MANDRINAREA TUBURILOR (imbinari prin mandrinare) pentru generator

MANDRINAREA TUBURILOR

1 Generalitati

Operatia de evazare la rece, la inceput libera si apoi fortata, a capetelor sau a unor zone de elemente tubulare (tevi, bucse, stuturi, etc.) in orificiile practicate in peretii anumitor dispozitive sau structuri (placi tubulare, ecrane tubulare, ecrane terminale, etc), in scopul realizarii corespunzatoare - prin strangere radiala - de imbinari semidemontabile etanse, rezistente si durabile, se numeste mandrinare.

Din punct de vedere al modalitatilor de executie practica, mandrinarea poate fi mecanica (statica), hidraulica (statica) sau prin explozie controlata (dinamica). In ceea ce va urma vom discuta despre mandrinarea mecanica. Mandrinarea mecanica se executa prin dornuire (in general pentru diametre mici sub 12 mm) sau cu aparate cu role rostogolitoare numite mandrine.

Imbinarile cu strangere radiala, obtinute la rece cu ajutorul mandrinelor, se numesc imbinari mandrinate sau imbinari prin mandrinare.

Principalele tipuri de imbinari prin mandrinare sunt:

a)          dupa criteriul formei geometrice a orificiilor

- cu orificii cilindrice

- cu orificii tronconice

b)          dupa criteriul starii suprafetei orificiilor

- cu suprafata neteda

- cu suprafata renurata

c)          dupa criteriul constructiv

- fara petrecere

- cu petrecere dreapta

- cu petrecere rasfranta

In practica, de cele mai multe ori, imbinarile prin mandrinare nu sunt simple, ci sunt de tip compus (fig. 1, fig. 2).

Fig. 1 Principalele tipuri de imbinari mandrinate :

a - cu orificii cilindrice ; b - cu orificii tronconice ; c - cu suprafata de contact neteda (lisa, mandrinare lisa) ; d - cu suprafata de contact renurata (cu canale inelare, mandrinare cu renuri) ; e - fara petrecerea capatului tubular (mandrinare in nas) ; f - cu petrecere dreapta a capatului tubular (mandrinarea cu petrecere) ; g - cu petrecere rasfranta a capatului tubular (mandrinare cu bordurare, mandrinare cu bercuire) ; 1 - placa tubulara ; 2 - elementul tubular

Fig. 2 Exemplificarea unor tipuri compuse de imbinare prin mandrinare

A - mandinare lipsa, cu perecere dreapta (fara bordurare), cu orificii cilindrice ;B - mandrinare lisa cu petrecere rasfranta (cu bordura), in orificii cilindrice ;C - mandrinarea cu renuri, cu petrecere dreapta (ca in figura) sau rasfranta, in orificii cilindrice; 1- placa tubulara ; 2 - elementul tubular

2 Conditiile fundamentale ale mandrinarii

Procesul mandrinarii mecanice implica doua etape distincte, principale, care se succed fara intrerupere, si anume:

a)          Premandrinarea, respectiv evazarea preliminara elastica sau/ elastoplastica a elementelor de tubulatura, pana cand acestea vin in contact cu peretele orificiilor din placa tubulara, etapei respective corespunzandu-i, epuizarea completa a jocului de montaj

b)          Mandrinarea propriu-zisa, respectiv evazarea suplimentara preponderent elastoplastica, remanenta, reziduala, a elementului de tubulatura, concomitent cu largirea preponderent elastica, reversibila a orificiilor din placa tubulara.

Prin incetarea exercitarii apasarii (presiunii) de mandrinare, in urma retragerii mandrinei, peretile orificiilor din placa tubulara - fiind deformat preponderent elastic - tinde sa revina la starea sa initiala. In mare masura tendinta respectiva este anulata de elementele de tubulatura deformate preponderent rezidual, ceea ce se soldeaza cu exercitarea unei apasari (presiuni) radiate p₀ si deci, cu realizarea unei strangeri a elementelor de tubulatura in orificiile din placa tubulara.

Schematizarea dimensiunilor si deplasarile corespunzatoare procesului de mandrinare mecanica este facuta in figura 3.

Fig. 3 Schematizarea dimensiuniilor si deplasarilor (radiale sau diametrale) corespunzatoare procesului de mandrinare mecanica

In situatia intiala, adica la inceputul premandrinarii, suprafata exterioara a elementului de tubulatura se gaseste in pozitia A - A, fiind indepartata de capetele orificiilor din placa tubulara (pozitia B - B) cu jocul de montaj radial δ=0,5 δ₀. La sfarsitul mandrinarii propriu-zise, respectiv in situatia cand inca nu s-a procedat la retragerea mandrine, desi evazarea a fost incheiata suprafata de contact element de tubulatura - palca tubulara ocupa pozitia provizorie C - C, pentru care rezulta (intrucat d₀→ d_0max si d₂→ d_2max) d_0max = d_2max .

