávání). V tomto pípad je vztah mezi trubkou a otvorem pro trubku obrácený, protože výstupky na stnách otvor pro trubky jsou zatlaovány do kovu trubky. Geometrická kvalita otvoru musí být dodrženy v rámci kvalitního spoje zaválcování trubek výrobní tolerance kruhovitosti a válcovitosti otvoru. Vady A) Výjimen lze pipustit ojedinlé spirálové rýhy neprchozí, tj.ukonené nejmén 5 mm od okraje otvoru. B) Naprosto nepípustné jsou rýhy podélné. C) Otvory, u nichž se vyskytnou vady, musí být po oprav pestružením oznaeny, aby konce trubek mohly být pi vložení do trubkovnice upraveny roztažením na vtší prmr. D) Opravení otvoru svaováním je nepípustné, protože svarový kov má vždy jinou pevnost než základní materiál. Prmr otvor volí se vtší než prmr trubky o toleranci trubky a souinitele, který zaruuje nasouvatelnost trubek a jejich dobrou zaválcovatelnost. Vyhotovení drážky nebo jiné úpravy doporuuje se je dlat ped koneným upravením otvoru, tj. nap. ped jeho vystružením, kterým se odstraní rýhy vzniklé drážkovacím nástrojem. Do prmru 50 mm je výhodné vrtat otvory šroubovitými vrtáky (vtšinou s bitovými destikami). Otvory vtších prmr se zpravidla navrtají pro vedení nástroje a pro vrtání se používá nap. výkonného vrtáku Wisabo, viz. obr. 20. Je to dvoubitový vrták s výmnným nožem z rychloezné oceli. Tvrdost nože je HRC 61 až 64.
List - 21 - Obr. 20 Vrták Wisabo (1) stopka, (2) nž, (3) vodicí ep, (4) kolík, (5) upev ovací šroub Nkdy se vyrábí prodloužený vodicí ep nože, což umož uje použití nástroje i pro vrtání otvor ve znan klenutých nebo šikmých stnách. Nástroj má spolehlivjší vedení v otvoru. Vrták Wisabo se používá zpravidla do prmru 100 až 120 mm. Pro prmry od 80 mm výše jsou výhodné vyvrtávací (zapichovací) hlavy s vymnitelnými noži, stavitelné na potebný prmr. Pro zhotovení drážek nebo hebínk se asto používá jednoduchý drážkova, viz. obr. 21. Obr. 21 Drážkova (1) Tleso drážkovae, (2) nž, (3) pružina, (4) vratný ep, (5) ep Tlo drážkovae (1) z konstrukní oceli má na epu (5) oton uložen ezací nž (2). Pi nasouvání drážkovae do otvoru odtlauje odpružený ep (4) bity nože do roviny tla nástroje. Pi zasouvání do otvoru výstupek nože (2) dosedne na
List - 22 - okraj otvoru, nž pekoná tlak pružiny (3), vyklopí se bity z roviny tla nástroje a je pipraven k ezání. Nejdokonalejším zaízením na drážkování je drážkovací hlava, systém Blättry, jejíž funkce je znázornna na obr. 22. Touto hlavou lze vyíznout drážky libovolného tvaru hloubky i vzdálenosti od stny trubkovnice v otvorech prmru 12 až 120 mm. Obr. 22 Drážkovací hlava Blättry (1) trn, (2) vedení, (3) píruba, (4) kroužek, (5) pouzdro, (6) držák nože, (7) nž
List - 23 - Na obr. 23 je znázornno použití drážkovací hlavy pi zhotovování dvou drážek souasn. Obr. 23 Zhotovení dvou drážek souasn 4. Porovnání mechanických vlastností druh zaválcovaných spoj K ovení nutnosti drážkování a zapouštní otvor kondenzátor parních turbín a výmník tepla byly provedeny trhací zkoušky zaválcovaných spoj, viz. obr. 24. Výsledky namených hodnot jsou zaneseny v grafu, kde na svislé ose je zatžující síla F (1 kp 10 N), na vodorovné ose jednotlivé druhy zaválcovaných spoj (tvary otvor). Vodorovná osa je u každého jednotlivého spoje rozdlena na dv skupiny: (A) skupinu se zaválcováním pomocí elektrického kontroléru, u kterého je mení krouticího momentu kontrolováno elektricky, (B) skupinu se zaválcováním pomocí závitoezu, kde je krouticí moment kontrolován ehtakovým mechanismem. Na svislé ose je krom zatžujících sil vyneseno ješt naptí materiálu zkoušené trubky na mezi kluzu a naptí zkoušené trubky na mezi pevnosti.
