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精密焊管生产中几个关键技术问题

发布时间:2014.03.27     新闻来源:     浏览次数:

    一、 对原料材质的质量要求:

    精密焊管的原材料,除必须达到普通高频电焊钢管原材料的基本要求外,还须满足以下几方的要求:

    1  化学成份:

    冶炼时,重点是提高钢的纯净度,减少钢中的非金属夹杂物的含量,硫和磷含量要小于0.03%,为了适应后步冷变形加工,硫含量最好不要超过0.02%,因此要严格控制钢的化学成份。同时为保证产品具有良好的力学性能,冷弯、焊接等工艺性能,还需适当增加一些Nb、Ni、V等元素。

    2  钢带形状和尺寸:

    钢带轧制时,应采用AGC和板形控制系统,提高钢带厚度精度和板形精度。同时还要采用控制冷却方法,提高钢带的强韧性。纵剪钢带宽度尺寸精度要求要控制,钢带边缘要无压痕和毛刺,以提高焊接质量。

    3  钢带表面的锈蚀:

    钢带表面的黄锈为氧化铁的结晶水,在焊接过程中,高温会使其中的氧氢折出,如不能排出,存在于焊缝之中,易产生气孔微裂纹,改变组织结构,降低材料塑性,降低延伸率,所以要避免钢带表面锈蚀。

    二、  焊管成形工艺:

    焊管成形工艺,即焊管机组成形及定径部分孔型设计和调整方法均会直接影响焊接质量的优劣。传统的成形工艺为辊式成形工艺,有单半径,双半径;W反弯法成形孔型体系,加上二辊、三辊、四辊或五辊挤压辊,二辊或四辊定径来保证成形质量。此种传统辊式成形工艺,大都用于直径小于φ114㎜的焊管机组。美国的排辊成形工艺、奥钢联的CTA成形技术,日本中田的FF或FFX柔性成形技术等,对成形后的焊口形状和良好的表面质量都有较好的保证,适用于规格范围更广的焊管机组。各种成形工艺技术,有不同优缺点,适合不同的条件,根据产品大纲、产品用途应在设备选型时慎重考虑、以选择不同的成形工艺技术。

    为了减少弹性变形,对于精密焊管机组加工变形道次都比普通焊管道次相应增加2~3道次。在变形安排上,应减少初始时变形角度,保证稳定的咬入,中间弯形角度适当加大,后部变形适当减少,增加变形道次不仅仅是减少变形力,还可使带钢有释放表面应力的机会,让表面应力增加的梯度缓慢,可以避免出现裂纹。在调整过程中,首先应保证垂直中心线的各道次统一,以中心作为基轴,找准定位尺寸及中间套,在水平线的位置上,应按照工艺安排,形成上山线(下山线)平直线,不能出现曲线跳动。在没有穿带前,就应该调整好各机架的孔型形状,测量各道次尺寸,保证产品稳定进入各机架。在调整中要均衡受力,不可以在一个机架上强行变形,保证提升角稳定均匀变化。

    精密焊管生产中,控制并调整好焊管机组成型及定径机座设备积累误差和轧辊弹跳量是较陈旧的焊管机组也能生产精密焊管的关键。

    三、焊缝毛刺的形成和清除:

    通过高频电流集肤效应和邻近效应,电流集中在焊缝处加热至熔融状态,经挤压辊侧向加压焊接时,受挤压力作用,多余的金属和氧化物堆积于焊缝上部形成外表面毛刺;受挤压力和重力的共同作用,另一些多余金属和氧化物沿钢管轴线方向在内侧下垂形成内毛刺。

    毛刺宽度通常在0.5~3㎜左右,内毛刺高度是不均的,一般为0.2~0.6㎜。个别高度可达1㎜以上。外毛刺一般用刨削法清除,而内毛刺在钢管内空间小,清除技术难度增加。由于内毛刺的存在,当钢管再进行冷拔或冷轧精加工时,会在钢管内表面形成裂纹、折叠或划痕。因此对于精密焊管,不清除内毛刺就无法达到内表面质量要求,也无法进行后步工序加工。

    外毛刺清除装置有一把刨刀和二把刨刀型式,用一把刨刀要停机换刀,而用二把刨刀清除毛刺,换刀可不需停机。

    清除内毛刺技术难度大,由于去内毛刺的专用装置在钢管内部,工作环境很差,看不见,摸不到,它受到带钢精度、机组设备精度、成形工艺、焊缝形状等影响,往往得不到保证。国外资料报导,内孔在14㎜以上的焊管都可以去除内毛刺,实际上内孔25㎜以下的内毛刺清除就很困难了。国内技术一般在内孔50㎜以上较大直径的焊接钢管可以清除内毛刺。

    清除内毛刺,通常是在连续焊管生产线上清除,也可以采用离线方法清除。

    清除内毛刺方法,目前主要有以下几种方法:

    切削法:该方法是利用伸进管内固定刀刃或旋转切削头,对毛刺进行切削。

    辗压法:该方法是利用伸进管内的滚压装置,使内毛刺产生塑性变形,达到减薄内毛刺高度的效果。

    氧化法:钢管焊接开始时,用通气喷嘴向内焊缝喷射氧气流,利用焊缝焊接余热,使内毛刺加速氧化,并在气流冲出下脱落。

    拉拔法:钢管通过模具时,在浮动塞的环形刀刃作用下,清除钢管内毛刺。

    四、焊缝热处理:

