一、 對原料材質(zhì)的質(zhì)量要求:
精密焊管的原材料,除必須達(dá)到普通高頻電焊鋼管原材料的基本要求外,還須滿足以下幾方的要求:
1 化學(xué)成份:
冶煉時,重點是提高鋼的純凈度,減少鋼中的非金屬夾雜物的含量,硫和磷含量要小于0.03%,為了適應(yīng)后步冷變形加工,硫含量最好不要超過0.02%,因此要嚴(yán)格控制鋼的化學(xué)成份。同時為保證產(chǎn)品具有良好的力學(xué)性能,冷彎、焊接等工藝性能,還需適當(dāng)增加一些Nb、Ni、V等元素。
2 鋼帶形狀和尺寸:
鋼帶軋制時,應(yīng)采用AGC和板形控制系統(tǒng),提高鋼帶厚度精度和板形精度。同時還要采用控制冷卻方法,提高鋼帶的強韌性。縱剪鋼帶寬度尺寸精度要求要控制,鋼帶邊緣要無壓痕和毛刺,以提高焊接質(zhì)量。
3 鋼帶表面的銹蝕:
鋼帶表面的黃銹為氧化鐵的結(jié)晶水,在焊接過程中,高溫會使其中的氧氫折出,如不能排出,存在于焊縫之中,易產(chǎn)生氣孔微裂紋,改變組織結(jié)構(gòu),降低材料塑性,降低延伸率,所以要避免鋼帶表面銹蝕。
二、 焊管成形工藝:
焊管成形工藝,即焊管機組成形及定徑部分孔型設(shè)計和調(diào)整方法均會直接影響焊接質(zhì)量的優(yōu)劣。傳統(tǒng)的成形工藝為輥式成形工藝,有單半徑,雙半徑;W反彎法成形孔型體系,加上二輥、三輥、四輥或五輥擠壓輥,二輥或四輥定徑來保證成形質(zhì)量。此種傳統(tǒng)輥式成形工藝,大都用于直徑小于φ114㎜的焊管機組。美國的排輥成形工藝、奧鋼聯(lián)的CTA成形技術(shù),日本中田的FF或FFX柔性成形技術(shù)等,對成形后的焊口形狀和良好的表面質(zhì)量都有較好的保證,適用于規(guī)格范圍更廣的焊管機組。各種成形工藝技術(shù),有不同優(yōu)缺點,適合不同的條件,根據(jù)產(chǎn)品大綱、產(chǎn)品用途應(yīng)在設(shè)備選型時慎重考慮、以選擇不同的成形工藝技術(shù)。
為了減少彈性變形,對于精密焊管機組加工變形道次都比普通焊管道次相應(yīng)增加2~3道次。在變形安排上,應(yīng)減少初始時變形角度,保證穩(wěn)定的咬入,中間彎形角度適當(dāng)加大,后部變形適當(dāng)減少,增加變形道次不僅僅是減少變形力,還可使帶鋼有釋放表面應(yīng)力的機會,讓表面應(yīng)力增加的梯度緩慢,可以避免出現(xiàn)裂紋。在調(diào)整過程中,首先應(yīng)保證垂直中心線的各道次統(tǒng)一,以中心作為基軸,找準(zhǔn)定位尺寸及中間套,在水平線的位置上,應(yīng)按照工藝安排,形成上山線(下山線)平直線,不能出現(xiàn)曲線跳動。在沒有穿帶前,就應(yīng)該調(diào)整好各機架的孔型形狀,測量各道次尺寸,保證產(chǎn)品穩(wěn)定進(jìn)入各機架。在調(diào)整中要均衡受力,不可以在一個機架上強行變形,保證提升角穩(wěn)定均勻變化。
精密焊管生產(chǎn)中,控制并調(diào)整好焊管機組成型及定徑機座設(shè)備積累誤差和軋輥彈跳量是較陳舊的焊管機組也能生產(chǎn)精密焊管的關(guān)鍵。
三、焊縫毛刺的形成和清除:
通過高頻電流集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng),電流集中在焊縫處加熱至熔融狀態(tài),經(jīng)擠壓輥側(cè)向加壓焊接時,受擠壓力作用,多余的金屬和氧化物堆積于焊縫上部形成外表面毛刺;受擠壓力和重力的共同作用,另一些多余金屬和氧化物沿鋼管軸線方向在內(nèi)側(cè)下垂形成內(nèi)毛刺。
