СПОСОБ СТРУЙНОГО ТРАВЛЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF JET ETCHING OF PIPES INNER SURFACE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к химической обработке металлов и может быть использовано для струйного травления внутренней поверхности труб, например, труб для тепловыделяющих элементов из сплавов циркония.
Известно, что струйно-циркуляционная обработка применяется для интенсификации процессов химической обработки труб, а также для обеспечения качественной обработки внутренней поверхности каналов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению, относящемуся к способу струйного травления внутренней поверхности труб, является способ по патенту DE 3825 533 А, С23F 1/16 (опубл. 09.02.89).
Способ включает загрузку труб, фиксацию нескольких труб в определенном положении, установку на открытые концы труб мундштуков, исключающих проникновение в трубы атмосферного воздуха, соединение внутреннего пространства труб с системой, обеспечивающей прокачивание через трубы вещества, осуществляющего обработку их внутренних поверхностей, причем обработка внутренних поверхностей каждой из труб осуществляется на одной позиции подачей последовательно и с изменением направления кислоты для травления и воды для промывки, а затем подачей сжатого пара в качестве средства для очистки внутренней поверхности труб и сжатого воздуха в качестве осушающего средства.
Однако обработка внутренней поверхности труб различными веществами на одной рабочей позиции приводит к их смешиванию в обрабатываемых трубах и сливном трубопроводе. Обрабатываемые трубы находятся под избыточным давлением, которое состоит из линейных потерь давления в обрабатываемой трубе, местных и линейных потерь системы слива технологического трубопровода, что приводит к потере скорости протока травильного раствора в обрабатываемых трубах, к снижению равномерности съема металла в трубе в зависимости от ее длины.
В этом же патенте описано устройство, посредством которого осуществляется способ струйного травления, содержащее станину, фиксаторы для фиксации нескольких труб в определенном положении, мундштуки, установленные с возможностью перемещения между начальным и рабочим положениями труб и в рабочем положении изолирующие внутреннее пространство трубы от внешней воздушной среды, устройство управления для выборочного подсоединения потоков вещества для прокачивания через внутренние поверхности труб.
Это устройство, так же как и способ, не обеспечивает высокой и равномерной скорости движения обрабатывающего вещества по трубам, что не позволяет осуществлять травление труб эффективно и с высоким качеством. К недостаткам устройства следует отнести и необходимость использования насосов для подачи высокоагрессивных травильных растворов.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности, точности и качества обработки за счет равномерности съема металла по длине трубы.
Для получения такого технического результата в предлагаемом способе струйного травления внутренней поверхности труб, включающем загрузку и фиксацию труб в определенном положении, обработку их внутренней поверхности последовательной подачей с изменением направления травильного раствора, воды и сжатого воздуха и выгрузку труб, подачу травильного раствора осуществляют сжатым воздухом, каждую трубу поочередно обрабатывают на трех позициях, при этом на первой позиции подают травильный раствор в одном направлении, затем очищенный сжатый воздух в этом же направлении, на второй позиции подают травильный раствор в противоположном направлении, затем очищенный сжатый воздух в этом же направлении, на третьей позиции подают воду, затем очищенный сжатый воздух, обработку труб на каждой позиции ведут с разрывом струи на выходе.
Отличительные признаки изобретения, а именно обработка труб на трех позициях, с подачей на первой позиции травильного раствора и сжатого воздуха в одном направлении, на второй позиции - травильного раствора и сжатого воздуха в противоположном направлении, с подачей воды на третьей позиции позволяет в совокупности с тем, что подача травильного раствора и воды во внутренние поверхности труб осуществляется сжатым воздухом и обработка труб на каждой позиции ведется с разрывом струи на выходе, проводить процесс травления с высокой равномерной по длине труб скоростью движения травильного раствора, без линейных и местных потерь напора в сливном трубопроводе, так как обработка ведется в проходном режиме. Это обеспечивает эффективный и равномерный съем металла по длине труб, чем достигается высокое качество и точность обработки.
Дополнительным техническим результатом является возможность использовать травильный раствор многократно после регенерации, так как технологические растворы в обрабатываемых трубах и сливных трубопроводах благодаря обработке на разных позициях не смешиваются.
Для травления труб из циркониевых сплавов предпочтительно использовать травильный раствор следующего состава:
содержание азотной кислоты, г/л
от 450 до 550
содержание свободного фтора, г/л
от 5 до 12
вода
остальное
Наиболее предпочтительным является содержание свободного фтора в травильном растворе 5÷7,5 г/л.
Для достижения названного технического результата предлагается устройство, которое включает станину, механизм подачи и выгрузки труб, механизмы фиксации труб, систему для прокачивания через трубы веществ, осуществляющих обработку внутренней поверхности труб, состоящую из трубопроводов, емкостей и кранов, причем станина содержит три рабочих позиции для обработки труб, механизмы для подачи труб на рабочие позиции, на каждой позиции неподвижно установлены уплотнители со стороны подачи веществ, осуществляющих обработку, и подвижно вдоль станины - средства для приема из труб с разрывом струи веществ, осуществляющих обработку, а система для прокачивания через трубы веществ, осуществляющих обработку, дополнительно включает промежуточные емкости, связанные с трубопроводами, подводящими травильный раствор и сжатый воздух, и соединенные через уплотнители с обрабатываемыми трубами.
Предлагаемое устройство проходного действия позволяет обработать до 120 труб в час.
Станина может быть выполнена наклонной в сторону выгрузки труб.
