Cap 1.4flux De Fabricatie Burlane [302904]

1.4. Fluxul tehnologiei de realizare a burlanelor de tubaj și a mufelor de legătură

1.4.1. Formarea țevii

Conform standardului american API Spec.5CT, burlanele de tubaj se execută prin laminare la cald.

Burlanele de tubaj de gradul N 80 [anonimizat], normalizare și revenire sau călire și revenire după operația de refulare. Burlanele de gradul J și K pot fi și ele tratate termic doar la cererea beneficiarului.

Mufele și reducțiile sunt executate numai din material laminat (de regulă cu același grad de rezistență ca și cel al burlanului), prin prelucrare din burlane de tubaj sau din bară laminate.

Etapele fluxului de fabricație și filetarea a burlanelor (OCTG) sunt prezentate în figura 1….

[anonimizat] (țagla), este supusă succesiv unui număr de 16 operații, [anonimizat]:

Denumire: Inspecția barelor și lansarea în producție.

Scop: Barele care se recepționează de la Oțelărie sunt inspectate vizual și se verifică elementele de identificare. Se lansează în producție pe baza programului de fabricație.

Condiții: Marcaj lizibil.

Denumire: Debitarea barelor.

Scop: Debitarea barelor lungi în bilete conform cerințelor de fabricație.

Condiții: Abatere la perpendicularitate.

Denumire: Cuptor de încălzire cu vatră rotativă.

Scop: Se încălzesc biletele la temperatura de procesare în cuptorul cu vatră rotativă alimentat cu gaz.

Condiții: Temperatura între 1200-1350 °C în funcție de compoziția chimică a oțelului și omogenitatea temperaturii.

Denumire: Desțunderizator.

Scop: Eliminarea țunderului format pe suprafața exterioară a biletei prin aplicarea unui jet de apă sub presiune.

Condiții: Lipsă țunder.

Denumire: Laminor perforator.

Scop: Perforarea biletelor pentru obținerea unei eboșe.

Condiții: Dimensiunea eboșei.

Fig. 1…. Fluxul de fabricație și filetare a burlanelor de tubaj

Denumire: Desțunderizator.

Scop: Eliminarea țunderului format pe suprafața exterioară a eboșei prin aplicarea unui jet de apă sub presiune.

Condiții: Lipsă țunder.

Denumire: Laminor continuu.

Scop: Laminarea eboșei pe un dorn flotant în vederea definirii grosimii de perete.

Condiții: Diametrul și grosimea de perete a eboșei.

Denumire: Debitare copită.

Scop: După extragerea dornului din eboșă capătul țevii se deformează/se îngroașă. Acest capăt se numește copită și este îndepărtat prin debitare. Este parte din pierderea tehnologică a procesului.

Condiții: Lungimea de debitare.

Denumire: Cuptor de încălzire cu gaz.

Scop: Reîncălzește materialul înainte de următoarea operație de deformare.

Condiții: Temperatura peste 850°C și omogenitate.

Denumire: Bobine de inducție pentru încălzire.

Scop: Încălzesc rapid eboșa de la 850°C la 950-1050°C [anonimizat].

Condiții: Temperatura.

Denumire: Desțunderizator.

Scop: Eliminarea țunderului format pe suprafața exterioară a eboșei prin aplicarea unui jet de apă sub presiune.

Condiții: Lipsă țunder.

Denumire: Laminor reductor alungitor.

Scop: Reducerea diametrului exterior al eboșei pentru obținerea diametrului final al țevii. Grosimea de perete obținută pe laminorul continuu este ușor ajustată pe acest utilaj în funcție de nevoie.

Condiții: Diametrul și grosimea de perete finală a țevii.

Denumire: Sistem de măsurare.

Scop: Măsoară instantaneu dimensiunile țevii utilizând raze gamma, precum și temperatura țevii. Pe baza acestor informații, se pot ajusta setările utilajelor de laminare.

Condiții: Diametrul și grosimea de perete finală a țevii.

Denumire: Pat răcire.

Scop: Răcirea țevilor în condiții de rectilinitate.

Condiții: Rectilinitatea țevilor.

Denumire: Inspecția vizuală și dimensională.

Scop: Inspecția țevilor pentru defecte și măsurarea mecanică a țevilor.

Condiții: Rectilinitatea țevilor.

Denumire: Fierăstraie.

Scop: Debitarea țevilor în lugimi multiple conform cerinței clienților. Capetele îngroșate se debitează ca parte a pierderilor tehnologice.

Condiții: Lungime finală țeavă.

Toate aceste operații sunt prezentate în ordinea corespunzătoare succesiunii operațiilor în figura….

Descrierea operațiilor din fluxul tehnologic de filetare

De obicei liniile de producții se împart în două categorii: linia de filetare API și cea de filete Premium.

Conexiunile filetate se realizează tot în cadrul unui flux tehnologic. Ca și în cazul fluxului tehnologic de laminare, filetarea se realizează în mai multe etape. Astfel, pentru filetarea conexiunii de tip Buttress (marcate cu pătrate portocalii) sunt descrise operațiile după cum urmează:

Denumire: Tratament termic.

