行業技術

高頻不銹鋼復合管生產過程質量控制的三個環節

發布時間:2020-03-28 17:25:06  瀏覽量:506

  分析了高頻焊管生產過程中影響產品質量的主要因素,指出應對原材料、焊接工藝和軋輥調節三個環節進行重點控制,并對如何加以有限地控制提出了一些相應的措施和方法。

  鋼管生產過程中質量的重點控制環節

  在高頻焊管生產過程中,如何確保產品質量符合技術標準的要求和顧客的需要,則要對鋼管成產過程中影響產品質量的因素進行分析。有數據統計認為,在生產過程中影響鋼管產品質量的要素主要有原材料、焊接工藝、軋輥調節這三大環節,三者對鋼管產品質量的影響的總和占80.01%。而軋輥材質、設備故障、生產環境及其他原因等四個方面的要素,對鋼管產品質量的影響占19.99%,屬于相對次要環節。因此,在鋼管生產過程中,應對原材料、焊接工藝和軋輥調節三個環節進行重點控制。

  1        原材料對鋼管焊接質量的影響

  鋼管廢品因果分析結果顯示,影響原材料質量的因素主要有鋼帶力學性能不穩定、鋼帶的表面缺陷及幾何尺寸偏差大等三個方面,因此,應從這三個方面進行重點控制。

  1.1        鋼帶的力學性能對鋼管質量的影響

  焊接鋼管常用的鋼種為碳素結構鋼,主要的牌號有Q195、Q215、Q235三種,其力學性能如表2規定。

  表2    三種碳素結構鋼制鋼管的力學性能

  牌號軟狀態鋼管低硬狀態鋼管

  -抗拉強度 σb/MPa伸長率 δ5/%抗拉強度 σb/MPa伸長率 σb/MPa

  Q195≥315≥22≥335≥14

  Q215-A、B≥335≥22≥355≥13

  Q235-A、B≥375≥20≥390≥9

  鋼帶屈服點和抗拉強度過高,將造成鋼帶的成型困難,特別是管壁較厚時,材料的回彈力大,鋼管在焊接時存在較大的變形應力,焊縫容易產生裂縫。當鋼帶的抗拉強度超過635MPa、伸長率低于10%時,鋼帶在焊接過程中焊縫易產生崩裂。當抗拉強度低于300MPa時,鋼帶在成型過程中由于材質偏軟,表面容易起皺紋,特別是在焊接直徑60mm以上的鋼管時,鋼管表面出現明顯的、有規律性的圈形皺紋,皺紋嚴重時,會引起整批的鋼管報廢。可見,材料的力學性能對鋼管的質量影響很大,應從材料強度方面對鋼管質量進行有效地控制。

  1.2        鋼帶表面缺陷對鋼管質量的影響

  鋼帶表面缺陷常見的有鐮刀彎、波浪形、縱剪啃邊等幾種,鐮刀彎和波浪形一般出現在冷軋鋼帶軋制過程中,是由壓下量控制不當造成的。在鋼管成型過程中,鐮刀彎和波浪形會引起帶鋼的跑偏或翻轉,容易使鋼管焊縫產生搭焊,影響鋼管的質量。鋼帶的啃邊(即鋼帶邊緣呈現鋸齒狀凹凸不平的現象),一般出現在縱剪帶上,產生原因是縱剪機圓盤刀刃磨鈍或不鋒利造成的。由于鋼帶的啃邊,時時出現局部缺肉,使鋼帶在焊接時易產生裂紋、裂縫而影響焊縫質量的穩定性。

  1.3        鋼帶幾何尺寸對鋼管質量的影響

  當鋼帶的寬度小于允許偏差時,焊接鋼管時的擠壓力減小,使得鋼管焊縫處焊接不牢固,出現裂縫或是開口管;當鋼帶的寬度大于允許偏差時,焊接鋼管時的擠壓力增加,在鋼管焊縫處出現尖嘴、搭焊或毛刺等焊接缺陷。所以,鋼帶寬度的波動,不但影響了鋼管外徑的精度,而且嚴重影響了鋼管的表面質量。對要求同一斷面壁厚差不超過規定值的鋼管,即要求壁厚均勻程度高的鋼管,鋼帶厚度的波動,會將同一卷鋼帶厚度差超出的允許值轉移到成品鋼管的壁厚差,使大批鋼管厚度超出允許偏差而判廢。厚度的波動不僅影響成品鋼管的厚度精度,同時,由于鋼帶的厚薄不一,使鋼管在焊接時,擠壓力和焊接溫度不穩定,造成了鋼管焊接時焊縫質量不穩定。

  此外,由于鋼材內部存在著夾層、雜質、沙眼等材料缺陷,也是影響鋼管質量的一個重要因素。因此,在鋼帶焊接前,要檢查每卷鋼帶的表面質量和幾何尺寸,對鋼帶質量不符合標準要求的,不要進行生產,以免造成不必要的損失。