毛刺寬度通常在0.5~3㎜左右,內(nèi)毛刺高度是不均的,一般為0.2~0.6㎜。個別高度可達(dá)1㎜以上。外毛刺一般用刨削法清除,而內(nèi)毛刺在鋼管內(nèi)空間小,清除技術(shù)難度增加。由于內(nèi)毛刺的存在,當(dāng)鋼管再進(jìn)行冷拔或冷軋精加工時,會在鋼管內(nèi)表面形成裂紋、折疊或劃痕。因此對于精密焊管,不清除內(nèi)毛刺就無法達(dá)到內(nèi)表面質(zhì)量要求,也無法進(jìn)行后步工序加工。
外毛刺清除裝置有一把刨刀和二把刨刀型式,用一把刨刀要停機換刀,而用二把刨刀清除毛刺,換刀可不需停機。
清除內(nèi)毛刺技術(shù)難度大,由于去內(nèi)毛刺的專用裝置在鋼管內(nèi)部,工作環(huán)境很差,看不見,摸不到,它受到帶鋼精度、機組設(shè)備精度、成形工藝、焊縫形狀等影響,往往得不到保證。國外資料報導(dǎo),內(nèi)孔在14㎜以上的焊管都可以去除內(nèi)毛刺,實際上內(nèi)孔25㎜以下的內(nèi)毛刺清除就很困難了。國內(nèi)技術(shù)一般在內(nèi)孔50㎜以上較大直徑的焊接鋼管可以清除內(nèi)毛刺。
清除內(nèi)毛刺,通常是在連續(xù)焊管生產(chǎn)線上清除,也可以采用離線方法清除。
清除內(nèi)毛刺方法,目前主要有以下幾種方法:
切削法:該方法是利用伸進(jìn)管內(nèi)固定刀刃或旋轉(zhuǎn)切削頭,對毛刺進(jìn)行切削。
輾壓法:該方法是利用伸進(jìn)管內(nèi)的滾壓裝置,使內(nèi)毛刺產(chǎn)生塑性變形,達(dá)到減薄內(nèi)毛刺高度的效果。
氧化法:鋼管焊接開始時,用通氣噴嘴向內(nèi)焊縫噴射氧氣流,利用焊縫焊接余熱,使內(nèi)毛刺加速氧化,并在氣流沖出下脫落。
拉拔法:鋼管通過模具時,在浮動塞的環(huán)形刀刃作用下,清除鋼管內(nèi)毛刺。
四、焊縫熱處理:
高頻焊接鋼管的焊接過程是在加熱速度快和冷卻速度高的情況下進(jìn)行的,急劇的溫度變化造成一定的焊接應(yīng)力,焊縫的組織也發(fā)生變化,沿焊縫的焊接中心區(qū)域內(nèi)組織是低碳馬氏體和小面積的自由鐵素體;過渡區(qū)域是由鐵素體和粒狀珠光體組成;而母體組織是鐵素體、珠光體。因此鋼管的性能由于焊縫處與母體金相顯微組織差異,導(dǎo)致焊縫處強度指標(biāo)提高,而塑性指標(biāo)降低,工藝性能惡化。為了改變鋼管使用性能,必須采用熱處理來消除焊縫與母體金屬的顯微組織差異,使粗大的晶粒細(xì)化,組織均勻,清除在冷成形及焊接時產(chǎn)生應(yīng)力,保證焊縫質(zhì)量和鋼管的工藝和力學(xué)性能,并使之適應(yīng)后步冷加工序的生產(chǎn)要求。
精密焊管熱處理工藝,一般有兩種:
⑴ 退火 :主要是消除焊接應(yīng)力狀態(tài)和加工硬化現(xiàn)象,改善焊管的焊縫塑性。加熱溫度在相變點以下。
⑵ 正火(常化處理):主要是改善焊管力學(xué)性能的不均勻性,使母體金屬與焊縫處金屬力學(xué)性能相接近,盡善金屬顯微組織、細(xì)化晶粒。加熱溫度在相變點以上某一點經(jīng)過空冷。
根據(jù)精密焊管不同的使用要求又可以分焊縫熱處理和整體熱處理。
1焊縫熱處理:又可分為在線熱處理和離線熱處理
焊縫熱處理:在鋼管焊接后,使用一組中頻條狀感應(yīng)加熱裝置在焊縫部位沿軸向進(jìn)行熱處理,經(jīng)空冷和水冷后直接定徑。此種方法僅對焊縫區(qū)加熱,不涉及鋼管基體,以改善焊縫組織,消除焊接應(yīng)力為目標(biāo),無需固定加熱爐。焊縫在長方形感應(yīng)器下加熱,該裝置備有溫度測定器自動跟蹤裝置,當(dāng)焊縫偏轉(zhuǎn)時能自動對中并進(jìn)行溫度補續(xù),還能利用焊接余熱,節(jié)約能源,其最大不足是加熱區(qū)和非加熱區(qū)溫度差會導(dǎo)致明顯的殘余應(yīng)力,而且作業(yè)線較長。
2 整體熱處理:又可分為在線熱處理和離線熱處理