Dupa retragerea mandrinei, evident, survine descarcarea (revenirea) elastica, care, daca s-ar produce in mod independent, ar aduce placa tubulara in pozitia D - D, astfel ca d_0max→ d_0rem si corespunzator, elementul de tubulatura in pozitia D - D, astfel ca    d_2max→ d_2rem. Insa deoarece descarcarea (revenirea) elastica se produce simultan, avand un caracter comun pentru elementul de tubulatura si pentru placa tubulara, suprafata de contact element de tubulatura - placa tubulara, va ajunge in pozitia F - F.

3 Fazele mandrinarii

Inlocuirea tevilor defecte, imbinate prin mandrinare cu altele, necesita scoaterea tevilor defecte, confectionarea de tevi de lungimi corespunzatoare, pregatirea capetelor si a locasurilor de teava.

La lucrarile de reparatii, instalatiile fiind in general vechi, diametrele locasurilor de teava pot diferi intre ele in urma prelucrarilor repetate cu ocazia schimbarilor de tevi. Din acest motiv se marcheaza fiecare cap de teava in locasul in care va fi introdus pentru ca prelucrarea capului de teava si a gaurii sa se faca in concordanta cu marimea celor doua diametre.

Se controleaza cu un sablon lungimea partilor libere ale tevii, (fig 4), capetele adancindu-se la dimensiunile din tabelul 1

Tabelul 1

Inaintea inceperii procesului de mandrinare, rolele si dornul mandrinei, precum si suprafata interioara de mandrinare a tevii se ung cu ulei pentru usurarea alunecarii.

Dupa ce au fost realizate conditiile amintite, se introduce mandrina cu cel putin 5÷10 mm. Mandrinele care au si role pentru rasfrangerea tevii se ateaza cu acestea in afara portiunii de mandrinat. In aceasta perioada se urmareste ca uleiul ce s-a folosit la ungerea mandrinei si a tevii sa nu patrunda intre teava si gaura.

Opera de mandrinare se executa in doua faze

in prima faza, se preseaza teava pe peretele gaurii cu o mandrina cu avans manual cu surub, prevazuta cu role cu lungimea corespunzatoare loculului de teava;

in faza a doua se realizeaza mandrinarea propriu-zisa cu ajutorul unei mandrine cu avans automat.

Daca se inlocuiesc mai multe tevi, la fiecare teava se realizeaza operatiunile de la prima faza, iar cand toate tevile au fost presate se trece la faza a doua.

In tot timpul mandrinarii, aparatul trebuie mentinut centrat. Dupa mandrinare, daca se prevede in documentia de reparatii se executa rasfrangerea capetelor de teava. Operatia de rasfrangere se face lent pentru a evita craparea capetelor de teava.

Rezistenta si etanseitatea imbinarii cresc cu cat rasfrangerea incepe mai aproape de marginea gaurii si cu cat unghiul de rasfrangere este mai mare

4 Controlul imbinarilor mandrinate

Controlul imbinarilor mandrinate se executa atat vizual la fiecare capat de teava cat si la proba hidraulica de presiune pentru depistarea defectelor de mandrinare.

Defectele imbinarilor mandrinate pot fi :

mandrinare incompleta, este aceea cand exista un joc intre teava si gaura din placa tubulara ;

supramandrinarea, ce se caracterizeaza prin aparitia unui guler alungit la teava sau a unui prag de perete exterior al tevii (fig 1.36) ;

deformarea peretelui gaurit, largit excesiv prin supramandrinari repetate ;

fisuri sau crapaturi in marginea rasfranta a tevii.

Defecte ca urmare a mandrinarii incomplete pot fi remediate prin continuarea mandrinarii cu o mandrina corespunzatoare.

Defectele de supra-mandrinare excesiva, ca si a deformarii peretelui implica schimbarea tevii si prelucrarea locasului de teava.

Fisurarea capatului tevii, in general, provine din cauza materialului necorespunzator sau a rasfrangerii prea mari a tevii.

Se admit fisuri sau crapaturi pe o lungime maxima de 4 ÷ 5 mm, daca se pot astupa complet, fara a atinge peretele gaurii, in caz contrar teava se inlocuieste.

