Ключевым элементом любого трубопровода является труба. Без нее невозможно доставлять или отводить жидкость, газ, пар и так далее. Для изготовления трубы используют различные материалы. Сегодня большим спросом пользуются трубы не только из стали и стеклопластика, но и из сплавов алюминия, причём основным материалом стал экструдированный алюминий.
Производители труб продолжают использовать более легкие, более прочные материалы, в том числе алюминиевые сплавы, для снижения выбросов, экономии топлива, снижения производственных затрат и веса, не забывая при этом о соответствии стандартам качества и безопасности.
Экструзия алюминия – это технологический процесс, при котором алюминий нагревается до тех пор, пока он не станет мягким и гибким, а затем продавливается через фигурное отверстие в матрице для создания определенного профиля поперечного сечения. Затем алюминий охлаждается и затвердевает в своей новой форме. Осуществляется этот процесс с помощью специальных установок – экструдеров.
Экструдированный алюминий имеет множество применений в отраслях промышленности благодаря своим замечательным свойствам. Процесс экструзии упрощает производственную сборку, повышая при этом прочность и жесткость изделий.
Экструзия алюминия позволяет производителям создавать прочные, долговечные и настраиваемые продукты, отвечающие их конкретным потребностям и требованиям.
Распространенными типами экструзии алюминия являются прямая экструзия, обратная экструзия и ее варианты - горячая, теплая и холодная.
Для каких труб и какой метод лучше всего применим?
При прямом методе экструзии заготовку помещают в контейнер пресса и проталкивают пресс-штемпелем через матрицу. Слиток скользит вдоль стенок контейнера под переменной силой давления, выдавливается через матрицу, которая задает конфигурацию прессуемому изделию. Алюминий экструдируют в нагретом состоянии. Метод применяют в производстве профилей со сложной формой поперечного сечения (с ребрами жесткости, решетчатых).
* Для получения тонкостенных труб небольшого диаметра выполняют холодное прессование.
Рисунок 1. Прямой метод экструзии
При обратном методе экструзии инструмент находится перед пресс-штемпелем. Давление между заготовкой и контейнером пресса отсутствует. Экструдирование происходит при высокой температуре (400-500◦ С).
* Метод применяют для производства полых профилей любой длины. Преимущество — изготовление продукции за одну операцию, обеспечение соответствия геометрии требованиям статики, динамики.
Рисунок 2. Обратный метод экструзии
Выправленные и порезанные полуфабрикаты передают для дальнейшей термообработки для упрочнения материала. Например, у экструзионного алюминия марки АД31 предел прочности 100-170 МПа, после отжига и закалки он повышается до 180-200 МПа, при состаривании — 240-275 МПа. При этом искусственное старение повышает пластичность экструдированного алюминия, но немного снижает прочность.
Важное достоинство алюминия - сочетание легкости с высоким уровнем прочности. Алюминий, будучи одним из самых легких из существующих в природе металлов, пластичен, обладает устойчивостью к коррозии, без труда поддается сварке, обладает высоким уровнем теплопроводности, не магнитится.
Сфера применения
Высокие технические и эксплуатационные характеристики круглых алюминиевых труб, простота транспортировки и монтажа, отсутствие необходимости в техническом обслуживании сделало их востребованными в различных сферах народного хозяйства − строительной, промышленной, сельскохозяйственной, нефтедобывающей.
Трубы из алюминия используют для обустройства вентиляционных систем и канализации. Они являются идеальным вариантом для изготовления криогенного промышленного и бытового оборудования, газопроводов, электротехнических изделий, систем для обслуживания пищевой и химической промышленности.
Трубы, изготовленные из алюминия, наделены следующими важными плюсами:
- благодаря мягкости материала изготовления изделия не меняют свои изначальные характеристики в месте сварочных швов и изгиба при изменении конфигурации;
- на них не оказывают воздействия никакие типы агрессивных сред;
- обладают высоким уровнем экологичности, химической пассивностью;
- могут работать в условиях экстремального климата (их рабочая температура составляет -80…+120◦С).
Новые технологии, применяемые для упрочнения проката без изменения структуры металла, обеспечивают алюминиевым трубам надежность в выполнении своих функций в течение продолжительного срока эксплуатации.
Экструдированный алюминий позволяет улучшить деформационную способность металла. В процессе экструзии металл в зоне деформации находится в состоянии трехмерного сжимающего напряжения, которое может в полной мере проявить пластичность металла и получить большую величину деформации.
Но у такого замечательно материала есть и свои недостатки.
Структура и свойства изделий из экструдированного алюминия неоднородны. Из-за неравномерного течения металла при прессовании поверхностный слой и центр, головка и хвост изделия деформируются неравномерно, в результате чего на поверхности изделия после термической обработки образуются крупнозернистые кольца. Кроме того, его производственная эффективность низка, и обычные методы экструзии не могут обеспечить непрерывную экструзию. Машина непрерывной экструзии Guang Ya, разработанная в последние годы, может осуществлять непрерывную экструзию, но она может экструдировать только чистый алюминий и мягкие алюминиевые сплавы. Отходы, образующиеся при экструзии алюминиевых профилей, относительно велики, и каждая экструзия имеет избыточное давление. Под отходы попадает до 10% длины каждого полученного профиля, так как по результатам экструзии необходимо делать двустороннюю обрезку изделия.
Из-за узкоспециализированного направления даже не все программные комплексы позволяют проводить расчет трубопроводов на прочность из алюминиевых сплавов, так как не содержат алюминиевые сплавы в своей базе данных материалов.
Но, несмотря на описанные трудности, в последнее время материалы из алюминиевых сплавов всё чаще используются в криогенной, пищевой промышленностях и жилищно-коммунальном хозяйстве, что дает им свою нишу использования и надежду на развитие в будущем.
Для понимания, как использовать материалы на основе алюминиевых сплавов в программном обеспечении по расчетам на прочность трубопроводных систем, вы можете обратиться к представителям технической поддержки Группы компаний "Русский САПР" или к своим менеджерам.
Специалисты технической поддержки ответят на интересующие вас вопросы, помогут разобраться с новинками инженерной деятельности и просто пройти обучающие курсы при необходимости.
Работайте с нами! Работайте с удовольствием!
Подписывайтесь на новостной канал ГК "Русский САПР" и оставайтесь в курсе последних событий в программном обеспечении.
Наталья Гаврилина
Руководитель направления по системам инженерного анализа
АО «Бюро САПР»