Scop: Țevile sunt tratate termic prin normalizare sau călire și revenire în funcție de gradul de oțel.

Condiții: Proprietăți mecanice.

Denumire: Control nedistructiv.

Scop: Țevile sunt inspectate nedistructiv EMI sau US, în funcție de cerințe.

Condiții: Imperfecțiuni sub pragul de acceptanță.

Denumire: Test cu șablonul.

Scop: Se șablonează țevile pe toată lungimea cu tamponul de pasaj.

Condiții: Tamponul trebuie să treacă ușor.

Denumire: Probare hidrostatică.

Scop: Țevile sunt testate pe presa hidrostatică. Țeava se umple de apă și se urcă presiunea la valoarea stabilită în specificație și se menține 5 sec.

Condiții: Presiune și timp.

Fig. 1…. Succesiunea operațiilor procesului de laminare

Denumire: Inspecție cu particule magnetice.

Scop: Capetele necontrolate de echipament sunt inspectate cu metoda de particule magnetice umede.

Condiții: Lipsă indicații.

Denumire: Șanfrenare capete.

Scop: Se strunjește frontal și se execută șanfrenul țevilor.

Condiții: Diametrul de început șanfren și unghiul acestuia.

Denumire: Filetare.

Scop: Se execută filetele pe mașini cu comandă numerică. Filetarea este în mai multe trepte.

Condiții: Regimuri așchiere.

Denumire: Control vizual și dimensional filete.

Scop: Se verifică vizual filetele și se masoară elementele filetului cu instrumente special de masură.

Condiții: Elemente filet.

Denumire: Înșurubare mufe.

Scop: Mufele filetate în prealabil în atelierul de mufe sunt însurubate pe țeava.

Condiții: Moment de înșurubare.

Denumire: Șablonare pe capete.

Scop: Se verifică cu tamponul pe capăt daca nu există deformări după însurubarea mufei.

Condiții: Tamponul trece ușor de zona conexiunii.

Denumire: Control vizual și dimensional.

Scop: Se verifică întreaga lungime a țevii vizual și se fac măsurători dimensionale de diametru și grosime de perete pe capete.

Condiții: Diametrul și grosimea de perete, lipsă defecte.

Denumire: Cântărire, metrare și marcare.

Scop: se măsoară greutatea țevilor și lungimea acestora. Se marchează țevile cu elemente de identificare.

Condiții: Greutate, lungime și marcaj.

Denumire: Lăcuire.

Scop: se lăcuiesc țevile cu lac incolor pentru a asigura protecție pe perioada de transit/ depozitare.

Condiții: Grosime lac, continuitate strat.

Denumire: Pachetizare.

Scop: Țevile sunt legate în pachete hexagonale și prinse cu bandă metalică de care se atașează etichete cu datele de identificare.

Condiții: Aranjarea țevilor pe straturi, legăturile să fie stranse.

În figura 1….. este prezentat fluxul de realizare a îmbinărilor filetate în ordinea parcurgerii operațiilor.

Laminarea

Se realizează în 5 etape așa cum se prezintă în figura următoare.

Fig. 1… Etapele procesului de laminare a burlanelor de tubaj

Cuptorul rotativ

Barele de oțel sunt materia primă a laminorului. Acestea sunt tăiate în secțiuni care au greutatea necesară pentru dimensiunile tubului care urmează să fie produse. Barele sunt tăiate în număr întreg de tăblițe pentru a reduce la minimum deșeul de material.

Fig. … Cuptorul rotativ

Barele sunt încălzite la o temperatură omogenă de 1250-1300 grade Celsius într-un cuptor rotativ, încercând să minimizeze diferența de temperatură dintre centru și suprafața barei (DT).

Poansonarea

După scoaterea țaglei din cuptorul rotativ, el continuă spre prima etapă de deformare: procesul de poansonare. Metoda cea mai utilizată este poansonare directă (cel puțin pentru firma Tenaris), care generează gaura prin deformarea plastică a materialului fără a irosi materialul. În poansonarea direct, bucata de bara este plasată între două role traversale și biconice care se rotesc în aceeași direcție. Atunci când rolele apucă țagla, forțează țagla să se deplaseze înainte într-o mișcare elicoidală (avans axial și o rotație caracteristică unui proces de rotire transversală).

Fig. 1….. Principiul procesului poansonare a țaglei

Pe măsură ce piesa avansează, ea este zdrobită de conicitatea rolelor și se întoarce în același timp. Între aceste două forțe rotative și de strivire are loc o ruptură a fibrelor centrale sau a cavității centrale, cunoscută sub numele de "Efectul Mannesmann". În momentul în care materialul este crăpat, acesta se întâlnește cu vârful opturat de poanson (în general în formă de boltă și susținut de o bară de fixare axial fixată). În același timp, efectul Mannesmann produce autocentrarea punctului de prindere pentru poanson. Deschiderea laterală a materialului este susținută de o pereche de pantofi sau discuri rotative fixe. În general, efectul Mannesmann are un efect dăunător asupra calității interne a produsului datorită oxidării rapide a suprafeței neregulate a materialului rupt. În consecință, designul obturat al poansonului și configurarea laminorului trebuie să fie optimizate, precum și temperatura poansonului. Piesa de la sfârșitul proceselor de poansonare este numită coajă sau cochilie.