Dupa controlul vizual, se verifica etanseitatile realizate prin efectuarea probei la presiune conform prescriptiilor tehnice.

fig.5 Supramandrinarea

a - prag prea mare in interiorul tevii mandrinate ; b - mandrinare dezaxata c - supramandrinare

5 Principiile realizarii mandrinarii mecanice

La scara industriala, mandrinarea mecanica se realizeaza cu agregate de mandrinare, in cadrul carora functiile principale ale masinii sunt indeplinite de mandrina propriu-zisa (fig. 6). Pentru oricare tip constructiv sau comercial de mandrina, elementele vitale importante sunt dornul si rolele corespunzatoare, asezarea reciproca a acestora si, deci, conjugarea lor, impreuna cu marimile dimensionale caracteristice, fiind schematizate in fig 7 .

Prima faza a procesului de mandrinare mecanica presupune introducerea lejera a mandrinei, pe adancimea prevazuta, in elementul tubular care urmeaza a se mandrina (fig. 7 a). De cele mai multe ori, adancimea de mandrinare b este corelata la cota l_s (fig. 7 b), ceea ce impune ca introducerea in elementul tubular al mandrinei sa fie limitata prin insusi dispozitivul de rezemare frontala, aceasta din urma evitand sau implicand capatul mandrinat al elementului mandrinat.

Imprimandu-se dornului o miscare de rotatie, rolele de mandrinare - antrenate prin frecare - vor intra intr-o miscare planetara, rotindu-se in jurul axei proprii si rostogolindu-se fata de dorn si, deci, fata de suprafata interioara a elementului tubular. Datorita unghiului de serviciu _s si blocarii, prin rezemarea frontala, a casetei mandrinei, din punct de vedere al deplasarii sale longitudinale, manifestandu-se efectul de surub (cu piulita nerotitoare) in urma rotirii dornului, acesta, la randul sau, intra in miscare elicoidala, ceea ce implica un anumit avans longitudinal. Fiind tronconic si evoluand elicoidal, evident, dornul va mai imprima rolelor de mandrinare un avans radial. Asadar complicandu-se miscarea rolelor de mandrinare ajunge sa fie de tipul unei miscari planetare spiroidale, in mod treptat, rolele respective intrand in contact cu suprafata interioara a elementului tubular supus mandrinarii.

In etapa premandrinarii, rolele exercitandu-se apasarea radiala p_p, deformatia instantanee a elementului tubular configuratia ilustrata in fig. 8 b, profilul sau transversal nemaifiind riguros circular (inelar). In timpul mandrinarii propri-zise, rolele exercitandu-si apasarea radiala , deformatia instantanee a elementului tubular are un profil transversal si mai complicat, de tipul celui implicat in fig. 8 c, configuratia deformatiei suprafetei interioare a elementului tubular, dupa mandrinare, fiind cea ilustrata exemplificativ in fig. 8 d. Concordant cu acestea, in timpul mandrinarii mecanice, epura presiunii instantanee de contact p₂ va fi cea redata in fig. 8 e. Se presupune ca eazarea prin mandrinare a elementului tubular prezinta urmatoarele implicatii :

a)          pe masura avansarii dornului, presiunea de mandrinare , ecsercitata de role, creste in intensitate si, incepand de la un anumit moment, solicitarea specifica dupa directia radiala (r in fig. 8 e) a elementului tubular va atinge - local, insa intr-o succesiune rapida - limita tehnica de curgere σ_0,2, generandu-se astfel o stare spatiala de tensiuni mecanice si, ca o consecinta fireasca, curgerea materialului elementului tubular ;

Fig. 6 Realizarea mandrinarii mecanice:

a - Cu mandrina universala, fara frecare de contact cu ET si asigurare la rotire; b - cu mandrina universala, cu frecare de contact cu ET si asigurare la rotire; 1 - corpul, caseta sau bucsa mandrinei; 2 - dornul mandrinei, mandrinul; 3 - rolele de mandrinare; 4 - dispozitivul de rezemare frontala (cu rulment axial); 5 - elementul sau structura de tipul placii tubulare; 6 - elementul tubular mandrinat; 7 - dispozitivul de asigurare la rotire

