CC BY
45
Применение
сварных нержавеющих труб
в пищевой промышленности
&
ООО «Италинокс Ариэль»
Г.Г. Дубоносов, С.В. Максатов, Е.И. Левченко
На российский рынок ежегодно ввозится до 15 тыс. т сварных нержавеющих труб из различных марок сталей.
К сожалению, отечественный потребитель не всегда имеет доступ к информации, позволяющей ему сделать правильный выбор и приобрести трубы с таким набором полезных свойств, которые наиболее полно удовлетворят его требования по качеству, долговечности и безопасности производства.
Опираясь на стандартный набор характеристик товара (размер, длина, цена, марка стали, наличие на складе, период поставки, условия оплаты), потребитель сужает свой взгляд на рынок, оценивая предлагаемую ему трубную продукцию исключительно с точки зрения финансовых условий покупки. Увы, как это обычно и бывает, купить дешево качественную трубу удается далеко не всем. При этом не каждый продавец способен и, главное, желает подробно информировать потребителя о качестве поставляемого им товара.
Но ведь любой из нас, приобретая автомобиль, обращает внимание на десятки параметров: цена, цвет, мощность двигателя, эргономика салона, обивка салона, трансмиссия, привод, электроника и т.д. Мы интересуемся массой дополнительных опций, предоставляемых нам производителем. Так почему же при покупке такого высокотехнологичного продукта, как нержавеющая сварная труба, наши потребители или не желают знать, или не требуют от поставщика дополнительной информации о товаре. Ведь в пищевой промышленности от качества трубопроводов напрямую зависит качество той продукции, которая по ним транспортируется.
Рассмотрим те характеристики товара, которые пока еще редко становятся предметом обсуждения между продавцом и покупателем сварных нержавеющих труб.
Стандарты производства DIN 17455, DIN 17457 и DIN 11850
Подавляющее количество поставщиков нержавеющих сварных труб по умолчанию предлагают трубы, соответ-
ствующие DIN 17455. Конечно, уровень качества труб, изготовленных по данному стандарту, весьма высок, однако трубы имеют одно немаловажное свойство: по DIN 17455 производятся «трубы/..., рассчитанные на основе 80 % применения допустимого расчетного напряжения в сварном шве». Другими словами, коэффициент сварного шва (V) не более 0,8 или, еще проще, прочностные свойства сварного шва не превышают 80 % прочностных свойств основного материала трубы.
Напротив, по DIN 17457 производятся «трубы/., рассчитанные на использование на основе 100 % применения допустимого расчетного напряжения в сварном шве». То есть, коэффициент сварного шва (V) равен 1,0 (прочностные свойства сварного шва идентичны прочностным свойствам основного материала трубы).
Цена труб по DIN 17455 на 8-10 % ниже, чем труб, произведенных по DIN 17457, но, соответственно, и потребительские свойства труб по DIN 17455 существенно ниже, чем труб по DIN 17457: трубы, маркированные DIN 17455, не могут быть использованы в оборудовании, работающем под давлением. Эти трубы - исключительно конструкционные или применяются как трубопроводы для транспортировки жидкостей, без давления и при невысоких температурах. И тем более, трубы по DIN 17455 не могут быть использованы для трубопроводных систем в пищевой промышленности.
Для этих целей должны применяться только трубы по DIN 17457, дополнительно обработанные в соответствии с требованиями DIN 11850.
Стандарт DIN 11850 (трубы/ из нержавеющей стали для применения в пищевой промышленности) допускают применение в указанной отрасли труб, произведенных по DIN 17456 (бесшовные трубы) и DIN 17457. Данный стандарт определяет размеры применяемых труб, допуски на размеры, используемые материалы, дополнительную термическую и химическую обработку, качество внутренней и внешней поверхности (шерохова-
тость), маркировку, а также указывает допустимое рабочее давление.
Применяемые материалы (марки стали)
Некоторые российские поставщики настойчиво убеждают потребителей в том, что трубная продукция из стали AISI 430 (12Х17) также может быть использована в трубопроводах для пищевой промышленности. С нашей точки зрения, иначе как намеренным введением потребителя в заблуждение это назвать нельзя. Безусловно, как стойка, поручень или декоративный элемент трубы из стали 430 могут быть использованы. Но в качестве трубопровода... обратимся к уже упомянутому DIN 11850.
Пункт 4 DIN 11850 («Материалы») однозначно указывает, что в пищевой промышленности стандартно допускается применение только следующих сталей: AISI 304 (1.4301), AISI 304L (1.4307), AISI 316L (1.4404).
Таким образом, стали 400-й группы (AISI 409, 430, 439 и т. д.) никак не могут использоваться в пищевой промышленности. Типичный пример применения стали AISI 439 - автомобильные глушители.
Способы сварки
В производстве сварных труб из нержавеющих сталей используют следующие основные способы сварки:
TIG - сварка вольфрамовым электродом в инертном газе, без присадочного металла;
плазменная сварка в сочетании с TIG;
HF - сварка токами высокой частоты;
Laser - лазерная сварка;
Electron beam - электронно-лучевая сварка.