List - 24 - Pi zaválcování byly zvoleny dv rzné délky zaválcování: Délka L = 25 mm, která pedstavuje tloušku trubkovnice vtšiny nízkotlakých ohívák. Hlavn kondenzátor parních turbín (plná ára v diagramu). Délka 45 mm, která je max. doporuenou délkou pro obvyklé zaválcování (árkovaná ára v diagramu). F [kp] Obr.24 Výsledky trhacích zkoušek u rzných druh spoj Vyhodnocení diagramu: Z diagramu je patrné, že požadovaná pevnost zaválcovaného spoje 600 kp je ve všech pípadech dodržena. Rovnž všechny uvedené hodnoty jsou vysoko nad naptím trubky na mezi kluzu. Protože konstruktér vtšinou nemže poítat s naptím trubky vtším než na mezi kluzu (dále trvalá deformace), je uvedený diagram jasným dokladem, že vtšina zaválcovaných spoj je pedimenzována.
List - 25-5. Úprava trubek ped zaválcováním do otvoru U konc trubek urených k zaválcování se ped nasunutím do vyvrtaného a oištného otvoru mly provádt tyto úpravy: Žíhání na mkko provádí se vyhátím konce trubky, v délce rovnající se nejmén dvma délkám válcovaného spoje a pozvolným ochlazováním. Teplota ohevu materiálu tídy 11 a 12 je 680 až 720 C, ochlazování v suchém popelu, nebo v ovzduší zaruujícím velmi pozvolné chladnutí. U legovaných materiál tídy 15 je teba na teplot setrvat po as: (t [min] = tlouška stny trubky [mm] 4), nejmén však 10 minut (teplota je urena v materiálových listech). Pro žíhání je nejvhodnjším palivem pro ohev devo, devné uhlí nebo plynové pece, jejichž hoák je seízen tak, aby plamen byl neutrální. Pozor!!!: Od vyžíhání k zaválcování nesmí uplynout doba delší než dva msíce (v materiálu by došlo k rekrystalizaci a návratu k pvodním hodnotám mechanických vlastností). ištní a broušení vnitního a vnjšího konce povrchu trubky provádí se po žíhání, a to tak, že se oistí vnitek trubky drátným rotujícím kartáem (run), uchyceným v pneumatické nebo elektrické runí brusce. istí se v délce, rovnající se 1,5 násobku délky válcovaného spoje (odstra ují se tvrdé okuje, které vznikly pedchozím žíháním, které by se zamakávaly zásti do materiálu trubky a tím zhoršovaly životnost válcovacího strojku). Vnjší povrch konc trubek se istí na istý kov v délce, rovnající se dvojnásobku délky zaválcovaného spoje. Jakákoliv neistota, a to platí zvlášt o mastnot a rzi, zpsobuje mezivrstvu mezi povrchem trubky a stnou trubkovnice, která je astou píinnou netsnosti spoje. S ohledem k pracnosti ištní konc rovných trubek je výhodný pípravek na obr. 25, který brousí oba konce najednou. Skládá se z podstavce sestaveného z úhelník, na nmž jsou proti sob umístny dv pneumatické brusky. Proti brusným kotoum jsou podprné kladky. S pípravkem se pracuje tak, že trubku podložíme mezi brusný kotou a podprnou kladku. Ob brusky se otáejí (vzhledem k ose
List - 26 - trubky jedna doleva a druhá doprava). Pracovník stojí uprosted a trubkou posunuje doleva a doprava. Obr. 25 Pípravek pro broušení konc rovných trubek Dalším vhodným zaízením pro ištní trubek je penosné otryskávací zaízení, které se napojuje na provozní potrubí stlaeného vzduchu, viz. obr. 26. Obr. 26 Schéma otryskávae (1) trubka, (2) tryska, (3) oprka trubky, (4) sbrná trubka, (5) pívod vzduchu