Fig. 7 Marimile dimensionale principale ale mandrinei universale:

a - vedere laterala (rabatere pentru α_s=0); b - vedere in plan (pozitia de lucru, de serviciu, cu α_s≠0); A, B, C, - dimensiuni caracteristice ale dornului; D, E, F, I - dimensiuni caracteristice ale rolelor; α_m - unghi la varf al dornului; α_r , α/2- unghiul rolelor fata de dorn si fata de axa dornului, atunci cand axele dornulul si rolei sunt in acelasi plan (α_s = 0); evident, α= α_m - 2 α_r ; α_s=φ - unghiul de serviciu al rolelor, respectiv unghiul de inclinare al axei fata de axa dornului

b)          fiind impiedicata (de catre elementul de tip PT) deformarea in directie radiala (r) a elementului tubular, peretele elementului tubular fi strivit intre rolele de mandrinare si suprafata orficiului conjugat, ceea ce inseamna ca materialul elementului tubular va putea curge numai in directie inelara si longitudinala (t si respectiv l in fig. 8 e) ;

c)          evident, curgerea in directie longitudinala nefiind ingradita, ea se va solda cu o anumita lungire a elementului tubular ;

d)         in schimb, curgerea inelara neputandu-se manifesta intru-totul ca atare, deoarece lungirea conturului periferic este impiedicata de peretele orificiului din placa tubulara, se va ajunge la aparitia unor noi eforturi unitare radiale, care vor afecta direct rezistenta mecanica si etanseitatea imbinarii, determinand strangerea elementului tubular in elementul de tip placa tubulara ;

e)          in conditiile submandrinarii, curgerea inelara a materialului elementului tubular va fi sub nivel optim ;

fig 8 Unele faze caracteristice ale mandrinarii mecanice :

a - introducerea libera a mandrinei in elementul tubular ; b - premandrinarea; c - mandrinarea propri-zisa; d - profilul interior transversal al elementului tubular in timpul mandrinarii si dupa mandrinarea propriu-zisa; e - epura presiunii instantanee de contact p₂ in timpul mandrinarii mecanice; f - amprenta liniilor de curgere; g - modelul formarii liniilor de curgere pentru elementul tubular; 1 - elementul de tip PT; 2 - elementul tubular mandrinat; 3 - dornul; 4 - rolele; 5 - rotirea (cu avans longitudinal) a dornului; 6 - rotirea (cu avans radial) a rolelor; 7 - rostogolirea rolelor; 8 - suprafata interioara a elementului tubular; 9 - epura presiunilor de contact p₂; 10 - liniile de curgere si amprentele corespunzatoare (evidentiate prin slefuire)

f)           in conditiile supramandrinarii, in peretele elementului tubular se vor dezvolta eforturi unitare normale inelare maxime, insa datorita grosimii de perete s prea diminuate, forsa de strangere - care este aproximativ proportionala cu S - va fi mai mica decat cea optima.

In zona orificiului din elementul de tip placa tubulara, care face obiectul mandrinarii, in afara eforturilor unitare radiale, apar si eforturi unitare tangentiale, corespunzatoare unor puternice solicitari de rasucire - lunecare. Esantioanele prelevate din zona compacta de deformare reziduala, respectiv cu ecruisaj, a elementului de tip placa tubulara, lustruite si apoi privite la microscop, au evidentiat liniile de curgere corespunzatoare, care pornesc de la conturul orificiului si care se aseamana cu niste spirale logaritmice (fig. 8 f).

Dealtfel, un model al formarii liniilor de curgere se poate imagina si pentru elemente tubulare, in etapa premandrinarii, asa cum se exemplifica in fig. 8 g.

Sintetizand, rezulta ca cei mai importanti parametri tehnologici ai mandrinarii mecanice sunt urmatorii:

viteza de mandrinare si, deci frecventa de rotatie a dornului mandrinei n, respectiv avansul dornului;

jocul de montaj δ₀;

duritatea H a materialelor elementului tubular si placii tubulare, respectiv variatiile de duritate sau de alte caracteristici mecanice corespunzatoare diferitelor etape ale procesului de mandrinare;

calitatea si, deci starea fizica a suprafetelor de contact element tubular - placa tubulara;

adancimea de mandrinare b;

campul dimensiunilor si variatia acestora in timpul mandrinarii, respectiv cresterea diametrului interior d₁ al elementului tubular si modificarea concordata a diametrelor orificiului d₀ si zonei plastice D_p, subtierea de perete s si lungimea l a elementului tubular, marimea deformatiilor radiale si inelare etc. ;

momentut cuplului de mandrinare M_m aplicat dornului.

