Оборудване за рязане на тръби

• Независимо на каква последваща операция подлежи даден тръбен елемент, първата стъпка при подготовката му традиционно е рязането
  
  
• С налагането на нови типове стомани, композити, твърди и труднообработваеми материали и сплави възниква необходимост от оборудване за рязане на тръби с повишени експлоатационни възможности
  
  
• В духа на четвъртата индустриална революция производителите на специализирани машини за рязане на тръбни елементи влагат във всяко следващо поколение системи все по-иновативни и съвременни технологии

Независимо дали даден тръбен елемент с определена дължина и диаметър подлежи на последващо шлифоване, полиране, огъване, формоване, пробиване, резбонарязване, заваряване, разклоняване, съединяване, нанасяне на покритие или пък друга операция, първата стъпка при подготовката му традиционно е рязането. И макар технически средства за рязане на тръби да се използват за улесняване на процеса отдавна, най-модерните машини на пазара са далеч по-усъвършенствани от предшествениците си – по-бързи, надеждни, производителни, прецизни, интелигентни и автоматизирани.

Технологичното развитие в сегмента е колкото естествен, толкова и провокиран от паралелния прогрес при инженерните материали процес. С налагането на нови типове стомани, композити, твърди и труднообработваеми сплави, както и такива със специални свойства и характеристики възниква необходимост от оборудване за рязане от ново поколение, което покрива непрекъснато нарастващите изисквания за точност при размерите, допуските и геометриите, ефективност и рентабилност. Само при стоманите например достъпните днес класове са над 3500, като сред тях има специални инструментални, високоякостни, нисколегирани, двуфазни, пластични и други типове модификации, голяма част от които са подходящи за изработка на тръби.

В духа на четвъртата индустриална революция производителите на специализирани машини за рязане и обработка на тръбни елементи влагат във всяко следващо поколение продукти все по-иновативни и съвременни технологии, включително усъвършенствано програмно управление, интелигентни сензори, комуникационни и мрежови компоненти, платформи за непрекъснат мониторинг, диагностика, прогнозна поддръжка, оптимизиране на работните процеси и др. Много от системите в сегмента позволяват и едновременно или последователно извършване на допълнителни или спомагателни към рязането операции, като формоване, изтъняване, пробиване, резбоване и т. н.

Пазарно и технологично развитие

Според актуални маркетингови прогнози глобалният пазар на оборудване за рязане на тръби се очаква да достигне 460 млн. щатски долара до 2026 г. (от 338 млн. долара през 2019 г.) Сред основните причини за устойчивия ръст на този пазарен сегмент през последните години са множеството ползи за производствените предприятия, които автоматизираното оборудване осигурява като аналог на ръчната обработка на тръби посредством специализирани инструменти. Сред основните фактори, стимулиращи ръста на световния пазар на оборудване за рязане на тръби, са нарастващите по брой и мащаб проекти в нефтения и газов сектор, които генерират увеличено търсене на стоманени тръби за конструирането на газопроводи, нефтопроводи, технологични съоръжения за добивни платформи, рафинерии, преработвателни и производствени комплекси в отрасъла и др.

Тенденциите по посока урбанизация и индустриализация водят до значителен ръст в търсенето на метални тръбни изделия, детайли и конструкции за секторите на инфраструктурата, водоснабдяването, канализацията, ОВК, строителството, транспорта, промишлеността и др. Паралелно с това расте и пазарът на оборудване за обработка на метални (стоманени, медни, алуминиеви и др.) и неметални (пластмасови – от PVC, PP, HDPE и др., керамични, от фибростъкло и т. н.) тръби. Все по-използвани в различни индустриални и комунални приложения са пластмасовите тръби, които осигуряват множество предимства във връзка с по-малкото си тегло, по-достъпните си цени, неподатливостта си на корозия, възможностите за по-лесно и бързо рязане и обработка и др.