List - 27 - Princip innosti otryskávae: Trysky pracují na principu injektoru, tj. vznikajícím pod tlakem v trysce nasávají ocelovou dr, která je ve spodní ásti skín. Lze jej použít pro trubky až do prmru 102 mm. Kalibrování po žíhání a oištní konc trubek, je nkdy velice dležité, zvlášt pro budoucí vysokotlaké spoje konce trubek kalibrovat. Obecné zásady pro úpravu trubek ped zaválcováním: Drsnost oištného konce trubky by v žádném pípad nemla být vtší než 12,5 µm. Také zde platí pravidlo, že ím je povrch obroušené trubky hladší, tím lépe bude spoj tsnit. U vysokotlakých spoj lze doporuit lehké pesmirkování oištného konce, aby bylo dosaženo naprosté istoty konce trubky tsn ped jejím ustavením v zaízení. Dále platí: Na oištném konci nesmjí být podélné rýhy, Konce trubek musí být zarovnány. Jsou-li konce trubek navaeny, musí být svar umístn za trubkovnicí ve vzdálenosti rovnající se prmru trubky + max. 50 mm; totéž platí o jakýchkoli ohybech na trubce. 6. Zaválcovací strojky Pro zaválcování trubek do trubkových el používáme zaválcovacích strojk, zkrácen nazývaných zaválcovaky. V zásad rozeznáváme zaválcovaky podle konstrukního zpracování, a to na: 1] Zaválcovaky šroubové. 2] Zaválcovaky samoposuvné. 3] Zaválcovaky s nastavitelným zaválcováním trubky.
List - 28-1] Zaválcovaky šroubové tento typ je zobrazen na obr. 27. Skládá se z kuželového vetena (1), se tyhranným unášeem. Obr. 27 Zaválcovaka šroubová (1) kuželové veteno, (2) náboj, (3) tlaný šroub, (4) váleek, (5) omezovací kroužek, (6) bronzový kroužek, (7) kolík Náboj (2) má závit a vybrání pro váleky (4). Tlaný šroub (3) má šestihran pro klí nebo otvory pro utahování ve válcové ásti. Zptnému axiálnímu pohybu zamezuje kroužek (5), upevnný kolíkem (7). Mezi tlaný konec šroubu a osazení na vetenu je vložen bronzový kroužek (6). Rozválcování konce trubky se dosáhne otáením trnu (1), po kterém se odvalují váleky (4). Po nkolika otákách trnem je nutno pootoit šroubem (3), který pes bronzový kroužek (6) vtlaí trn smrem ven z náboje (2). Tím se zvtší prmr rozválcovávané trubky. Nevýhody šroubové zaválcovaky práce je namáhavá a její výsledek úpln závisí na zkušenosti valcíe. Pi práci je velké opotebení nástroje. Výhody šroubové zaválcovaky s výhodou se používá u šikmých otvor. 2] Zaválcovaky samoposuvné tento typ je zobrazen na obr.28. Starší konstrukce se skládají jen ze tí ástí, viz. obr. 28. Obr. 28 Zaválcovaka samoposuvná
List - 29 - Kuželový trn je nasazen v pouzde s drážkami pro váleky. Konec trubky se roztáhne tlakem ruky valcíe. Pohon tchto strojk je vtšinou pneumatickým utahovákem. Otáením trnu a axiálním tlakem rukou se trn otáí vpravo a souasn posouvá vped. Váleky se odvalují po trnu, unášejí s sebou pouzdro a roztahují trubku do otvoru. Výsledek zaválcování spoje je závislý na zkušenosti valcíe. Nové konstrukce válcovacích strojk mají váleky uloženy šikmo pod úhlem 1,5 až 3, piemž pouzdro (2) váleku (1) se pes axiální ložisko (3) opírá do hlavice (4), která je závitem pevn spojena s oprkou (5), viz. obr. 29. Obr. 29 Nová konstrukce samoposuvných zaválcovaek Oprka (5) se opírá o trubkové elo. Šikmé uložení válek zpsobuje, že trubka je ze zaízení vytahována. Oprný šroubek (6) zapadne do sousedního otvoru a zamezí tak pomocí vybrání v oprce (5) otáení trubky. U tchto strojk lze povolením zajišovacího šroubku (7) pestavit polohu hlavice (4) proti pouzdru (2) a tím nastavit hloubku zaválcování. Vypadnutí trnu (8) ze strojku pi vyjímání zaválcovaného strojku ze zaválcovaného otvoru znemož uje pojistný kroužek (9) a matice. Dalším typem samoposuvné zaválcovaky je upravený typ První brnnské strojírny I. BZKG, viz. obr. 30.