Laminarea

Laminarea constă în reducerea treptată a grosimii și a diametrului piesei perforate în raport cu o unealtă internă numită dorn. Acesta este un proces de măcinare longitudinală care constă dintr-o serie de standuri reglabile cu câte o pereche de role (în cazul PQF există 3 perechi de role). În timpul procesului, lungimea tubului ca grosime este redusă în conformitate cu legea volumului constant. Între dornul care definește diametrul interior constant și ultimul suport, care reduce diametrul exterior, pentru fiecare produs fiind definită o grosime a peretelui.

Fig. 1.4.15. Principiul procesului de laminare a țevii

Cele mai obișnuite echipamente de rulare de la Tenaris și din întreaga lume sunt: laminor cu dorn (mandrina) de reținere (MPM) și laminor cu dorn (mandrină flotantă) (FMM). La sfârșitul procesului, piesa este numită tub de mamă. Rularea poate fi efectuată cu echipamente diferite: laminor cu dorn (mandrină) flotantă (FMM), laminor cu dorn (mandrină) de reținere (MPM) și finisaje de calitate superioară (PQF), procesul de laminare și rulare prin miez, procesul de laminare Diescher, laminor cu dilatare rotativă și laminor cu pas pelerin.

Fig. 1…. Fluxul tehnologic de obținere a conexiunilor filetate de tip Buttress pentru burlane de tubaj (OCT

Fig. 1…. Schema procesului de laminare a țevii

Procesul de laminare la cald în FMM are următoarele caracteristici:

Viteza dornului nu este controlată și, prin urmare, starea de rulare nu este atât de stabilă.

Pe parcursul întregului proces, dornul se deplasează cu tubul și este nevoie de un lanț (lanț de stripare) pentru al scoate.

Avantajul acestui proces în comparație cu laminorul cu mandrină de reținere este acela că acesta este mai rapid.

Se utilizează pentru obținerea unui diametru mediu și mic.

Procesul de laminare la cald în MPM are următoarele caracteristici:

Viteza dornului este controlată și constantă.

Procesul este completat cu un laminor de extracție cu standuri situate la capătul MPM care separă tubul mamă de dorn.

Avantajul acestui proces în comparație cu laminorul cu dorn flotant este faptul că laminarea se realizează în condiții stabile, iar toleranțele dimensionale sunt mai bune.

Procesul de laminare la cald PQF este de fapt un laminor cu trei perechi de role pe stand și are următoarele avantaje față de laminorul cu două perechi de role MPM:

Deformare mai omogenă.

Țevi cu grosime mai mică de perete.

Calitate mai buă a suprafeței exterioare.

Reducerea nervurilor la capătul tubului.

Preîncălzirea

Obiectivul operației de încălzire intermediară este atingerea temperaturii necesare pentru calibrarea operației de reducere a întinderii. Nu fiecare laminor, în special MPM, are nevoie de această etapă de încălzire.

Fig. 1…. Preîncălzirea materialului tubular

Cuptorul basculant utilizat, este alcătuit din:

O cameră dreptunghiulară cu gaz ars.

Role transportoare de intrare și ieșire, pentru încărcare respectiv descărcare.

Grinzi fixe și pliabile pentru transportul intern.

Netezirea

Aceasta este ultima etapă a procesului de laminare. La sfârșitul acestui proces, se obține un tub cu dimensiunile finale necesare atât a cerințelor privind diametrul cât și a grosimii peretelui.

Laminoarele etapei de netezire pot fi clasificate în funcție de variațiile făcute la tubul mamă, cum ar fi:

Dimensiunea laminorului este utilizată atunci când trebuie realizată o reducere mică a diametrului pentru diametrele medii și mari. Se compune din până 12 standuri cu 2 sau 3 role pe stand. Prin aceste standuri se îmbunătățește rotunjirea tubului mamă și se determină diametrul final. Cu acest tip de laminor nu există control asupra grosimii finale a peretelui tubului, care crește foarte puțin.

Fig. 1.4.18. Laminorul și standurile sale

Reducere de întindere a laminorului este utilizată pentru reducerea diametrului mare în tuburile cu diametru mic. Se compune din 20 și 28 de standuri și, în general, există 3 role pe stand. Sunt efectuate reduceri de diametre mari și, simultan, grosimea peretelui tubului este controlată (în general o reducere).

Laminorul de întindere este un tip de laminor transversal în care se obține un tub cu un diametru mai mare decât diametrul tubului mamă, precum și o reducere a grosimii peretelui. Se compune dintr-un singur stand (suport) care are două role conice, un dop conic și două tampoane.