6 Calitatea suprafetelor de contact

Suprafetele de contact se recomanda sa se prelucreze cu masini prin aschire si nu prin polizare pentru a nu se devia de la concentricitatea tevii. Pe suprafetele de contact se admit rizuri si rugozitati circulare ramase de la prelucrare, nu se admit rizuri si rugozitati longitudinale. Rizurile si rugozitatile circulare maresc rezistenta la etanseitatea imbinarii, pe cand rizurile longitudinale micsoreaza etanseitatea imbinarii. Nu se admit crapaturi, fisuri, exfolieri de material, rupturi sau impuritati pe suprafetele care vin in contact.

Se intelege usor ca in procesul mandrinarii mecanice, mai intai vor intra nemijlocit si distinct in contact cele mai ridicate varfuri ale microneuniformitatilor suprafetelor conjugate, proeminentele respective preluand, deci, intreaga apasare incidenta. Suprafata contactului efectiv incipient nefiind mare, evident, este inevitabila aparitia deformatiilor plastice de aplatizare a unora dintre varfurile in cauza, pe masura apropierii suprafetelor element tubular - placa tubulara crescand, in mod corespunzator, ponderea microproeminentelor participante la contactul direct. Cand apasarea specifica, care revine intregii suprafete efective, va deveni mai mica decat cea necesara pentru deformarea plastica a accidentelor de relief proeminente, aplatizarea varfurilor distincte ale microneunifirmitatilor va inceta.

7 Viteza de mandrinare

Mandrinarea se face incet si fara intreruperi, cu turatie redusa si apasare puternica. Mandrinele actionate puternic sau pneumatic vor avea turatia de cel mult 30 - 40 rot/mm. La atingerea apasarii maxime de 800 - 1200 kgf/rola, un dispozitiv automat opreste mandrinarea. Imbinari de buna calitate se realizeaza prin mandrinare cu mandrine actionate electric cu dispozitive de supraveghere a sarcinii de apasare a rolelor si de decuplare automata.

Astazi se stie ca un anumit grad de evazare si deci, de mandrinare mecanica se poate realiza, intr-un timp mai lung sau mai scurt, prin corelarea experimentala a deplasarii axiale, respectiv avansului longitudinal si frecventei de rotatie a dornului. Pentru acelas grad de mandrinare, cu marirea avansului, longitudinal al dornului, adica cu cresterea apasarii radiale, la o singura rotatie si cu diminuarea frecventei de rotatie n, deformatiile remanente se accentueaza pentru placa tubulara si devin mai putin intense pentru elementul tubular. De aici rezulta ca, intrucat calitatea imbinarilor prin mandrinare se asigura determinant de catre existenta deformatiilor reziduale ale elementului tubular, procesul mandrinarii mecanice trebuie desfasurat cu avans longitudinal, pe rotatie minim, marindu-se in mod corespunzator turatia de serviciu n a dornului.

Insa, o diminuare exagerata a avansulul longitudinal al dornului se poate solda cu scaderea ireversibila si iremediabila a indicatorilor calitativi ai imbinarilor prin mandrinare, deoarece:

a)          un avans prea mic poate insemna o apasare radiala asa de redusa, incat, transmiterea ei prin intermediul grosimii de perete s→s"→s' este neglijabila si deci aderenta suprafetelor de contact element tubular - placa tubulara, care asigura etanseitatea imbinarii, devine precara;

b)          deformarea remanenta considerabila a elementului tubular, pe seama nerealizarii deformarii corespunzatoare a placii tubulare, atrage dupa sine micsorarea rezistentei mecanice (la smulgerea prin tragere, impingere sau incovoiere, la rasucire, etc.) a imbinarii prin mandrinare.

Mandrinarea mecanica rapida conduce la rezultate calitative net superioare, fata de cea realizata cu viteze de mandrinare mici, si anume: rezistenta la smulgere sporita, etanseitate mai buna, un camp de deformatii mai favorabil atat pentru elementul tubular cat si pentru placa tubulara.

8 Jocul de montaj

Rezistenta la smulgere a imbinarilor realizate prin mandrinare mecanica, scade notabil cu cresterea jocului de montaj δ₀. Acest efect defavorabil a fost explicat pe seama ecruisarii materialului elementului tubular in etapa premandrinarii, care, determinand cresterea caracteristicilor mecanice corespunzatoare, diminueaza, in aceea masura aderenta elementului tubular la peretele orificiului din placa tubulara. Atunci cand jocul este mare apar dificultati privind centrarea corecta a elementului tubular in orificiul din placa tubulara, rezultand dezaxari si, deci mandrinari incomplete.

