» » Цинкование труб и трубных изделий
10.02.2017

Электролитический метод нашел широкое применение при цинковании труб. Его чаще всего используют для нанесения покрытия на наружную поверхность труб. Следует, однако, отметить, что существуют способы и установки, позволяющие цинковать как внутреннюю, так и обе поверхности трубы одновременно. Выбор того или иного способа определяет сортамент и назначение труб.
Используют в основном два типа агрегатов электролитического цинкования — поперечные и продольные, отличающиеся способом перемещения покрываемых труб.
На рис. 186 показана схема автоматической линии гальванического цинкования, окраски и упаковки с поперечным перемещением труб, внедренной на заводе фирмы «Янгстаун шит энд тьюб» (США).
Цинкование труб и трубных изделий

Линия состоит из загрузочного устройства I, ванны щелочного обезжиривания 2, ванны промывки горячей водой 3, ванны электролитического обезжиривания 4, ванны промывки холодной водой 5, травильной ванны 6, ванны цинкования 7, камеры струйной промывки холодной водой 8, ванны осветления 9, сушильной печи 10 (№ 1), машины для окраски 11, сушильной печи 12 (№ 2), стола для осмотра 13, маркировочного устройства устройства для упаковки 15.
Трубы последовательно проходят операции подготовки поверхности, цинкования, сушку, окраску внутренней поверхности и увязывание в пакеты.
Максимальная производительность линии 1200 труб в 1 ч. Покрываемые трубы имеют диаметр 0,01270—0,0508 м, длину 3 м.
Установка фирмы «Хофманн Индастриз» (США) позволяет цинковать трубы длиной 0,15—3 м, причем на каждой подвеске можно размещать до 300 м труб. Производительность установки составляет 16 млн. труб в год.
Установки с поперечным перемещением труб имеют ряд недостатков; ограниченные возможности интенсификации технологических процессов, большое количество отходов труб из-за необходимости их герметизации и последующего вырезания деформированных мест. Кроме того, при их использовании трудно получить на трубах цинковое покрытие высокого качества.
Более эффективными являются агрегаты с продольным перемещением труб. В этом случае удается комплексно решить непрерывность потока труб, оптимизацию температурного и гидродинамического режимов электролиза, обеспечивающих максимальную скорость процесса электроосаждения. Такие агрегаты нашли наибольшее применение при цинковании наружной поверхности труб малых диаметров (4—16 мм), главным образом свертно-паяных и электросварных.
Цинкование труб и трубных изделий

Установки с продольным перемещением труб при непрерывной их подаче, как правило, работают в едином потоке с трубными станами. Предложена технология, позволяющая сохранить непрерывность на всех стадиях процесса. Расположение оборудования в линии непрерывного производства труб с электролитическим покрытием показано на рис. 187.
Полосовая заготовка в рулоне поступает из разматывателя 1 в стыкосварочную машину 2 и петлевое устройство 5 башенного или другого типа. После горячей щелочной очистки в ванне 4, промывки и сушки сжатым воздухом следует формовка в формовочном стане 5, сварка в сварочном узле 6, охлаждение в холодильнике 7, абразивная зачистка 8 и калибровка в калибровочном стане 9. Далее осуществляют операции подготовки грубы к нанесению покрытия — горячую анодную очистку в устройстве 10, промывку в устройстве 11, травление в концентрированной (например, 50%-ной) HCl в ванне 12, затем промывку в устройстве 13, холодную анодную очистку в устройстве 14, промывку в устройстве 15, повторное травление в концентрированной HCl в ванне 16, промывку в устройстве 17. За этим устройством расположены ванны 18 для нанесения электролитического покрытия. После нанесения покрытия и промывки на устройстве 19 трубы сушат горячим воздухом в сушиле 20. Узел натяжных роликов 21 обеспечивает натяжение трубы во всей линии калибровочного стана 9. На выходе установки располагаются автоматическое отрезное устройство 22 и отводящий рольганг 23. Ванна для проведения процессов анодной очистки и нанесения покрытия представляет собой бак из низкоуглеродистой стали с резиновой облицовкой. На входе и выходе установлены ролики, выполняющие функции опорных и контактных. Уровень электролита поддерживается таким, чтобы труба была полностью им покрыта. Через сток электролит попадает из ванны в бак, откуда насосом вновь перекачивается в ванну. Циркуляция электролита позволяет повысить плотность тока или увеличить скорость перемещения труб.
Агрегаты аналогичной конструкции эксплуатируются на заводах фирм «Армко стил» и «Янгстаун шит энд тьюб» (США).
Разработаны также процессы производства электросварных труб из электролитически оцинкованной полосы, одним из которых предусматривается восстановление в потоке целостности покрытия в зоне сварки с помощью пневматических распылителей расплавленного цинка.
Наиболее совершенные линии электролитического цинкования электросварных и свертно-паяных труб диаметром 6—15 мм выпускает фирма «Лангбайн Пфанхаузер Верке Ar» (ФРГ). Линия представляет собой ряд агрегатов, состоящих из четырнадцати последовательно установленных ванн, через которые со скоростью от 4 до 25м/мин в восемь ниток непрерывно движутся покрываемые трубы. Предусмотрено цинкование труб мерной длины до 6 м и труб, смотанных в бунты общей длиной 90—300 м. Существенным недостатком линии является использование наряду с сульфатным электролитом токсичного цианистого электролита цинкования. Толщина цинкового покрытия на трубах составляет от 10 до 30 мкм.
В России эксплуатируется автоматическая линия цинкования наружной поверхности труб диаметром 4—16 мм, изготовленная фирмой «Лангбайн Пфанхаузер Верке АГ» ФРГ. На этой линии внедрена советская технология высокоскоростного цинкования, исключающая использование цианистого электролита. Принципиальная схема цинкования труб по этой технологии приведена на рис. 188, составы растворов, электролитов и режимы обработки — в табл. 72.
Цинкование труб и трубных изделий