După procesul de netezire, tubul cu dimensiunile necesare este răcit într-un mod controlat pe un pat de răcire, astfel încât să se evite distorsiunile (îndoire sau ovalitate). În cele din urmă, tuburile finite sunt tăiate cu un fierăstrău pentru a fi trimise expedierii.

INF.extrase din production processes Tenaris

Procesul thnologic de obținere a țevilor laminate pentru burlanele de tubaj se poate realiza prin procul Stiefel și prin procedeul Mannesmann.

Prin procedeul Stiefel procesul decurge după cum urmează:

Încălzirea semifabricatelor: se efecutează în scopul asigurării unui grad de deformare optim. În vederea asigurării unui flux continuu de alimentare a laminorului cu semifabricate încălzite, în mod uzual, se utilizează cuptoarele rotative ca în figura 1….

Fig. 1.. Cuptorul rotativ: 1 zidărie refractară; 2 vatra cuptorului (rotativă); 3 semifabricate supuse încălzirii (bilete); 4 semifabricat rece; 5 semifabricat încălzit.

Formarea eboșei: este etapa procesului de deformare plastică în care se realizează perforarea semifabricatului încălzit. În urma acestei operații se obține un semifabricat tubular brut numit eboșă.

Formarea eboșei se realizeaază într-un dispozitiv special, prevăzut cu o cajă de laminare oblică numit perforator (figura 1….).

Fig. 1…. Laminarea eboșei: 1 eboșă; 2 semifabricat inițial; 3, 4 cilindri de laminare;

5 cavitate; 6 dorn perforator.

În perforator, semifabricatului cilindric i se imprimă o mișcare elicoidală, între două valțuri montate oblic unul față de celălalt. Acțiunea rezultantă a căilor de rulare creează o combinație a forțelor tracțiune și de compresiune în straturile interioare precum și a efortului axial pe suprafața cilindrului, ce conduc la apariția unei cavități în interiorul semifabricatului. Astfel se rformează cavitatea unde dornul perforator realizează suprafața interioară. Datorită faptului că în perioada de străpungere a semifabricatului are loc o deformație considerabilă a materialului se creează proprietăți fizice înalte, iar structura internă a produsului finit se îmbunătățește.

Deoarece pentru burlanele de tubaj eboșa are o grosime mare de perete, se utilizează și un al doilea perforator, asemănator cu primul din punct de vedere al contrucției și al modului de lucru, deosebindu-se doar prin deschiderea mai largă a cilindrului și prin unghiuri diferite de înclinare a valțurilor, α. Acest al doilea perforator are rolul de a mări diametrul și de a reduce grosimea de perete realizată la prima operație de perforare. Micșorarea grosimii de perete conduce și la o alungire considerabilă a tubului.

Laminare eboșei la caja duo-automat: are scopul de a reduce grosimea de perete (figura 1….). Dornul împreună de calibrul format de cele două role de laminare determină diametrul exterior al tubului. Această operație se realizează prin două treceri consecutive, determinând astfel o alungire substanțială a tubului față de lungimea finală.

Fig. 1…. Laminarea la cajă duo-automat: 1 țeavă; 2 dorn;

3, 5 role (cilindri) de laminare; 4 eboșă.

Netezirea semifabricatului: are ca scop mărirea fineței suprafețelor interioară și exterioară a țevii cu ajutorul unui dispozitiv de laminare numit netezitor. Operația de netezire se realizeată cu doi cilindri de netezire și un dorn, aflate într-o poziție similară cu cea utilizată la perforator (figura 1…).

Fig. 1.. Laminareade netezire: 1,3 cilindri de laminare; 2 țeavă degroșată;

dorn de netezire; 5 țeavă netezită.

Calibrarea țevii: este operația finală a procesului de laminare care are ca scop calibrarea țevii în vederea uniformizării finale a circumferinței și dimensiunilor transversale. Această operație se realizează prin trecerea țevii printr-un dispozitiv, ce poartă numele de calibror, alcătuit din 5 … 7 perechi de role de laminare montate alternativ în poziție orizontală verticală (figura 1…).

Fig. 1…. Laminareade calibrare: 1 țeavă netezită; 2 role de laminare orizontale;

role de laminare verticale; 4 țeavă calibrată.

Operații suplimentare: după fomarea țevii (burlanului), se efectuează o serie de operații specifice destinație finale a țevii și anume: tratement termic, control nedistructiv, macare, depozitare, debitare, prelucrări prin așchiere ș.a.m.d.

Procedeul Mannesmann de obținere a burlanelor de tubaj (utilizat de firma Tenaris Silcotub, Zalău în Romania), constă în parcurgere următoarelor faze:

formare eboșei;

prelucrarea în cajă Pilgher;

netezirea;

calibrarea.

Eboșele se obțin prin perforarea semifabricatelor (țagle) prin extrudare pe prese speciale așa cum se prezintă în următoarea figură:

Fig. 1…. Obținerea eboșei prin extrudare:

a) introducerea semifabricatului; b) introducerea poansonului și dornului de urmărire;

c) extrudarea materialului.

