Гибка сварных труб: ориентация шва, ТМЗ и контроль качества

Сварная труба при гибке ведёт себя иначе, чем бесшовная: по окружности появляется «особое место» — продольный шов и прилегающая к нему зона термического влияния. В этой полосе металл уже прожил отдельную историю нагрева, охлаждения, структурных изменений и локальной неравномерности пластичности. Если при гибке шов попадает в неблагоприятную позицию относительно растяжения/сжатия, дефекты проявляются быстро: от микротрещин и надрывов до гофрообразования и нестабильной овальности.

Практика показывает: качество гиба сварной трубы почти всегда определяется не «красотой дуги», а тем, где находится шов и как вы контролируете его состояние до и после операции. Ниже — инженерная логика: что происходит со швом на дуге, как выбирать ориентацию и по каким признакам принимать результат.

Если для вашего изделия критичны овальность и сохранение проходного сечения, чаще всего рационально сразу рассматривать дорновую гибку труб: дорн стабилизирует форму, снижает риск складок и делает поведение шва более предсказуемым.

Что происходит со швом на дуге

Зона термического влияния и потеря пластичности

Под «ТМЗ» в прикладной среде часто имеют в виду термически модифицированную полосу вокруг шва (по сути — зона термического влияния, где свойства отличаются от основного металла). В зависимости от марки стали, режима сварки и последующей термообработки здесь могут наблюдаться:

• локальный рост твёрдости и снижение вязкости (риск хрупкого разрушения при растяжении);
• разная текучесть по обе стороны шва (неравномерная деформация по окружности);
• остаточные напряжения, которые при гибке «складываются» с напряжениями от формоизменения.

При гибке труба работает по классике сопротивления материалов: на внешнем радиусе дуги волокна растягиваются, на внутреннем — сжимаются, между ними есть нейтральный слой. Проблема в том, что шов с прилегающей ТМЗ не всегда одинаково способен «тянуться» и «сжиматься» так же, как основной металл.

Риски разрыва на внешнем радиусе

Если шов или его ТМЗ оказываются ближе к наружной стороне дуги (зона растяжения), вероятность надрыва резко растёт. Типовой сценарий: внешняя поверхность выглядит ровной, но вдоль шва появляется тонкая продольная трещина или «раскрытие» по границе металл/шов. Причины обычно комплексные:

• пониженная пластичность ТМЗ + высокий локальный коэффициент растяжения;
• концентрация напряжений на переходах усиления шва/подрезах;
• неправильно выбранный радиус гиба (слишком «крутая» дуга для данной толщины/диаметра);
• недостаточная стабилизация сечения (дорна/оправки нет, прижимы не удерживают форму).

Показательный ориентир для оценки «жёсткости» задачи — относительная деформация по наружному волокну. В упрощённом виде её часто оценивают как ε ≈ D/(2·R), где D — наружный диаметр, R — радиус гиба по оси трубы. Это не норматив и не заменяет расчёта по конкретной технологии, но помогает быстро понять, почему при уменьшении радиуса риск трещин по шву растёт нелинейно.

«Гофра», если шов ушёл внутрь

Когда шов попадает в зону сжатия (внутренний радиус дуги), доминирует другая опасность — локальная потеря устойчивости стенки и образование складок («гофры»). Компрессионная сторона всегда склонна к морщинообразованию, но шов добавляет фактор неравномерной жёсткости: участок со швом и ТМЗ может «сжиматься» иначе, чем основной металл, и складка формируется не симметрично, а «привязано» к шву.

Гофра в зоне шва — это не только эстетика. Она часто означает локальную концентрацию деформации, рост овальности и потенциальное снижение ресурса детали при вибрациях/циклических нагрузках. В изделиях, где важен проход (гидравлика/воздух), гофра фактически становится локальным дросселем.

Правильная ориентация шва

Шов «вбок» или «на 2 часа»: почему так

Цель ориентации проста: увести шов и ТМЗ от экстремальных зон растяжения и сжатия. На практике шов чаще всего располагают «вбок» — примерно на 90° к плоскости гиба, либо с небольшим уводом («на 2 часа», если смотреть на торец как на циферблат). Такая позиция приближает шов к области, где напряжения и деформации меньше, чем на вершинах наружного/внутреннего радиусов.

Важно понимать: «идеальной» универсальной позиции нет — она зависит от радиуса, технологии, толщины стенки, допуска по овальности и требований к шву. Но как базовая стратегия для большинства задач шов, смещённый в боковую четверть, даёт лучший баланс: меньше риск надрыва по наружной стороне и меньше склонность к гофре по внутренней.