Специализирано оборудване – изцяло, полуавтоматични и ръчни машини, системи и инструменти, се използва за различни операции, като рязане на тръбни сегменти с определена дължина, пробиване, подготовка за заваряване, маркиране, монтажни и ремонтни дейности и т. н. На съвременния пазар се предлага богато разнообразие от различни по технология, задвижване, принцип на работа, точност и капацитет варианти и модели, подходящи за потребностите на предприятия и организации с различен мащаб – от ВиК дружества, малки цехове за производство на тръбни изделия и конструкции и мебелни фабрики до гигантски промишлени производства, включително машино-, автомобило- и корабостроителни заводи, химически комбинати, рафинерии и др. Сред основните типове машини за рязане на тръби според задвижването са електрическите, пневматичните и хидравличните системи.

Все по-търсени в прецизни приложения са специализираните металорежещи машини за тръби с ЦПУ. На практика колкото по-точен е един срез, от толкова по-малко довършителна обработка се нуждае отрязаният тръбен сегмент преди последващи операции като съединяване, монтаж на арматура, заваряване и др.

Значително са нараснали изискванията за прецизност и качество на рязането и поради факта, че все повече производители на тръбни конструкции използват роботизирано оборудване за заваряване, а роботите не толерират големи допуски при дължините, ъглите на разреза, размерите и крайното качество на повърхностите. Ето защо и самите машини за рязане на тръби разполагат с усъвършенствани възможности за програмиране и управление на процеса, за да покриват строгите спецификации за точност и повторяемост при заварките, които налагат индустриалните роботи.

Популярни методи за рязане и технологични подобрения

Най-общо технологиите за рязане на тръби се подразделят на два типа – студени и горещи. Студените включват абразивно или механично разрязване посредством специални машини, остриета и приспособления – банцигови ленти, лентови или циркулярни триони, абразивни дискове, прес-ножици, гилотини и др. Както подсказва наименованието на тези методи, при тях не се използва топлина или целенасочено генериране на искри за нарушаване на целостта на тръбата. Това ги прави подходящи за прилагане например в редица опасни и потенциално експлозивни среди, например в химическата индустрия. Контролът на триенето и загряването в контактната зона между режещия инструмент и тръбата се гарантира посредством специални смазочно-охлаждащи флуиди.

В допълнение към съображенията за безопасност редица цехове и предприятия избират оборудване за студено рязане на тръби поради факта, че традиционно изисква по-ниска инвестиция в сравнение с машините за гореща обработка. Процесът е сравнително лесен и бърз и в голям процент от случаите и в зависимост от изискванията на приложението – сравнително прецизен.

В зависимост от типа задвижване най-популярни на пазара са пневматичните и хидравличните тръбоотрезни машини. Наличните варианти в сегмента се различават още по капацитета и максималния диаметър на обработваните тръби.

Във високообемните производства в категорията оборудване за студено рязане се използват все повече изцяло автоматизирани лентоотрезни и дискоотрезни машини. Строгите изисквания за прецизни 90-градусови разрези, които не налагат допълнителна обработка преди следващия етап, могат да бъдат покривани единствено чрез високоавтоматизиран и компютърно оптимизиран процес.

Сериозни подобрения във връзка с все по-голямата издръжливост на опън на материалите се наблюдават при работните скорости на тези системи.

Използваните масово преди десетилетие машини с капацитет да режат по около 130 – 140 м в минута днес отстъпват място на модели, които постигат повече от 200 м/мин. при материали, с до 30% по-издръжливи на опън от предшествениците си. Такъв е случаят например в автомобилостроенето, посочват експертите.

Масово прилаганите инструменти с общо предназначение, например от металокерамика, постепенно се изместват от персонализирани инструменти, специално разработени за даден материал или приложение в производството. Все по-масово се търсят например твърдоспавни алтернативи със специални покрития, по-голяма здравина на зъбите и по-висока температурна устойчивост, която им позволява да режат по-твърди материали при по-високи скорости. На пазара се предлагат покрития, които гарантират устойчивост на лентовите триони при температури до 900 градуса.

Друга стратегия за покриване на изискванията за по-високоскоростно рязане, подходяща за специални класове стомани с по-висока твърдост, е промяната на ъгъла на захождане на инструмента.