1 semifabricat; 2 dispozitiv de introducere a semifabricatului; 3 container; 4 corpul instalației;

5 matriță; 6 suportul matriței; 7 poanson de împingere; 8 poanson urmăritor; 9 eboșă.

În primă etapă de prelucrare a eboșelor se execută pe un dorn lung, într-o cajă de tip Pilgher, având cilindrii de lucru cu calibru variabil pe circumferință (figura 1…).

Fig. 1…. Modul de lucru al cilindrului cu calibru variabil:

procesul de calibrare; b) profilul calibrului;

1 dornul de laminare; 2 țeavă de laminare; 3 cilindri de lucru; 4 eboșă.

Fazele de lucru la deformarea într-o cajă periodică tip Pilgher sunt prezentate în figura 1…., procedeu denumit și laminare pe bară cu cilindri cu pas de pelerin. Țeava obținută se poate prelucra în continuare pe utilajele de netezire și calibrare la fel ca și în cazul procedeului Stiefel.

Fig. 1…. Fazele de lucru la deformarea într-o cajă periodică de tip Pilgher

1 eboșă; 2 dornul de laminare; 3 cilindrii de lucru; 4 țeavă laminată.

1.4.2. Tratamente termice și termochimice aplicate burlanelor de tubaj și mufelor de legătura

După procesul de obținere a unui tub fără sudură, se efectuează o serie de procese / sarcini de control și finisare pentru obținerea produsului finit. Nu fiecare tub părăsește patul de răcire al laminorului cu proprietățile mecanice necesare. Atunci când nu este posibilă modificarea compoziției chimice a oțelului sau dacă modificările sunt prea scumpe sau nu sunt suficiente pentru a satisface cerințele de calitate, este necesară o tratare termică. Tratamentul termic modifică proprietățile oțelului prin supunerea tuburilor la o serie de modificări ale temperaturii controlate. Aceste procese modifică structura metalurgică a oțelului, care poate fi văzută și analizată prin utilizarea unui microscop metalurgic. Diferitele microstructuri generează proprietăți fizice și mecanice foarte diferite.

Procesul de formare a austenitei (austenitizarea)

Cel mai frecvent tratament termic utilizat (cel puțin în cazul firmei Tenaris) la burlanele de tubaj este calirea și revenirea, în ordinea precizată. Acest tratament constă în încălzirea tuburilor la temperaturi ridicate (850-930 ) urmată de o răcire foarte rapidă și o încălzire ulterioară la o temperatură mai mică decât cea precedentă (550-700 ).

Fig. 1…. Burlane de tubaj supuse tratamentului termic

Prima etapă a acestui tratament se numește austenitizare (de formare a autenitei) și are ca scop încălzirea tuburilor într-un mod omogen până la temperatura de formare a austenitei. Procesul se desfășoară, în general, în cuptoare echipate cu arzătoare cu gaz natural, deși la unele instalații, Tenaris utilizează cuptoare de încălzire cu inducție.

Călirea

La ieșirea din cuptorul de austenizare există sistemul de răcire, care trebuie să răcească rapid tubul până la atingerea temperaturii critice la care are loc transformarea metalurgică dorită. Înainte de stingere, tubul este supus acțiunii dispozitivului de îndepărtare a deșeurilor care este utilizat pentru a elimina particulele metalice acumulate pe suprafața tubului în timpul proceului de formare a austenitei.

Fig. 1…. Sistemul de răcire a burlanelor de tubaj

Pentru tuburile cu grosime redusă a pereților, capetele de călire tangențiale vor fi utilizate ca sistem de răcire. Tuburile de grosime mare a peretelui sunt stinse prin folosirea bazinelor de stingere, în care tubul este scufundat într-un rezervor de apă cu circulație forțată printr-un jet de apă în interiorul tubului.

Revenirea

După terminarea procesului de răcire, tubul intră într-un al doilea cuptor denumit cuptor de temperare, unde proprietățile mecanice sunt ajustate în conformitate cu cerințele clientului. Acest lucru este realizat printr-o încălzire omogenă a tuburilor la o temperatură mai mică decât temperatura utilizată în cuptorul de austenizare.

Fig. 1…. Burlanul de tubaj și introducerea lui în cuptorul de temperare

Procesul de călire și revenire pentru o compoziția chimică a oțelului adecvată, conduce la obținerea unei structuri cu duritate ridicată care este folosită pentru tuburi OCTG sau conducte de înaltă rezistență.

Normalizarea

Între 5 și 10% din tuburile care trec prin procesul de tratare termică sunt supuse unui alt tratament termic numit normalizare, care constă în încălzirea la o temperatură ridicată (850-930 ) urmată de răcirea în aer. Acest proces este realizat cu un cuptor de austenizare și un pat de răcire. În timpul procesului de normalizare vom obține o structură uniformă cu caracteristici mecanice bune și o bună prelucrabilitate și ductilitate. Se utilizează în principal pentru conducte cu rezistență scăzută.