Asadar, jocul de montaj trebuie sa fie minim si valoarea sa corespunzatoare trebuie sa fie determinata din conditia introducerii libere a elementului tubular in orificiile din element sau structura de tip placa tubulara. Evident, este preferabil ca alegerea din punct de vedere dimensional a elementulul tubular sa fie facuta dupa orificiu, prin masurari geometrice adecvate de selectie si corelare. Cu cat δ₀ este mai mare, cu atat mai indelungata este si durata executarii unei imbinari prin mandrinare, consumul energetic sporind sensibil.

Pentru acelasi joc de montaj δ₀ calitatea executiei si rezistenta mecanica ale imbinarilor prin mandrinare depind mult de duritatea elementelor tubulare mandrinate.

Jocul maxim admisibil este de 2% din diametrul exterior al tevii. Valorile admisibile ale jocului tevii in locas sunt prezentate in tabelul 2:

Tabelul 2

9 Petrecerea in bordurarea capetelor de elemente tubulare

lnfluenta petrecerilor capetelor elementului tubular este sensibil favorabila daca ele sunt bordurate, rezistenta si etanseitatea imbinarilor prin mandrinare crescand mult in asemenea conditii. Petrecerea este mai avantajoasa numai atunci cand ea este bordurata (rasfranta) chiar la marginea orificiului din placa tubulara. Daca bordurarea nu se executa corect, evident, atunci rezistenta la smulgere corespunzatoare petrecerii nu se mai insumeaza cu cea datorita mandrinarii elementului tubular si se va manifesta ca atare numai si abia dupa deteriorarea imbinarii prin mandrinare, cand, datorita smulgerii, elementului tubular isi va incepe deplasarea axiala.

Concluzii privind influenta petrecerii bordurate a capetelor elementelor tubulare mandrinate:

a)          pentru o aceeasi inaltime a petrecerii a, rezistenta imbinarilor prin mandrinare cu petrecere rasfranta este cu atat mai insemnata cu cat unghiul de bordurare este mai mare;

b)          bordurarea efectuata nu la nivelul frontal al placii tubulare, ci in adancimea (2 mm) orificiului din placa tubulara pe sanfren, asigura insumarea capacitatilor de rezistenta la smulgere ale elementului tubular mandrinat si petrecerii rasfrante;

c)          la limitele valorii a [3,5] mm, utilizabile in practica, inaltimea petrecerii bordurii nu are o influenta apreciabila asupra capacitatii portante a imbinarilor prin mandrinare, insa complica mult executia lor;

d)         valoarea fortei de smulgere, depinde determinant de diametrul maxim al petrecerii rasfrante, a carui marime se coreleaza cu unghiul de bordurare si cu inaltimea bordurii corespunzatoare;

e)          limita practica de bordurare a petrecerii este impusa de posibilitatea rasfrangerii elementului tubular de la diametrul initial pana la cel final, fara manifestarea unor efecte distructive (fisurari, crapari, plesniri, ruperi, etc.);

f)           principiul fizic al rezistentei la smulgere a petrecerii bordurate → asa numita tragere prin orificiu, cu care ocazie, capatul rasfrant al elementului tubular este adus - prin comprimare multidirectionala - la dimensiuni transversale comparabile cu cele initiale.

O petrecere bordurata, executata corect, inlocuieste cu deplin succes, renurile, daca imbinarea prin mandrinare in discutie nu este solicitata la compresiune axiala. Bordurarea se realizeaza tot cu ajutorul mandrinei care are un dispozitiv de mandrinare cat si de bordurare.

10 Adancimea de mandrinare

Atunci cand adancimea de mandrinare b creste de la 14 mm pana la 300 mm si apoi pana la 50 mm, efortul unitar corespunzator rezistentei imbinarilor prin mandrinare creste de la 6,5 N/mm² pana la 10,5 N/mm² si apoi la numai 10,9 N/mm².

Se recomanda ca valoarea maxima a adancimii de mandrinare sa fie mm si se apreciaza ca, pentru b>60 mm, se depaseste fie pragul elastic al elementului tubular, fie capacitatea portanta a elementului tubular. O valoare excesiv de mare a adancimii de mandrinare b conduce la imbinari prin mandrinare inutil de scumpe si cu fiabilitate indoielnica, datorita dificultatilor de executie si riscurilor de desprindere element tubular - placa tubulara.