Сред популярните методи за студено рязане на тръби в съвременните цехове остава и абразивното водно рязане, препоръчително отново за приложения, при които не се допуска използването на топлина или генерирането на искри в процеса с оглед на изискванията за безопасност в експлозивни среди.

Развитие при оборудването за горещо рязане

Широко използваните методи за горещо рязане на тръби в модерните производства се подразделят най-общо на три типа – газо-кислородно, плазмено и лазерно рязане. При първото резултатите до голяма степен варират във връзка с използвания технологичен газ, като технологията е предпочитана за приложения, които налагат рязането на материали с широк диапазон от дебелини – от 0,5 до 250 мм. Оборудването в тази категория традиционно изисква по-малка инвестиция в сравнение с останалите две, тъй като методът поначало се счита за по-икономичен. Предвид нарастващите изисквания за качество и прецизност непрекъснато се повишава и функционалността на машините в сегмента по посока автоматизация и цифрово управление на работния процес.

Предимства на оборудването за плазмено рязане са по-високите работни скорости, както и възможностите за обработка на материали с голяма дебелина с по-малко разходи. Тенденциите на технологично развитие в сегмента логично следват тези при останалите типове машини за рязане на тръби и генерално за металорязане и металообработка.

Значителни подобрения през последните години се наблюдават и при третия популярен метод – лазерното рязане, което позволява комбинация от бърза и прецизна обработка на материали със сравнително малки дебелини. Програмите за рязане се основават на идеални размери, но тръбните детайли рядко са абсолютно прецизни, а някои материали проявяват тенденция към усукване. Ето защо, за да гарантира максимална точност на рязането и да предотврати сблъсък между лазерната глава и детайла, машината трябва точно да определи действителната форма и позиция на тръбата и след това да я сравни с очакваните параметри, за да компенсира промените. Това изисква стриктно компютърно управление на процеса и висока степен на автоматизация. Системата за затягане обикновено е комбинирана със сензор, който осигурява непрекъснато наблюдение и спомага да се оптимизира траекторията на лазерната глава, за да се предотврати сблъсък. Някои от най-модерните конфигурации в сегмента разполагат с шест оси на управление и четири самоцентриращи се патронника за справяне с несъответствията в размерите на тръбите.

Сред подобренията при машините за лазерно рязане са и автоматизираните системи и многопозиционни магазини за зареждане на заготовки, които позволяват захващане и позициониране както на тръбен материал от сноп, така и на индивидуални детайли с определени размери, като е възможно редуване според работната програма. Налице са възможности и за автоматизирано разтоварване на готовите изделия, като целият процес подлежи и на роботизирано обслужване.

Лазерното рязане на тръби осигурява множество предимства в сравнение със студеното рязане с физически инструмент по отношение на крайното качество на повърхностите. В допълнение шлаката традиционно много по-лесно се събира и отстранява от процеса за разлика от металните стружки и стърготини при механична обработка.

Лазерните машини с ЦПУ разполагат с усъвършенствани функции за контрол на работните операции и позволяват не само прецизно вертикално рязане на тръбните сегменти, но и рязане под ъгъл, скосени разрези, изрязване на отвори, маркиране на детайлите и др. Липсата на механична сила, която провокира нарушаването на целостта на тръбата и в крайна сметка отслабва материала в краищата, позволява по-здрави и еднакво издръжливи на последваща обработка във всичките си сегменти тръбни детайли.

Значително предимство на съвременните лазерни машини за рязане на тръби е и усъвършенстваният софтуер за оптимизация на работния процес, който разполага с комплексни функции например за детекция на заварки чрез интегрирани в системата сензори и оптика.

Що се отнася до най-популярните технологии при лазерното оборудване за рязане, във все повече приложения се налагат високоефективните диодни лазери, които гарантират до над 40 – 45% по-висока енергийна ефективност в сравнение с CO2 лазерите и до 40% по-голяма плътност на мощността в сравнение с фиброоптичните лазери.