Fig. 1… Burlanul de tubaj supuse normalizării

Deși principalele tratamente termice sunt călirea, revenirea și normalizarea, există și altele care au fost aplicate mai puțin:

Normalizare și revenire: Este un tratament tipic pentru conductele de oțel aliate cu crom și molibden pentru temperaturi ridicate. Tratamentul constă în încălzirea la o temperatură ridicată de 920 , răcirea cu aer urmată de încălzire la o temperatură mai scăzută decât cea de la 700 . Acest tratament poate fi realizat prin utilizarea a două cuptoare în serie (ca în cazul călirii și revenirii) sau mai frecvent, deoarece loturile sunt mici, prin utilizarea unui cuptor cu o trecere dublă a țevilor.

Recoacere completă: Este un tratament care atinge reducerea maximă a proprietăților mecanice ale materialului și deformarea plastică maximă. În general, se utilizează ca tratament pregătitor pentru întinderea (deformarea) la rece a oțelului aliat sau pentru îmbunătățirea prelucrării. Tratamentul constă în încălzirea la o temperatură ridicată de 920 și o răcire foarte netedă (în cuptor). Este foarte costisitor pentru a fi utilizat într-un cuptor basculant.

Recoacere: Se efectuează după o deformare plastică la rece sau la o temperatură scăzută (cum ar fi laminarea la rece, matrițare sau îndreptarea) pentru a recupera proprietățile pe care le are materialul sau pentru aplicarea deformărilor plastice (cum ar fi laminarea) pentru a obține deformări bune. Tratamentul constă în încălzirea la temperaturi scăzute (de la 400 la 700 ) în funcție de gradul de reducere a proprietăților mecanice necesare.

1.4.3. Tratamente antigripante aplicate îmbinărilor filetate ale coloanei de burlane

Fosfatarea

Un strat de fosfat este aplicat prin imersiune pe suprafața filetată pentru a reduce frecarea dintre îmbinările filetate și filetele burnalor, și pentru a proteja filetul împotriva coroziunii. Acest proces se numește fosfatare

Pentru a asigura un strat superficial împotriva coroziunii și pentrul eliminarea fenomenului de gripaj, îmbinările filetate sun supuse unui tratament termochimic de fosfatare.

Fosfatarea (figura 1.4.30), este un proces ce constă în depunerea pe suprafața metalului a unei pelicule protectoare de fosfați insolubili. Această peliculă de fosfați își exercită rolul de protector împotriva fenomenului de coroziune numai în combinație cu alte pelicule depuse ulterior pe aceasta: lacuri, vopsele, uleiuri. ()

Depunerea ulterioară a unei astfel de pelicule este avantajată de proprietățile absorbante și structura poroasă a stratului de fosfat.

Acest procedeu este unul simplu, dar și economic deoarece materia primă nu este costisitoare, utilajele nu sunt complicate, iar personalul nu trebuie sa aiba un ănalt grad de calificare. Însușirile peliculelor de fosfați au condus la o rapidă dezvoltare a procedeului și la o extindere a domeniilor sale de aplicare inclusiv în domeniul petrolier și cel petrochimic.

Fosfatarea cristalină a metalelor feroase se obține pornind de la soluțiile apoase ușor acide de fosfați monometalici ai metalelor bivalente, cum sunt fierul, manganul și zincul, contactul pe suprafața metallică fiind asigurat prin cufundare în cazul mufelor sau stropire în cazul cepului, la temperaturi care sunt cuprins între 25 și 98 . Imagini pentru cele 2 procedee.

Prin adăugarea de fosfați de nichel în băile pe bază de fosfat de mangan conduc la o creștere a durității straturilor depuse dar și a capacității de reținere a lubrifianților.

Proprietățile acoperirilor de fosfat sunt foarte importante, astfel încât sunt folosite uneori în locul acoperirilor metalice. Dintre aceste properietăți ale peliculelor de fosfat cele mai importante sunt următoarele:

rezistență electrică mare (chiar și în straturi subțiri de 1… 15 microni. Piliculele de fosfat sunt bune izolatoare electrice);

au rezistență la temperaturi ridicate de până aproximativ 500 (valoarea protectoare însă scade de la 200 );

peliculele de fosfat determină o creștere a capacității de aderență a stratului de ulei și de lac, constituind o bază excelentă pentru substanțele de impregnare;

protecție împotriva coroziunii foarte bună (proprietate ce este pusă în evidență, însă numai dupa tratarea ulterioară cu uleiuris sau cu lacuri);

porozitatea peliculei de fosfat este mare (aproximativ de 0,5 %), de aceea se impune ca obiectele fosfatate sa fie uleiate, lăcuite sau vopsite, imediat după fosfatare;

peliculele de fosfat nu modifică proprietățile metalului de baza, cum sunt: duritatea, elasticitatea, proprietățile magnetice etc.;

în urma procesului de fosfatare nu se produce nici o modificare a greutății piesei fosfatate;

aspectul acestei pelicule de fosfat este cenușiu-negru, mat; culoarea peliculei de fosfat însă variază dupa conpoziția ei dupa cum urmează: peliculele cu conținut mai mare de fier au culoarea aproape neagră, iar cele cu fosfat de zinc au culoarea mai deschisă decât cele cu fosfat de fier sau mangan;

plasticitatea și flexibilitatea peliculelor de fosfat este mică;

rezinteța la frecare de alunecare este mică, ceea ce determină ca peliculele de fosfat sa contribuie mult la reducerea fecării de alunecare.