Подготовку поверхности труб (очистку и обезжиривание) осуществляют биполярным методом.
Нанесение многослойного покрытия производят в три этапа: путем последовательного осаждения слоя меди толщиной до 1 мкм; сплава Zn—Ni (8—14% Ni) толщиной 1—2 мкм и слоя цинка толщиной 14—20 мкм.
Затем покрытие проходит операции отделки (осветление, хроматированне, нейтрализацию и сушку).
Скорость перемещения труб в линии составляет 18—22 м/мин.
Нанесение подслоев из меди и Zn—Ni позволило в 1,8— 2,5 раза повысить коррозионную стойкость, улучшить адгезию и физико-механические свойства покрытия, интенсифицировать процесс цинкования труб.
Трубы с многослойным покрытием обладают высокой коррозионной стойкостью в тормозных и топливных системах автомобилей и тракторов, обеспечивается увеличение в 3—4 раза срока службы и надежности работы этих систем. В настоящее время эти трубы широко применяют при производстве серийных автомобилей КамАЗ, КрАЗ, ЗАЗ и др. Разработанная технология обеспечивает также получение декоративных зеркально блестящих цинкникелевых покрытий, по внешнему виду не отличающихся от блестящих никелевых. В этом случае электроосаждение ведут из электролита состава, г/л: цинк хлористый — 50—200, никель хлористый — 10—150, аммоний хлористый — 50—250, уксусная кислота — 5—40, полиэтиленгликоль — 5—15, сиреневый, вератровый или анисовый альдегид — 0,5—3,0.
Для повышения герметичности и коррозионно-механической прочности резьбовых соединений труб нефтяного сортамента (бурильных, обсадных, насосно-компрессорных) на резьбу муфт наносят различные уплотнительные противозадирные покрытия (цинковые, медные, оловянные, фосфатные и др.). Наиболее часто для этих целей применяют гальванические цинковые покрытия. Толщина таких покрытий в зависимости от сортамента и назначения груб составляет от 25 до 150 мкм.
Обычно цинкование муфт осуществляют на автоматических гальванических линиях, в которых муфты (партиями по 10—50 шт.) последовательно проходят операции подготовки поверхности и нанесения покрытия. Линии цинкования муфт выпускают фирмы ФРГ («Шеринг», «Лангбайн Пфанхаузер Верке АГ»), Японии («Кавасаки сэйтецу», «Син НИППОН сэйтэцу») и др.
Принцип действия большинства автоматических гальванических линий цинкования муфт состоит в следующем: над ваннами, сушильной камерой, загрузочной и разгрузочной площадками перемещаются автооператоры, транспортирующие подвески с муфтами с позиции на позицию согласно схеме технологического процесса.
В России выпускается несколько типов линий для цинкования муфт к трубам нефтяного сортамента — АЛГ-36М, АЛГ-423 и АЛГ-37М. Первые два типа линий используются для цинкования муфт обсадных труб, АЛГ-37М — насосно-компрессорных. Применительно к этим линиям ВНИТИ разработана технология, включающая в себя следующие операции
1. Загрузка муфт.
2. Обезжиривание (химическое, электрохимическое катодное и анодное или реверсивное) в растворе состава, г/л: едкий натр 10—40; силикат натрия 5—30; пиро- или ортофосфат натрия 10—20. В указанный раствор вводят композицию добавок поверхностно-активных веществ для повышения его моющей способности. Суммарное количество добавок 2,5—5 г/л. При электрохимическом обезжиривании плотность тока 4—6А/дм2, при реверсивном τк:τа составляет 20—10 (с:с). Температура 50—70 °С.
3. Декапирование в растворе, содержащем 50—100 г/л соляной кислоты при температуре 15—30°С.
4. Цинкование муфт обсадных труб в электролите состава, г/л; цинк хлористый или сернокислый (в пересчете на металл) — 25—135; аммоний (калий или натрий) — 20—200; алюминий сернокислый — 30—50; кислота борная — 10—30; добавка ДХТИ-104-107 (мл/л) или декстрин — 5—10. Температура 15—25 °С. Плотность тока 4—10 А/дм*. Покрытие наносят с использованием постоянного или реверсируемого тока, соотношение длительностей катодного и анодного периодов которого зависит от типоразмеров муфт и диаметров применяемых анодов. На муфты насосно-компрессорных труб наносят цинкмикелевое покрытие (см. табл. 72).
5. Сушка.
6. Разгрузка муфт.
Применение реверсируемого тока и специальных установок для цинкования муфт позволило за счет обеспечения высокой степени соосности муфт и внутренних анодов получать из простых электролитов со сравнительно низкой рассеивающей способностью, но высокой скоростью электроосаждения гладкие осадки с достаточно равномерным распределением по профилю и периметру резьбы.
Толщина покрытия па муфтах с треугольным профилем резьбы составляет 40±10 мкм, с трапецеидальным — 25±5 мкм.
Гладкие равномерные покрытия указанной толщины улучшают условия сборки резьбовых соединений, повышают их герметичность и коррозионно-механическую прочность, а цинкникелевые покрытия позволяют довести число циклов свинчивания — развинчивания насосно-компрессорных труб до 10 раз без нарушения параметров резьбы и герметичности резьбовых соединений.