在線熱處理:
在鋼管焊接后,使用二組或更多的中頻環(huán)形感應(yīng)加熱裝置,對全管進(jìn)行加熱,在短時間內(nèi)加熱至常化所需溫度900~920℃,保溫一定時間,空冷至400℃以下后正常冷卻,使全管組織得到改善。
離線的常化爐中熱處理:
焊管整體熱處理裝置有室狀爐和輥底式爐,采用氮氣或氫氮混合氣體作為保護(hù)性氣氛,來達(dá)到無氧化或光亮狀態(tài)。由于室狀爐的生產(chǎn)效率較低,目前通常使用輥底式連續(xù)熱處理爐。整體熱處理特點是:在處理過程中,管壁內(nèi)不存在溫度差,不會產(chǎn)生殘余應(yīng)力,加熱和保溫時間可以調(diào)節(jié),適應(yīng)較復(fù)雜的熱處理規(guī)范,還可以用計算機進(jìn)行自動控制,但輥底式爐設(shè)備復(fù)雜,操作費用較高。
五、 無損檢測:
精密焊管制造過程中的各種缺陷,一般都能在生產(chǎn)中通過壓扁、擴口或水壓試驗時發(fā)現(xiàn),但也有部分缺陷,尤其是內(nèi)在缺陷,目檢難以發(fā)現(xiàn)和判斷,但可能會在使用過程中或以后的冷加工時出現(xiàn)。因此在生產(chǎn)線上設(shè)置無損檢測及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷是十分必要的。從焊管機組生產(chǎn)效率高的角度考慮,可避免產(chǎn)生批量性低質(zhì)量焊管,對出廠成品質(zhì)量及后步冷加工質(zhì)量也能起到保證作用。
用于鋼管的無損檢測有多種方法,焊接精密鋼管常用的主要有超聲波、渦流或漏磁探傷等。渦流探傷適用于金屬材料的表面缺陷和接近表面的缺陷檢測;漏磁探傷用于表面缺陷和一定深度的內(nèi)部缺陷。超聲波探傷能發(fā)現(xiàn)細(xì)長的缺陷,對焊縫頂部未焊透,潛藏的裂紋及焊縫中心熱影響區(qū)伸展的裂紋能正確發(fā)現(xiàn)并確定其位置。通過無損探傷,檢測焊管焊縫未焊透,未熔化、夾渣、氣泡、收縮裂紋,內(nèi)外表面的橫向縱向條狀和分層。
無損探傷檢查有兩個層次,第一層次是放在定徑段即在線探傷,作用是監(jiān)測焊縫質(zhì)量;第二層次是對成品鋼管的無損檢測,要求對全管進(jìn)行檢測,以確保產(chǎn)品質(zhì)量。
六、對焊管機組設(shè)備要求:
精密焊接鋼管具有比一般焊接鋼管幾何尺寸精密,焊縫與內(nèi)外表面質(zhì)量優(yōu)良,壁厚均勻等特點。因此,精密焊接鋼管在生產(chǎn)中,對焊管成型機組及其配套設(shè)備有以下要求:
1 高剛度、高強度的成型與定徑機座:
為了減少焊管機組在最大負(fù)荷運行中強塑變形,使每個機座總的積累誤差,彈性變形量減少,以提高精密焊管的尺寸精度。因此必需提高機架、平輥軸、軸承座、壓下壓上機械等剛度和強度和機加工精度。在設(shè)備選型時,要選擇重型配置焊管機組及其配套設(shè)施。
2 增加成型機座2~3座:
為了減少彈性變形,加工道次要相應(yīng)增加。通常精密焊管機組成形變形加工道次比普通焊管機組增加2~3道次,因此成型機座要增加2~3個機座。
3 為保證機組軋制中心線(垂直中心線)各機座道次統(tǒng)一,以中心做好基軸,兩側(cè)定位尺寸及中間套要精確。機組要有精確的定位基準(zhǔn)。在水平線的位置上,應(yīng)按照工藝要求形成上山線(下山線)或平直線,以保證不能出現(xiàn)曲線波動,因此要求機座需要配置壓上、壓下機械,便于調(diào)整。
4 軋輥模具的強度、韌性、耐磨性、表面光潔度、尺寸精度、硬度等要求高,硬度要均勻。
5 焊管機組要配置潤滑劑循環(huán)裝置,冷卻和潤滑軋輥,以減少在軋輥變形鋼帶上表面應(yīng)力,防止表面劃傷,減少微裂紋
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