В промышленной практике наиболее часто применяют первые три способа.
Лазерная технология, гарантирующая высокий уровень качества, несмотря на значительные первоначальные капиталовложения, получает все более широкое распространение.
Электронно-лучевая сварка используется нерегулярно по причине сложности технологического процесса, который предполагает наличие установок глубокого вакуума в процессе всего цикла сварки.
Считается, что в настоящее время технология TIG или TIG в сочетании с плазменной сваркой составляют около 65 % всех европейских сварочных производств, 30 % приходится на сварку HF и остальное - на лазерную сварку.
В действительности не существует конкуренции между различными системами сварки, но, как правило, требо-
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
вания к технологии сварки зависят от сферы применения сварных труб.
Типичные сферы применения нержавеющих труб в зависимости от применяемой сварочной технологии показаны в табл. 1.
Сравним две типичные технологии: TIG и HF.
Способ TIG (Tungset Inert Gas)
Этот способ наиболее часто употребляется для производства сварных труб высокого качества из нержавеющих сталей.
Источником генератора тепла для плавки краев служит дуга, которая образуется между вольфрамовым электродом и трубой. Защитный газ, направляемый на сварочную горелку, обволакивает зону плавки с наружной поверхности трубы и одновременно, но уже другим способом, подается внутрь трубы, чтобы защитить зону плавки и изнутри, удерживаясь там с помощью заглушки.
При способе сварки TIG по причине воздействия тепла только на наружную поверхность трубы зона плавления неизбежно окружается обширной зоной термического раздражения, вследствие чего шов оказывается более широким (рис. 1). Но по этой же самой причине TIG-шов наиболее прочный и легче удаляется.
При соблюдении технологических параметров сварки не требуется даже дополнительной термической обработки для устранения возможных изменений микроструктуры сварных швов.
Таблица 1
Рекомендуемые сферы применения труб с различными способами сварки
При этом скорость TIG-сварки невысока, и поэтому цена готовой трубы будет выше, чем при использовании других видов сварки.
На рис. 1 виден сварной шов, полученный методом TIG. Шов плотный, однородный, без пустот и раковин. Прочность сварного шва соответствует прочности основного материала трубы.
В директиве ЕС по оборудованию, работающему под давлением (PED - Pressure Equipment Directive), совершенно однозначно указано, что для оборудования, работающего под давлением свыше 0,5 бар могут применяться нержавеющие сварные трубы, произведенные только способом TIG (см. табл. 1).
Высокочастотная сварка (HF)
На первый взгляд, особенно с точки зрения микроструктуры, высокочастотная сварка (HF) имеет весьма интересные характеристики, благодаря тому что зона плавления резко ограничена, а зона термического раздражения (прилегает к зоне плавления) практически отсутствует (рис. 2). Разогрев краев происходит равномерно по всей толщине, а скорость достижения температуры плавки - около 0,01 в 1 секунду. С геометрической точки зрения высадка шва как внутри, так и снаружи оказывается прочной и прямой.
Применение высокочастотной сварки в настоящее время находит все более широкое распространение, особенно в областях, где используются декорирование, строительные конструкции, в промышленном машиностроении. В основном это связано с высокими скоростями, достигаемыми при сварке.
Производительность сварки до 20 раз выше, чем при использовании сварки TIG.
На первый взгляд может показаться, что технология HF выигрывает как с точки зрения качества, так и с точки зрения производственных затрат.
Что касается затрат - тут сомнений нет. Цена труб, произведенных сваркой HF, на 10 % ниже, чем у труб, изготовленных с применением сварки TIG.
В отношении качества, однако, необходимо отметить, что наиболее ценное свойство, такое как сжатость зоны плавки, в действительности проявляет себя как слабый пункт, когда речь идет о продукции, требующей высокой надежности, такой как, например, химическое и нефтехимическое оборудование, оборудование для пищевой промышленности, теплообменники и т. д.
Действительно, совершенно очевидно, что необходимые свойства сварного шва могут быть достигнуты только
Рис. 1. Сварной шов. Способ сварки TIG
Рис. 2. Сварной шов. Способ сварки HF
при наличии гарантии сохранения условий и параметров процесса, которые не так легко достигаемы в высокоскоростном процессе ИР-сварки. Более того, при недостаточной обработке кромок и ввиду контактного процесса сварки в сварном шве могут образовываться раковины и непровары, что наглядно это показано на рис. 2. Сварной шов неплотный, в нем присутствуют пустоты, которые самым отрицательным образом сказываются на прочности сварного соединения.
Симптоматичен тот факт, что сферы применения техники высокочастотной сварки весьма ограничены и сведены к производству труб декоративного, структурного или механического назначения при полном исключении их использования в термоустановках, оборудовании пищевой, химической и нефтехимической, фармацевтической промышленности.
Качество поверхности, финишная обработка
Качество наружной и внутренней поверхности - один из самых существенных свойств трубной продукции, определяющей область ее применения, цену и сроки изготовления.