    高频焊接钢管的焊接过程是在加热速度快和冷却速度高的情况下进行的,急剧的温度变化造成一定的焊接应力,焊缝的组织也发生变化,沿焊缝的焊接中心区域内组织是低碳马氏体和小面积的自由铁素体;过渡区域是由铁素体和粒状珠光体组成;而母体组织是铁素体、珠光体。因此钢管的性能由于焊缝处与母体金相显微组织差异,导致焊缝处强度指标提高,而塑性指标降低,工艺性能恶化。为了改变钢管使用性能,必须采用热处理来消除焊缝与母体金属的显微组织差异,使粗大的晶粒细化,组织均匀,清除在冷成形及焊接时产生应力,保证焊缝质量和钢管的工艺和力学性能,并使之适应后步冷加工序的生产要求。

    精密焊管热处理工艺,一般有两种:

    ⑴  退火 :主要是消除焊接应力状态和加工硬化现象,改善焊管的焊缝塑性。加热温度在相变点以下。

    ⑵  正火(常化处理):主要是改善焊管力学性能的不均匀性,使母体金属与焊缝处金属力学性能相接近,尽善金属显微组织、细化晶粒。加热温度在相变点以上某一点经过空冷。

    根据精密焊管不同的使用要求又可以分焊缝热处理和整体热处理。

    1焊缝热处理:又可分为在线热处理和离线热处理

    焊缝热处理:在钢管焊接后,使用一组中频条状感应加热装置在焊缝部位沿轴向进行热处理,经空冷和水冷后直接定径。此种方法仅对焊缝区加热,不涉及钢管基体,以改善焊缝组织,消除焊接应力为目标,无需固定加热炉。焊缝在长方形感应器下加热,该装置备有温度测定器自动跟踪装置,当焊缝偏转时能自动对中并进行温度补续,还能利用焊接余热,节约能源,其最大不足是加热区和非加热区温度差会导致明显的残余应力,而且作业线较长。

    2 整体热处理:又可分为在线热处理和离线热处理

    在线热处理:

    在钢管焊接后,使用二组或更多的中频环形感应加热装置,对全管进行加热,在短时间内加热至常化所需温度900~920℃,保温一定时间,空冷至400℃以下后正常冷却,使全管组织得到改善。

    离线的常化炉中热处理:

    焊管整体热处理装置有室状炉和辊底式炉,采用氮气或氢氮混合气体作为保护性气氛,来达到无氧化或光亮状态。由于室状炉的生产效率较低,目前通常使用辊底式连续热处理炉。整体热处理特点是:在处理过程中,管壁内不存在温度差,不会产生残余应力,加热和保温时间可以调节,适应较复杂的热处理规范,还可以用计算机进行自动控制,但辊底式炉设备复杂,操作费用较高。

    五、 无损检测:

    精密焊管制造过程中的各种缺陷,一般都能在生产中通过压扁、扩口或水压试验时发现,但也有部分缺陷,尤其是内在缺陷,目检难以发现和判断,但可能会在使用过程中或以后的冷加工时出现。因此在生产线上设置无损检测及时发现产品的缺陷是十分必要的。从焊管机组生产效率高的角度考虑,可避免产生批量性低质量焊管,对出厂成品质量及后步冷加工质量也能起到保证作用。

    用于钢管的无损检测有多种方法,焊接精密钢管常用的主要有超声波、涡流或漏磁探伤等。涡流探伤适用于金属材料的表面缺陷和接近表面的缺陷检测;漏磁探伤用于表面缺陷和一定深度的内部缺陷。超声波探伤能发现细长的缺陷,对焊缝顶部未焊透,潜藏的裂纹及焊缝中心热影响区伸展的裂纹能正确发现并确定其位置。通过无损探伤,检测焊管焊缝未焊透,未熔化、夹渣、气泡、收缩裂纹,内外表面的横向纵向条状和分层。

    无损探伤检查有两个层次,第一层次是放在定径段即在线探伤,作用是监测焊缝质量;第二层次是对成品钢管的无损检测,要求对全管进行检测,以确保产品质量。

    六、对焊管机组设备要求:

 精密焊接钢管具有比一般焊接钢管几何尺寸精密,焊缝与内外表面质量优良,壁厚均匀等特点。因此,精密焊接钢管在生产中,对焊管成型机组及其配套设备有以下要求:

    1  高刚度、高强度的成型与定径机座:

    为了减少焊管机组在最大负荷运行中强塑变形,使每个机座总的积累误差,弹性变形量减少,以提高精密焊管的尺寸精度。因此必需提高机架、平辊轴、轴承座、压下压上机械等刚度和强度和机加工精度。在设备选型时,要选择重型配置焊管机组及其配套设施。

    2  增加成型机座2~3座:

    为了减少弹性变形,加工道次要相应增加。通常精密焊管机组成形变形加工道次比普通焊管机组增加2~3道次,因此成型机座要增加2~3个机座。

    3  为保证机组轧制中心线(垂直中心线)各机座道次统一,以中心做好基轴,两侧定位尺寸及中间套要精确。机组要有精确的定位基准。在水平线的位置上,应按照工艺要求形成上山线(下山线)或平直线,以保证不能出现曲线波动,因此要求机座需要配置压上、压下机械,便于调整。

    4  轧辊模具的强度、韧性、耐磨性、表面光洁度、尺寸精度、硬度等要求高,硬度要均匀。

    5  焊管机组要配置润滑剂循环装置,冷却和润滑轧辊,以减少在轧辊变形钢带上表面应力,防止表面划伤,减少微裂纹

本文章由保温钢管编辑

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