Fosfatarea are un vast domeniu de aplicabilitate, astfel, fosfatarea se utilizează în următoarele cazuri:

pentru protecția anticorozivă în majoritatea ramurilor din industria de prelucrare a metalelor;

pentru micșorarea frecării, acoperirile de fosfat ușurează deformarea metalelor la diferite tracțiuni, la trefilare, la fabricarea țevilor (în cazul de față burlanelor) etc.;

pentru izolarea electrică a totelor de transformare, a plăcilor rotorilor și statorilor;

pentru izolarea locală a pieselor supuse operației de zincare, ștanțare, plumbuire etc.;

Ca și domenii de aplicabilitate, fosfatarea se utilizează în industria petrolieră, automobilă, construcțiilor de avione și vase navale etc.

O primă etapă importantă în cadrul procesului de fosfatare este pregătirea suprafeței (degresarea), ea având un rol determinant asupra caracteristicilor stratului de fosfat deoarece în acest caz pelicula se formează prin transformarea parțială a suprafeței metalului de acoperit. Felul în care se realizează degresarea influențează atât asupra greutății cât și asupra grosimii straturilor de fosfat. Un alt tratament de pregătire a suprafeței înainte de fosfatare în constitue decaparea. [17]

Imagine fosfatare a unei mufe impotriva coroziunii

Inspecția stratului fosfatat presupune măsurarea stratului după cum urmează: grosimea stratului de fosfat se poate determina cu aparate ce permit măsurarea diferenței de flux magnetic între piesa acoperită și piesa neacoperită. Pentru a putea vedea structura stratului de fosfat depus se examinează suprafața fosfatată cu ajutorul unei lupe, a microscopului metalografic sau, în unele scopuri de cercetare, cu microscopul electronic cu o replică pe bază de acetat de celuloză. O indicație asupra uniformității si fineței stratului de fosfatat se poate obține cu ajutorul profilogramei depunerii exacutată cu aparate adecvate. Aderența depunerii de fosfat la metalul de bază este de obicei foarte bună, dat fiind începerea formării stratului prin tranformarea superficială a metalului de bază al piesei. Fosfatarea antifricțiune și antigripantă este un proces de conversie de conversie, care permite formarea unui compus subțire prin reacția chimică dintre metal și baia de tratament. Structura constă în diferite forme, mărimi de cristale, mai mult sau mai puțin omogene și întrețesute în stratul de suprafață al piesei mecanice. [17]

Pentru a îmbunătății rezistența la pitting în timpul funcționării se aplică:

pentru modificarea coeficientului de frecare;

pentru schimbarea regimului de ungere;

pentru modificarea suprafeței.

Parametrii importanți pentru gama de tratament sunt:

compoziția chimică a băii;

temperatura băii;

timpul acordat tratamentului;

uzarea soluției din baie;

aciditatea totală din baie;

aciditatea liberă.

Referitor la suprafața de reactivitate trebuie să se țină seamă de:

calitatea de prelucrare;

gradul de poluare.

Aceste caracteristici sunt afectate de obicei de:

rata de recuperare;

forma și dimensiunile cristalelor.

Fig. …. Strat fosfatat

Straturile de fosfat fiind un strat separator, are capacitatea de evita griparea îmbinărilor filetate. Capacitatea sa foarte bună de absorbție față de uleiuri, dar și natura sa nemetalică face ca stratul fosfatat să îmbunătățească lubrifierea necesară în cazul pieselor aflate în mișcare. Ca suprafețe de fricțiune (flancurile filetelor îmbinărilor filetate ale burlanelor de tubaj) se utilizează atât straturi de fosfat de mangan, cât și straturi de fosfat de yinc, care pot fi alcătuite și din cristale mai grosiere, dar uniforme.

Structura stratului de fosfat fero-manganos utilizat în acest caz este fină, constituită din cristale prismatice cu muchii rotunjite, care uneori pot deveni lamelare sau aciculare. Dacă fosfatarea antigripantă este corect executată se vor obține doar cristale prismatice parțial suprapuse, aceasta fiind forma cea mai potrivită pentru a îndeplini funcții antigripante. Aceste structuri sunt prezentate schematic în următoarea figură.

Fig. …. Reprezentarea schematică a structurilor cristaline obținute folosind soluție de fosfat fero-manganos

a – structură prismatică; b – structură lamelară; c – structură aciculară.