List - 30 - Obr. 30 Samoposuvná zaválcovaka podle I. BZKG (1) tleso zaválcovaky které nese axiální ložisko (5), oprné pouzdro (3), ti váleky (4) a oprnou podložku (6). (2) trn zaválcovaky nese tleso zaválcovaky (1) s veškerým píslušenstvím a je pojištn závlakou (9) proti vypadnutí tlsa. Oprné pouzdro (3) má drážku, do níž zapadá pružný kroužek (7), který zamezuje vypadnutí pouzdra s píslušenstvím. Vnitní vybrání kroužku umož uje válcovat spoje do rzných hloubek. To znamená, že pro max. hloubku válcovaného spoje se vybrání zaplní píslušnou podložkou a lze válcovat. 3] Zaválcovaky s nastavitelným zaválcováním trubky pro rozválcování trubky hloubkou posuvu trnu je vhodná automatická zaválcovaka, kterou lze ešit rovnž jako kombinovanou s lemovacími váleky, viz. obr. 31. Automatické vypínání je závislé na roztažení trubky a nastavuje se na vetenu. Kontrola stavní je možná na noniu (3). Strojek se skládá z tlesa (1) s drážkami pro váleky (4) a (5). Poloha válek vzhledem k ose vetena je se sklonem jako u samoposuvných zaválcovacích strojk. Roztažení trubky, závislé na šíce spáry mezi stnou trubky a stnou trubkovnice, se nastaví bu na zaátku válcování zkusmo, nebo podle zkušebních vzork a zajistí se na vetenu maticí (9). Zaválcovaka se vkládá do trubky tak, aby narážka (7) dosedla na stnu trubkovnice. Pi otáení kužele pracují váleky a roztahují trubku, piemž je souasn vtahován trn
List - 31 - mezi váleky a rozpíná je. Jakmile je kužel vtlaen na uritou nastavenou délku tak, že se matice (9) ope o pouzdro (8), pestane se dále posouvat mezi váleky a strojek se otáí voln bez rozpínání. Tím se dosáhne nastavené hodnoty zaválcování. Obr. 31 Automatická zaválcovaka (1) tleso, (2) víko, (3) nonius, (4) (5) váleky, (6) kuželový trn, (7) otoná narážka, (8) pouzdro, (9) pojistná matice, (10) rozprací podložka, (11) šrouby Výhody pomrn jednoduchá konstrukce, která mže být i robustnjšího charakteru (mohutnjší), což umož uje také zaválcovávání spoj kotlových trubek, na které jsou kladeny velké požadavky. 7. Kontrola zaválcovaných spoj A) Zkouška tlakem kapaliny v praxi je nejastjší. Zkouší se obvykle tlakem vody, pevyšujícím o 50 % vypotený tlak. Zkouškou se zjišují pedevším netsnosti spoj. Pro zlepšení citlivosti zkoušky se pídavkem smáedel snižuje povrchové naptí vody z hodnoty 75 dyn.cm -2 (7,5 Pa) na hodnotu 30 dyn.cm -2 (3 Pa). Pidáním smáedel se voda svými vlastnostmi blíží petroleji, jehož povrchové naptí je 25 dyn.cm -2 (2,5 Pa).