Сварные трубы производят из холоднокатаного или из горячекатаного рулонного проката. Для нужд пищевой промышленности на финишной стадии производства трубы могут подвергаться термической обработке (например, светлый отжиг), химической обработке (травление) и механической обработке (шлифование внутренней поверхности до чистоты поверхности 0,5-0,8 мкм в
Сфера применения Способ сварки
Декор, в том числе для Высоко-
зеркальной полировки частотная
Конструкции, в том (ИР)/лазерная
числе строительные
Транспорт (разгрузоч-
ные установки, кузова)
Пищевая TIG
промышленность
Транспортировка TIG
малоагрессивных TIG в сочета-
жидкостей нии с плазмен-
ной сваркой
Лазерная
сварка
Транспортировка очень TIG
агрессивных TIG в
жидкостей сочетании с
Химическая, нефтехи- плазменной
мическая, газовая, сваркой
энергетическая, бумаж- Лазерная
ная промышленности сварка
Теплообменники TIG
Испарители
Опреснители
Фармацевтическая
промышленность
Таблица 2
Исполнение и обозначение видов обработки поверхности сварных нержавеющих труб для пищевой промышленности (DIN 11850)
Технология производства
Наличие термической обработки
Качество поверхности
Сокращенное обозначение исполнения
Сварные по стандарту ДИН 17457 (технические условия поставки)
Термически обработанные
Термически необработанные
Термически обработанные
Термически необработанные
Термически обработанные
Термически необработанные
Термически обработанные
Термически необработанные
Гладкая металлическая Сварной шов, начиная с номинального диаметра ДН 25, выровнен заподлицо со стенками; среднее значение шероховатости К = 2,5 мкм, кроме зоны сварного шва
Гладкая металлическая Среднее значение шероховатости К = 0,5 мкм Зона сварного шва К =1,6 мкм
Гладкая металлическая по классу исполнения «к2» или «к3» по стандарту ДИН 17 457
Гладкая металлическая по классу исполнения «к0» или «к1» по стандарту ДИН 17457
Шлифованная абразивом с зернистостью 400 или полированная
Гладкая металлическая по классу исполнения «к3», «11» или «12» по стандарту ДИН 17457
Гладкая металлическая по классу исполнения «к0» или «к1» по стандарту ДИН 17457
Шлифованная абразивом с зернистостью 400 или полированная
ВА
СА
СВ ВС
СС
BD CD
области основного материала трубы и до 1,6 мкм в области сварного шва, шлифование наружной поверхности до чистоты менее 1,0 мкм).
Для каждого способа применения трубы может быть подобран оптималь-
ный список финишных операций, который обеспечит наиболее полный набор полезных свойств трубы. Например, если при использовании сварных труб необходимо их формоизменение (гибка, сплющивание и т. д.), то рекомен-
дуется заказывать трубы с термической обработкой.
Весь набор финишных операций условно обозначается в маркировке, которая должна быть нанесена на каждую трубу (см. табл. 2).
Ниже показан пример маркировки пищевой сварной нержавеющей трубы:
ММ 52х1 No.541854 1.4301 DIN 17457/11850 CC PK1,
где ММ - торговый знак завода-производителя Marcegaglia, Италия; 52х1 - диаметр (52) и толщина стенки (1) трубы, мм; 1.4301 - обозначение марки стали (AISI 304); DIN 17457/ 11850 - обозначение стандартов, в соответствии с которыми произведена данная труба, СС - обозначение качества поверхности трубы (по DIN 17457 и DIN 11850): труба изготовлена из холоднокатаного рулона с повышенным качеством поверхности, снаружи шов почти неразличим, поверхность протравлена, изнутри труба протравлена, отшлифована до чистоты поверхности менее 0,8 мкм, область сварного шва отшлифована до чистоты поверхности менее 1,6 мкм, шов ламинирован; РК1 - труба испытана в соответствии с классом испытаний 1.
алиноксариэль
ЩВ
ыи, листовом прокат авеющей стали ержавеющие гя пищевой промышленности, N 11850, сталь AISI 304/304L/316 итинги из нержавеющей стали Люки, днища из нержавеющей стали
140054, Московская область, г. Котельники
Дзержинское шоссе, д. 4, тел./факс: (495) 741-75-81/82/83/84, 741-75-85, 559-20-01 E-mail: italinox@ariel.ru, post.inox@ariel.ru ...I,., L.i:««^
www.italinox.ru
Филиал в г. Воронеже Филиал в г. Краснодаре
394029, г. Воронеж, Офис и склад; 350080, г. Краснодар,
Ленинский проспект, д. 6/3, офис 1. ул. Новороссийская, 55
Тел/факс (0732) 394742 Тел /факс (861)2101873
E-mail: ita1inox@mail.ru E-mail: kras.inox@mail.ru
Филиал в г. Нижний Новгород
Офис и склад: 603139, г. Нижний Новгород, ул. Коновалова, 4 Тел/факс (8312) 227329 E-mail; novg.inox@mail.ru