Compozițiile unor soluții de fosfatare utilizate cu scopul de a reduce fracarea și gripare sunt prezentate în următorul tabel.

Tabelul …. Parametrii procesului de fosfatare

Aciditatea liberă AcL, aciditatea totală AcT și AcT/ AcL caracterizează soluția de fosfatare, iar timpul de menținere și temperatura de menținere reprezintă parametrii regimului.

Aspectul stratului de acoperire, verificarea aderenței și verificarea rezistenței la coroziune sunt parametrii care fac parte din controlul stratului respectiv.

Grosimea stratului de fosfat depus în scopuri anti-gripante este de 0,5… 13 m, timpul de imersie în baie variind de la caz la caz în funcție de necesitate.

Determinarea sarcinii de gripaj este o marime caracteristică pentru cazul fosfatării antigripante și antifricțiune.

Oțelurile carbon și oțelurile cu conținut mic de elemente de aliere în stare recoaptă și îmbunătățită, fosfatate în scop antigripant, prezintă calități superioare față de aceleași oțeluri în stare cementată, carbonitrurată sau nitrurată. După fosfatare trebuie sa aibă loc o spălare abundentă cu apă rece sau caldă (30… 40 ), după care piesele se imersează într-o emulsie de ulei în apă deionizantă (4… 10% ulei). Operația poate fi urmată de o încălzire la 80… 90 , timp de 5… 10 minute, pentru eliminarea apei din emulsie. [17]

1.4.4. Condiții de recepție ale burlanelor de tubaj

Asigurarea calității burlanelor pentru tubaj se asigură printr-un complex de măsuri cuprinzând respectarea compoziției chimice, cu determinarea conținutului de sulf și fosfor, respectarea tehnlogiei de fabricație și verificarea calității prin următoarele metode: verificarea aspectului exterior și a celui interior, verificarea dimensiunilor (diametrul exterior, lungimea, grosimea de perete, diamettrul interior, precizia filetelor, rectilinitatea și coaxialitatea filetelor mufelor), încercări mecanice (încercarea la presiune, la tracțiune a țevilor și mufelor, încercarea țevilor sudate și aplatizare, încercări de duritate), control nedistructiv (cu pulberi magnetice, lichide penetrante etc.) și verificarea masei.

Calitatea burlanelor se verifică pe loturi formate din burlane cu același diametru nominal, aceeași grosime de perete, aceeași marcă și sarjă de oțel.

Tabelul … Tensiunea în peretele țevii la proba hidraulică, în N/ mm2

Verificarea aspectului și dimensiunilor se face cu ajutorul calibrelor iar a lungimii cu ruleta, la fiecare burlan și mufă în parte. Verificarea filetelor se face cu calibre.

Încercarea la tracțiune se face odată pe lot și șarjă, iar încercarea la presiune hidrostatică se execută la fiecare burlan echipat cu mufă înșurubată mecanic.

Verificarea defectoscopică cu mijloace nedistrctive se execută la cerere, la fiecare burlan în parte.

Verificarea coaxialității filetelor se face la 1 % din mufe, iar verificarea masei se face la fiecare burlan în parte.

Încercarea la presiune hidrostatică se efectuează cu menținerea timp de cel puțin 5 secunde, fără să se producă scurgeri, a presiunii minime de încercare având valoarea cea mai mică dintre p și 211 bar, unde este tensiunea în burlan, reprezentând un anumit procent din valoarea minimă a limitei de curgere standardizate, în N/ mm2 cum se prezintă în următorul tabel.

Tabelul … Distanța maximă dintre plăcile de apăsare la încercarea de aplatizare

unde t este grosimea peretelui (standardizată), în mm și D este diametrul exterior (standardizat) al burlanului, în mm.

În cazul burlanelor fabricate prin sudare, cusătura sudată este supusă controlului cu ultrasunete, stabilindu-se criterii de admisibilitate a defectelor.

Pentru burlanele de tubaj din clasa P 110 se efectuează controlul nedistructiv pe toată lungimea cu scopul depistării defectelor longitudinale, folosind ultrasunete sau metode magnetice, și la capetele refulate pentru depistarea defectelor transversale, folosind metode magnetice. Pentru celelalte clase de rezistență controlul de acest tip se aplică doar la cerere.

Încercarea de aplatizare (STAS 1111-79) se efectuează la burlanele sudate din gradele de rezistență până la Q 125 având raportul D/ t prezentat în tabelul de mai sus. Încercarea se realizează pe epriuvete de tip inel, prelevate din burlan, având lungimea minimă de 63,5 mm, prin aplatizarea epruvetei perpendicular pe direcția generatoarei țevii, până la atingerea unei anumite distanțe prescrise între plăcile de apăsare, fără să apară crăpături în zona deformată (așa cum se prezintă în tabelul….). Epruvetele sunt aplatizate în continuare până când pereții ajung în contact. În cazul epruvetelor prelevate din burlane sudate, acestea sunt încercate cu sudura poziționată pe generatoare supusă încovoierii maxime. (V.Ulmanu, material tubular)