11 Momentul cuplului de mandrinare

In forma sa generala, momentul cuplului de mandrinare, respectiv momentul cuplului motor, aplicat la dornul mandrinei, are urmatoare expresie de calcul:

de unde rezulta:

a)          pentru in KW si n in rot/min, intrucat C=9740:

b)          pentru in KW si n in rot/s, intrucat C=584400:

c)          pentru in W si n in rot/min, intrucat C=9740000:

d)         pentru in W si n in rot/s, intrucat C=584400000:

Puterea totala N, consumata pentru mandrinarea mecanica, include doua componente:

• puterea de premandrinare N_p, consumata pentru evazarea ET in vederea eliminarii jocului δ₀, deci pana la atingerea locasului din PT
• puterea de mandrinare N_m, consumata la mandrinarea propriu-zisa.

12 Gradul de mandrinare

Aprecierea calitatilor imbinarilor prin mandrinare, atat din punct de vedere al etanseitatii cat si din cel al rezistentei, s-a facut, de cele mai multe ori, prin intermediul gradului de mandrinare, considerat multa vreme ca un indicator calitativ unic al mandrinarii mecanice.

Gradul de mandrinare se apreciaza cantitativ prin deformatia reziduala totala a elementului tubular si locasului din placa tubulara, respectiv prin subtierea ireversibila s a peretelui elementului tubular si cresterea d₀ al orificiului din placa tubulara (fig. 9), masurate sau evaluate din momentul care marcheaza sfarsitul premandrinarii si, deci, inceputul mandrinarii propriu-zise.

fig. 9 Schema de calcul pentru gradul de mandrinare

1 - elementul tubular inainte de mandrinarea mecanica; 2 - elementul tubular evazat dupa mandrinarea mecanica; 3 - conturul locasului din elementul de tip PT inainte de mandrinarea mecanica; 4 - conturul locasului din elementul de tip PT dupa mandrinarea mecanica.

Nota: Pentru a se simplifica figura, deplasarile au fost grupate in partea superioara.

Asadar, gradul de mandrinare exprima evazarea suplimentara a elementului tubular in cea de-a doua etapa a mandrinarii mecanice, care are urmatoarea valoare:

Prin definitie gradul de mandrinare se exprima in procente si se calculeaza cu fomula:

sau

Pentru mandrinarea mecanica a fasciculelor tubulare ale aparatelor de schimb de caldura navale, gradul de mandrinare are urmatoarea expresie:

de unde se obtine:

rezultand:

Imbunatatirea calitatii imbinarilor prin mandrinare depinde determinant de perfectionarea si obiectivitatea mijloacelor de control utilizate pentru supravegherea procesului de mandrinare mecanica, respectiv pentru urmarirea parametrilor corespunzatori. Unul dintre acestia din urma este evazarea diametrala instantanee, care, masurata cu precizie in orice moment, ingaduie determinarea corelata si deci, controlarea valorii instantanee a gradului de mandrinare.

Pentru un grad de mandrinare H dat in procente, subtierea s, de asemenea in procente, a peretelui elementului tubular mandrinat, poate fi determinata cu relatia:

Gradul de mandrinare optim poate fi cuprins intre (0,5 - 1,2) %. Valorile mai mari, spre 1,2, ale gradului de mandrinare corespund tevilor cu pereti mai grosi, iar valorile spre 0,5 corespund tevilor cu pereti mai subtiri. Valori mai mari decat ne indica o mandrinare incompleta, in care gradul de etansare este redus din cauza deformarii insuficiente - plastice a tevii si elastice a peretilor gaurii.

13 Raportul dintre calitatea materialului tevii si a materialului placii.

Calitatea materialului este reprezentata prin limita de curgere, care ne poate indica in ce masura putem realiza o imbinare sigura si rezistenta prin mandrinare.

Daca limita de curgere dupa mandrinare a materialului tevii este mai mica decat limita de curgere a materialului placii tubulare, cu 3 - 5 bar se realizeaza o etansare buna. Cu cat diferenta este mai mare, rezistenta si etansarea imbinarii scad.

14 Pregatirea tevilor si a gaurilor pentru mandrinare

Tevile din otel aliat, inainte de utilizare se verifica privind calitatile mecanice si compozitia chimica a materialului.

Aspectul tevii se verifica atat la exterior cat si la interior. Nu sunt admise: crapaturi, fisuri, stratificari, exfolieri si rizuri longitudinale. Tevile necorespunzatoare nu se utilizeaza.

Lungimea tevii se alege astfel incat sa asigure o depasire a suprafetei de imbinare numita lungime libera fig. 1.33, care sa aiba valorile din tabelul 1.14.

Planul de taiere al capatului tevii va fi perpendicular pe axa ei cu o abatere admisibila de 2% din diametrul exterior. Fixarea tevii pentru taiat se face in asa fel, incat sa nu se ovalizeze prin strangerea in menghina sau in alt dispozitiv de prindere.