Исключаем прохождение шва по вершине R

Самые проблемные положения — когда шов проходит по вершине наружного радиуса (максимальное растяжение) или по вершине внутреннего радиуса (максимальное сжатие). Даже при аккуратной настройке оборудования и качественном исходном шве это создаёт «точку отказа», особенно на малых радиусах и при повышенных требованиях к поверхности.

По этой причине в технологической карте разумно фиксировать запрет: «шов не должен попадать на вершины зоны R». Это правило простое, но именно оно чаще всего отличает стабильное серийное качество от ситуации, когда каждая партия «живёт своей жизнью».

Маркировка и фиксация баз перед гибкой

Ориентация шва — это не пожелание, а контрольный параметр. Чтобы он не «потерялся» между заготовительным участком и гибкой, обычно делают три вещи:

• маркируют линию шва по длине заготовки (краска/кернение по технологии, без повреждения металла);
• задают базовую риску относительно шва (например, «шов = 90° от базы») и отражают это в карте наладки;
• фиксируют проворот в оснастке: упоры, прижимы, призмы, а при сложных деталях — простые кондукторы, исключающие «самопроизвольное» смещение на старте гиба.

При гибке круглой трубы особенно критично, чтобы проворот не произошёл в первые секунды: именно там закладывается геометрия сечения и распределение деформаций по окружности.

Контроль и приёмка сварных труб

Визуальный/дефектоскопический осмотр шва

Минимальный уровень контроля после гибки — визуальный осмотр шва и прилегающей зоны на наружной и внутренней стороне дуги. Обращают внимание на:

• продольные микротрещины, раскрытия, «ступеньку» по границе шва;
• подрезы и поры, которые до гибки могли быть «нейтральными», а после — стали концентратором;
• локальные вмятины/заломы в зоне прижимов (особенно опасны, если совпали со швом).

Если изделие несёт ответственность (давление, вибрации, несущие элементы), одного «глазомера» недостаточно. Тогда применяют дефектоскопию по назначению: капиллярный контроль для поверхностных трещин, магнитопорошковый для ферромагнитных сталей, ультразвуковой или вихретоковый — когда требуется оценить непрерывность и однородность шва без разрушения. Выбор метода привязывают к материалу и классу ответственности, а критерии — к вашему ГОСТ/ТУ/чертежу.

Проверка овальности и угла в зоне шва

Для сварной трубы важно проверять геометрию именно в зоне шва, а не «где удобнее». На практике снимают размеры в нескольких сечениях: до начала дуги, на дуге (в 2–3 точках) и после дуги, фиксируя положение шва в каждом сечении.

Овальность удобно считать формулой: O = (D_max − D_min) / D_ном × 100%. Пример: если после гибки D_max=50,6 мм, D_min=49,2 мм, D_ном=50,0 мм, то O = (1,4/50,0)×100% = 2,8%. Дальше сравниваете с допуском чертежа/ТУ. Ключевой момент: даже «нормальная» средняя овальность может скрывать локальный провал именно на шве — поэтому измерение должно быть привязано к ориентации.

Отдельно контролируют угол и стабильность радиуса: если шов попал в неблагоприятную позицию, труба может «вести» дугу — появляется небольшая скрутка или уход по плоскости. На сборке это превращается в конфликт баз и дополнительную подгонку.

Когда допустима локальная правка

Локальная правка после гибки возможна, но с оговорками. Допустимость определяется тем, что именно исправляют и где находится шов:

• если нужно убрать небольшую овальность — используют калибровку и мягкую правку по оснастке, избегая точечных ударных нагрузок по шву;
• если требуется корректировка угла — предпочтительнее контролируемая доводка на оборудовании, а не «дожим в тисках»;
• если выявлены трещины/раскрытия по шву — правка обычно не решает проблему, потому что дефект уже означает потерю сплошности; корректный путь — анализ причины (ориентация, радиус, режимы) и изготовление новой детали.

Практический критерий здравого смысла: правка не должна создавать дополнительную пластическую деформацию именно в ТМЗ. Если вы вынуждены «переламывать» металл возле шва, риск скрытого дефекта становится выше, чем выгода от спасения детали.

В гибке труб сварные заготовки требуют дисциплины: фиксированная ориентация шва, предсказуемая технология (оснастка, прижим, стабилизация сечения) и контроль, привязанный к зоне шва. Именно это обеспечивает повторяемость — когда результат определяется настройкой процесса, а не удачей конкретной партии трубы.

Статья подготовлена инженерами МСК МЕТАЛЛ. Если вы пришлёте эскиз детали, материал, диаметр/стенку и требования по овальности/поверхности, можно заранее выбрать правильную позицию шва и технологию гиба, чтобы не «ловить» дефекты уже на приёмке.