List - 32 - Nevýhodou smáedel je možnost vzniku koroze, pokud chemické složení smáecího prostedku tuto možnost nevylouí. Nkdy se do vody pidávají látky, které pi dopadu ultrafialových paprsk fluoreskují. Nevýhodou tohoto zpsobu je vtší spoteba fluoreskující látky (dle obsahu výmníku) a s tím spojené vyšší náklady na zkoušku. Zkouška tlakem vody má nevýhodu v tom, že pi oprav svaovaného spoje se voda pi ohevu vypaí a unikající pára zpsobuje pórovitost a bubliny ve svaru. Opravuje se vždy až po vypuštní kapaliny. B) Zkouška tlakem plynu vtšinou se používají zkoušky plynem za nízkého tlaku do 1 Mpa. Je teba zajistit vhodná bezpenostní opatení. Zkouška sama nemže pi nízkém tlaku objevit všechny netsnosti, které by byly zjistitelné pi vysokém tlaku, ale vzhledem k vlastnostem plynu je znan citlivjší než zkouška kapalinou. Pi zkoušce se povrch trubkovnice pokryje souvislou vrstvou mýdlového roztoku, netsnosti se zjišují vznikem bublin. Zkoušené zaízení lze pi menších rozmrech ponoit do vody. C) Zkoušky netsnosti s využitím vakuometr netsnost je charakterizována množstvím plynu l.s -1, které proniká porušeným místem. Oderpáme-li z daného prostoru vzduch, mžeme na citlivém vakuometru zjišovat porušení vakua. Z rzných systém vakuometr jsou vhodné vakuometry citlivé na zkušební plyn. D) Ostatní zkoušky jsou to zkoušky napíklad akustické s využitím stetoskopu nebo zkoušky zjišování netsnosti pomocí radioaktivních plyn. 8. Zaválcování na externích montážích Pro zvýšení úrovn zaválcování na externích montážích je teba pevzít nejlepší zkušenosti z výroby a upravit podmínky tak, aby zaválcování probíhalo stejn nebo se co nejvíce blížilo
List - 33 - podmínkám ve výrobním závod. Vzhledem ke ztíženým podmínkám na montáži je teba používat vhodných pípravk. Prodlužovací ty s kloubem umož uje zaválcování trubek ve sbraích, které neleží v ose se závrným otvorem sbrae, viz. obr. 32. Obr. 32 Prodlužovací ty s kloubem Krom toho se ve spojení s prodlužovací tyí upravují velmi asto délky zaválcovacích trn, aby bylo vbec možno zhotovit montážní spoj. Nezastupitelné místo pi zaválcování na externích montážích mají úhlové pohony zaválcovaek, které mají krom své vlastní funkce zaválcování na nepípustných místech i výhodu v tom, že svými pevody mohou vhodn psobit na rychlost zaválcování. Na obr. 33 je zobrazen typ úhlového pohonu Ferrometall, jehož technické údaje jsou: pevodový
List - 34 - pomr 1:2, tyhran 14, pop. 16 mm, celková délka 290 mm, konstrukní výška 85 mm. Obr. 33 Úhlový pohon Ferrometall 7. Nové zpsoby upevování trubek v trubkovnicích Pro zajištní absolutní tsnosti spoj se v souasné dob využívá v prmyslu pevážn svaování, a to a již tradiního runího, tak samozejm poloautomatického a automatického. Také se zavádjí nové zpsoby konstrukní práce, které nap. odstra ují tradiní trubkovnici a nahrazují ji šestihrannými výlisky navzájem svaenými, které mají otvory pro zavaení trubek (švýcarský patent DPB 1023060), viz. obr. 34. Obr. 34 Šestihranné výlisky navzájem svaované
List - 35 - Ze speciálních zpsob pi zhotovování spoj trubek s trubkovnicemi je možno teba ješt uvést nap. Tváení tlakovými vlnami, vznikajícími elektrickým výbojem mezi elektrodami, Upev ování trubek v trubkovnicích elektromagnetickým impulsním zpsobem, který je zvláš vhodný pro tváení válcových tvar, zejména tenkostnných trubek bez penosového média, Difúzní spojení trubek s trubkovnicí. Použitá literatura: [1] SMRKA, K., KOVÁ, Z. Zaválcování trubek. SNTL Praha. 1966. 83 s. 04 253 66. MODERNÍ PODKLADY - tajné