Механизмы для фиксации труб предпочтительно выполнить в виде установленной на каждой позиции с возможностью перемещения вдоль станины каретки со схватом для подачи трубы в уплотнитель и механизма для подачи на другой конец трубы средства для приема с разрывом струи веществ, осуществляющих обработку.
Средство для приема с разрывом струи веществ, осуществляющих обработку, может быть выполнено в виде приемной головки и содержит герметичный корпус, оснащенный втулкой, которая в рабочем положении охватывает конец трубы, вентиляционным патрубком и коллектором.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показано устройство для осуществления способа струйного травления внутренней поверхности труб, на фиг.2 - схема пневмогидравлическая принципиальная, на фиг.3 - приемная головка.
Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности. На накопитель загружают партию труб, первую трубу подают на первую рабочую позицию, уплотняют со стороны подачи травильного раствора и фиксируют. На противоположный конец трубы надевают приемную головку. Подают травильный раствор с помощью очищенного сжатого воздуха, из трубы травильный раствор выходит свободно с разрывом струи. Затем продувают остатки травильного раствора очищенным сжатым воздухом, освобождают трубу и передают на вторую рабочую позицию, где проводятся те же действия, но с противоположного конца трубы. На третьей рабочей позиции промывают водой, и продувают очищенным сжатым воздухом, и выгружают обработанную трубу. Обработку второй и последующих труб начинают после освобождения первой рабочей позиции.
Реализация способа позволяет при минимальном давлении травильного раствора (0,2 МПа) проводить процесс травления с высокими линейными скоростями до 4,5 м/с с переходом процесса травления в режим полировки. При этом снижается шероховатость поверхности и повышается точность обработки, а образующиеся шлаки удаляются потоками травильного раствора из внутреннего пространства трубы в сливной коллектор.
Устройство обработки струйным травлением внутренней поверхности труб содержит следующие элементы (см. фиг.1-3):
- станина 1;
- накопитель 2;
- первая рабочая позиция 3;
- вторая рабочая позиция 4;
- третья рабочая позиция 5;
- механизм подачи труб на первую рабочую позицию 6;
- уплотнитель с головкой травильной 7;
- каретка со схватом 8 для подачи трубы в уплотнитель 7 травильной головки;
- головка приемная 9 (фиг.1, 2) с втулкой 10, коллектором 11 и вентиляционным патрубком 12 (фиг.3);
- механизм подачи приемной головки 13 (фиг.1);
- механизм 14 подачи трубы на вторую рабочую позицию 4 (фиг.2);
- уплотнитель с головкой промывочной 15 (фиг.2);
- система для прокачивания через трубы веществ, осуществляющих обработку, включает:
- трубопроводы 16;
- промежуточную емкость 17;
- промежуточную емкость 18;
- кран подачи сжатого воздуха 19 в промежуточную емкость 17;
- кран подачи травильного раствора 20;
- кран подачи воздуха на продувку 21;
- установку очистки сжатого воздуха 22;
- установку регенерации травильного раствора 23.
Устройство работает следующим образом. Обрабатываемую трубу подают с накопителя 2 на первую рабочую позицию 3 станины 1 механизмом 6, перемещают в уплотнитель травильной головки 7 кареткой со схватом 8. На противоположный конец трубы механизмом 13 подводят приемную головку 9 с втулкой 10, коллектором 11, вентиляционным патрубком 12. Включают кран 19 подачи сжатого воздуха в промежуточную емкость 17 и кран подачи травильного раствора 20, после травления закрывают краны 19 и 20, открывается кран 21 подачи сжатого воздуха на продувку, по окончании продувки закрывается кран 21, отводят приемную головку 9 механизмом 13 в исходное положение, освобождают трубу из уплотнителя травильной головки 7 кареткой со схватом 8, перекладывают трубу механизмом 14 на вторую рабочую позицию 4. На второй рабочей позиции проводят те же операции, что и на первой позиции, но при этом травление осуществляется в противоположном направлении из емкости 18. На третьей рабочей позиции 5 проводят те же операции, но используют воду для промывки и головку промывочную 15. Вторая и последующая труба автоматически загружаются после освобождения первой рабочей позиции. Все приводы механизмов и кранов на базе пневмоцилиндров с датчиками контроля конечных положений исполнительных механизмов и положения труб на всех позициях. Очищенный сжатый воздух подготавливается на установке очистки сжатого воздуха 22. После обработки партии труб проводят регенерацию травильного раствора на установке регенерации 23, что позволяет многократно его использовать. Устройство работает в автоматическом режиме.
Травильную головку, промывочную головку и приемную головку перемещают относительно направляющих рамы при переходе на другой размер трубы по длине. При переходе на другой размер по диаметру меняют уплотнители в травильных, промывочной головках и втулке 10 (см. фиг.3) в приемных головках.
Пример
Опытную проверку заявленного способа осуществляли на устройстве травления внутренней поверхности труб диаметром 9,1-9,13 мм, длиной от 2,5 до 4,5 м, травильными растворами:
содержание азотной кислоты, г/л
от 450 до 550
содержание свободного фтора, г/л
от 5 до 12
вода
остальное
Обработано 15 партий труб общим количеством 3059 штук. Результаты опытов оценивали по наличию внутренних дефектов в трубе, отклонению от размеров по толщине стенки, шероховатости поверхности исходной и конечной, которые представлены в таблице.
Анализ результатов, приведенных в таблице, показывает, что предлагаемые способ и устройство обеспечивают высокую точность и качество съема металла по длине трубы, диаметру, с шероховатостью обработанной поверхности по Ra 0,2-0,3 мкм.
Экономия травильного раствора составила 100%.