  2        高頻焊接對鋼管質量的影響

  在鋼管高頻焊接過程中,焊接工藝及工藝參數的控制、感應圈和阻抗器位置的放置等對鋼管焊縫的焊接質量影響很大。

  2.1        鋼管焊縫間隙的控制

  鋼帶進入焊管機組經成型輥成型、導向輥定向后,形成有開口間隙的圓形鋼管管坯,調整擠壓輥的擠壓量,使得焊縫間隙控制在1~3mm,并使焊口兩端保持齊平。焊縫間隙控制得過大,會使焊縫焊接不良而產生未熔合或開裂;焊縫間隙控制得過小,由于熱量過大,造成焊縫燒損,熔化金屬飛濺,影響焊縫的焊接質量。

  2.2        高頻感應圈位置的調控

  感應圈應放置在與鋼管同一中心線上,感應圈前端距擠壓輥中心線的距離,在不燒損擠壓輥的前提下,應視鋼管的規格而盡量接近。若感應圈距擠壓輥較遠時,有效加熱時間較長,熱影響區寬,使得鋼管焊縫的強度下降或未焊透;反之感應圈易燒毀擠壓輥。

  2.3        阻抗器位置的調控

  阻抗器是一個或一組焊管專用磁棒,阻抗器的截面積通常應不小于鋼管內徑截面積的70%,其作用是使感應圈、管坯焊縫邊緣與磁棒形成一個電磁感應回路,產生鄰近效應,渦流熱量集中在管坯焊縫邊緣附近,使管坯邊緣加熱到焊接溫度。阻抗器應放置在V形區加熱段,且前端在擠壓輥中心位置處,使其中心線與管筒中心線一致。如阻抗器位置放置的不好,影響焊管的焊接速度和焊接質量,使鋼管產生裂紋。

  2.4        高頻焊接工藝參數--輸入熱量的控制

  高頻電源輸入給鋼管焊縫部位的熱量稱為輸入熱量。將電能轉換成熱能時,其輸入熱量的公式為:

  Q=KI2Rt   (1)

  (1)式中

  Q-輸入管坯的熱量;

  K-能量轉換效率;

  I-焊接電流;

  R-回路阻抗;

  t-加熱時間。其中加熱時間:t=L/v  (2)

  (2)式中

  L-感應圈或電極頭前端至擠壓輥的中心距;

  v-焊接速度。

  當高頻輸入的熱量不足且焊接速度過快時,使得被加熱的管體邊緣達不到焊接的溫度,鋼鐵仍保持其固態組織而焊接不上,形成了未熔合或未焊透的裂紋;當高頻輸入熱量過大且焊接速度過慢時,使得被加熱的管體邊緣超過了焊接溫度,容易產生過熱甚至過燒,使焊縫擊穿,造成金屬飛濺而形成縮孔。從公式(1)、(2)中可知,可以通過調整高頻焊接電流(電壓)或調整焊接速度的方法,來控制高頻輸入熱量的大小,從而使鋼管的焊縫既要焊透又不焊穿,獲得焊接質量優良的鋼管。

  3        軋輥調節對鋼管質量的影響

  從鋼管廢品因果分析圖可看出,軋輥調節是屬鋼管的操作工藝。在生產過程中,軋輥損壞或磨損嚴重時,在機組上需要更換部分軋輥,或某個品種連續生產了足夠的數量,需要更換整套的軋輥。這時都應對軋輥進行調節,以獲得良好的鋼管質量。如軋輥調節得不好,易造成鋼管管縫的扭轉、搭焊、邊緣波浪、鼓包及管體表面有壓痕或劃傷,鋼管橢圓度大等缺陷,因此,換輥時應掌握軋輥調節的技巧。

  (1)更換鋼管規格,一般都對整套軋輥進行更換。軋輥調節的方法是:用鋼絲從機組入口到出口拉一條中心線,進行調整,使各架孔型在一條中心線上,并使成型底線符合技術要求。更換軋輥規格后,首先對成型輥、導向輥、擠壓輥、定徑輥作一次全面的調節,然后重點對成型輥的封閉孔型、導向輥、擠壓輥調節。

  (2)導向輥的作用是控制鋼管的管縫方向和管坯底線高度,緩解邊緣延伸,控制管坯邊緣回彈,保證管縫平直而不扭轉進入擠壓輥。如導向輥調節不好,在鋼管的焊接過程中,易造成鋼管管縫的扭轉、搭焊、邊緣波浪等焊接缺陷。

  (3)擠壓輥是焊管機組的關鍵設備,其作用是將邊緣被加熱到焊接溫度的管體在擠壓輥的擠壓力作用下完成壓力焊接。在生產過程中,要控制擠壓輥開口角的大小。擠壓力過小時,焊縫金屬強度下降,受力后會產生開裂;擠壓力過大時,降低焊接強度,而且使外毛刺量增加,易造成搭焊等焊接缺陷。

  (4)在焊管機組慢速起動的過程中,應密切注意各部位軋輥的轉動情況,隨時調節軋輥,以確保焊管的焊接質量和工藝尺寸符合規定的要求。

  4 結 語

  綜上所述,對高頻焊接鋼管生產過程中的原材料、焊接、軋輥調節三個重要的環節,實行嚴格的控制,則焊管質量會得到有效的提高。

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