Recoacerea capetelor de teava. In vederea maririi plasticitatii capetelor de teava, acestea se recoc inainte de mandrinare. In cazul cand tevile se livreaza cu capetele recoapte, nu se mai recoc. In cazul cand teava mai trebuie scurtata, la partea de unde s-a inlaturat surplusul din lungime se recoace.

Pentru recoacere, capetele de teava se incalzesc 10÷15 minute pe o lungime de 200÷300 mm la temperatura de 550÷600°C, cu un combustibil cu continut redus de sulf. Incalzirea trebuie sa fie uniforma, iar racirea se face in aer linistit.

Pregatirea capetelor de teava. Capetele de teava dupa recoacere se curata la luciu metalic pe o lungime ce depaseste cu cca 50 mm suprafata interioara a locasului de imbinare. Pe suprafata curatata se admit rugozitati sau rizuri circulare, nu sunt admise rizuri longitudinale, adancituri, crapaturi, fisuri, exfolieri de material, modificarea formei circulare a sectiunii tevii sau reducerea grosimii peretelui sub limitele admisibile.

Pregatirea locasului de teava. Locasul de teava trebuie sa aiba o forma cilindrica coaxiala cu teava. Peretele gaurii se curata la luciul metalic. Nu sunt admisibile defecte de suprafata cu adancituri sau rizuri longitudinale, fisuri, rupturi, etc. Abaterile admisibile ale diametrului locasului in comparatie cu diametrul tevii sunt indicate in tabelul 3.

Tabelul 3

Pentru verificarea diametrului gaurii, se utilizeaza sabloanele din tabla. Sablonul are doua diametre, respectiv diametrul maxim admisibil si diametrul minim admisibil, conform cu datele din tabelul 1.15.

In cazul cand diametrul gaurii este mai mic decat diametrul minim admisibil, gaura se alezeaza. Daca diametrul gaurii este mai mare decat diametrul maxim admisibil, gaura se bucseaza sau se mareste diametrul tevii. In cele mai multe cazuri se mareste diametrul tevii, operatie ce se efectueaza la cald cu dornuri speciale.

15 Criterii de apreciere calitativa

Controlul calitativ si examinarile corespunzatoare, referitoare la mandrinarea mecanica a elementelor tubulare in structurile sau elementele de tip placa tubulara, este necesar sa fie efectuate atat pe parcursul desfasurarii procesului tehnologic de mandrinare, in ambele sale etape (premandrinarea si mandrinarea propriu-zisa), cat si la finele acestuia.

Controlul evolutiei regimurilor de mandrinare mecanica se poate realiza fie prin impunerea parametrilor de sarcina (presiunea de mandrinare, momentul cuplului motor, etc.), care se transmit elementului tubular deformat, placii tubulare si/sau dispozitivelor de deformare (mandrinelor), fie prin masurarea si evaluarea continua sau intermitenta a starilor geometrice corespunzatoare, adica a modificarilor dimensionale ale elementului tubular si ale placii tubulare. In final calitatea imbinarilor prin mandrinare se poate verifica numai prin evaluari geometrice concludente, corelate cu incercari si examinari nedistructive corespunzatoare.

Deoarece mandrinare mecanica este un procedeu de imbinare semidemontabila prin strangere, drept criterii principale si primordiale de apreciere calitativa, vor fi considerati parametrii geometrici, mecanici sau energici prin intermediul carora se poate caracteriza strangerea.

Calitatea mandrinarii mecanice si cea a imbinarilor prin mandrinare,    respectiv rezistenta mecanica si etanseitatea acestora din urma, se apreciaza prin intermediul urmatorilor indicatori calitativi: gradul de mandrinare H si momentul cuplului de mandrinare M_m.

Valorile acestora din urma, pentru a se obtine cea mai buna calitate a mandrinarii si cele mai inalte performante de rezistenta mecanica si etanseitate ale imbinarilor prin mandrinare, se numesc optime, ele corespunzand indicatorilor calitativi optimi H_opt, M_{m opt}.

16 Calculul gradului de mandrinare pentru imbinarile efectuate la vaporizatorul convectiv

Diametrul exterior al tevii: d_e=80 mm

Diametrul interior al tevii: d_i=70 mm

Jocul de montaj: δ₀= 0,5 mm

Diametrul tevii dupa mandrinare: d'_i =71 mm

Diametrul orificiului din placa tubulara: d₀=80,8 mm

Grosimea peretelui elementului tubular: mm

Gradul de mandrinare pentru schimbatoarele de caldura navale se calculeaza cu relatia :

%