高频焊管生产工艺

高频焊管生产工艺第一章概述第一节我国焊管的产生和发展第二节焊管的生产方法第三节焊管的用途第四节低压流体输送管的生产工艺流程第五节高频焊管的技术要求与质量检验1.1我国焊管产生的发展解放前我国只有少数几台链式炉焊管机组.1958年天津轧钢一厂从苏联进口φ60机组；首钢焊管厂从苏联进口φ102机组；宝鸡钢管厂从苏联进口φ650螺旋焊管机组；上海钢管厂测绘仿制了φ60机组。1960年以后高频焊代替了低频焊。1978年鞍钢焊管厂将链式炉焊改造成为连续炉焊管机组。1.1我国焊管产生的发展（续）“六五”计划末期，我国大约拥套φ102--φ102高频直缝焊管机组和5003以下高频直缝焊管机组；一套连续炉焊管组；十余套螺旋焊管机组；30余套渡锌管组。1.2焊管的生产方法1.根据电流波形的不同有正玄焊和方焊。2.根据频率的不同有低频焊、中频焊、超中频焊和高频焊。3.直流焊和方波焊大多用于生产细直径管.低频焊已淘汰,中频焊或超中频焊用于厚壁管的焊接,高频焊用于薄壁管或普通壁厚管的生产.4.高频焊按电流输入方法分为接触焊和感应焊.1.3焊管的用途1）低压流体输送管用来输送水、煤气、蒸汽、压缩空气等。2）结构管用来制造脚手架、桁架、塔架、运动场、栏杆等。3）电线套管用来敷设电线电缆.4）汽车传动轴管用来制造汽车传动轴总成.5）家具管用来制造各种钢木结构的家具.6）细直径管可用做电冰箱冷冻机的散热管、汽车用高压油管、刹7）车管。8）锅炉管用来制造蒸汽发生器管，过热蒸汽管、水管、烟管、空气预热器官、热交换器官。9）石油管用作油管、套管、输油管。10）螺旋焊管、大直径直缝焊管用作输送管线。11）变断面锥形焊管用作灯柱灯杆。12）复合管、有机涂层管用作耐各种腐蚀的特殊用途中。13）不锈钢管主要用于化工、食品等一、生产工艺流程高频焊管生产工艺流程主要取决于产品品种，从原料到成品需要经过一系列工序，完成这些工艺过程需要相应的各种机械设备和焊接、电气控制、检测装置，这些设备和装置按照不同的工艺流程要求有多种合理布置,高频焊管典型流程：开卷―带钢矫平―头尾剪切―带钢对焊―活套储料―成型―焊接―清除毛刺―定径―探伤―飞切―初检―钢管矫直―管段加工―水压试验―探伤检测―打印和涂层―成品。二、高频焊接1.焊接原理高频焊接是根据电磁感应原理和交流电荷在导体中的趋肤效应、邻近效应和涡流热效应，使焊缝边缘的钢材局部加热到熔融状态，经滚轮的挤压，使对接焊缝实现晶间接合，从而达到焊缝焊接之目的。高频焊是一种感应焊（或压力接触焊），它无需焊缝填充料，无焊接飞溅，焊接热影响区窄，焊接成型美观，焊接机械性能良好等优点，因此在钢管的生产中受到广泛的应用。钢管的高频焊接正是利用交流电的趋肤效应和邻近效应，钢材（带钢）经滚压成型后，形成一个截面断开的圆形管坯，在管坯内靠近感应线圈中心附近旋转一个或一组阻抗器（磁棒），阻抗器与管坯开口处形成一个电磁感应回路，在趋肤效应和邻近效应的作用下，管坯开口处边缘产生强大而集中的热效应，使焊缝边缘迅速加热到焊接所需温度经压辊挤压后，熔融状态的金属实现晶间接合，冷却后形成一条牢固的对接焊缝。2.直缝钢管的高频焊接过程是在高频焊管机组中完成的。高频焊管机组通常由滚压成型、高频焊接、挤压、冷却、定径、飞锯切断等部件组成，机组的前端配有储料活套，机组的后端配有钢管翻转机架；电气部分主要有高频发生器、直流励磁发电机和仪表自动控制装置等组成。高频焊用于碳钢焊管生产已经有40多年的历史。高频焊接具有较大的电源功率，对不同材质、口径和壁厚的钢管都能达到较高的焊接速度(比氩弧焊的最高焊接速度高出l0倍以上)。因此，高频焊接生产一般用途的钢管具有较高的生产率因为高频焊接速度高，给焊管内毛刺的去除带来困难，这也是目前高频焊钢管尚不能为化工、核工业所接受的原因之一。从焊接材质看，高频焊可以焊接各种类型的钢管。同时，新钢种的开发和成型焊接方法的进步.三、钢管生产过程中的重要环节1.在高频焊管生产过程中,如何确保产品质量符合技术标准的要求和顾客的需要,则要对钢管生产过程中影响产品质量的因素进行分析。通过对本公司Φ76mm高频焊接钢管机组某月份不合格品的统计,认为在生产过程中影响钢管产品质量的要素有原材料、焊接工艺、轧辊调节、轧辊材质、设备故障、生产环境及其它原因等七个方面。其中原材料占32.44%,焊接工艺占24.85%,轧辊调节占22.72%,三者相加占80.01%,是主要环节。而轧辊材质、设备故障、生产环境及其它原因等四个方面的要素,对钢管产品质量的影响占19.99%,属相对次要环节。因此,在钢管生产过程中,应对原材料、焊接工艺和轧辊调节三个环节进行重点控制。三、钢管生产过程中的重要环节（续）2.原材料对钢管焊接质量的影响影响原材料质量的因素主要有钢带力学性能不稳定、钢带的表面缺陷及几何尺寸偏差大等三个方面,因此,应从这三个方面进行重点控制。1）钢带的力学性能对钢管质量的影响焊接钢管常用的钢种为碳素结构钢,主要的牌号有Q195、Q215、Q235等多种。钢带屈服点和抗拉强度过高,将造成钢带的成型困难,特别是管壁较厚时,材料的回弹力大,钢管在焊接时存在较大的变形应力,焊缝容易产生裂缝。当钢带的抗拉强度超过635MPa、伸长率低于10%时,钢带在焊接过程中焊缝易产生崩裂。当抗拉强度低于300MPa时,钢带在成型过程中由于材质偏软,表面容易起皱纹。可见,材料的力学性能对钢管的质量影响很大,应从材料强度方面对钢管质量进行有效地控制。三、钢管生产过程中的重要环节（续）2）钢带表面缺陷对钢管质量的影响钢带表面缺陷常见的有镰刀弯、波浪形、纵剪啃边等几种,镰刀弯和波浪形一般出现在冷轧钢带轧制过程中,是由压下量控制不当造成的。在钢管成型过程中,镰刀弯和波浪形会引起带钢的跑偏或翻转,容易使钢管焊缝产生搭焊,影响钢管的质量。钢带的啃边(即钢带边缘呈现锯齿状凹凸不平的现象),一般出现在纵剪带上,产生原因是纵剪机圆盘刀刃磨钝或不锋利造成的。由于钢带的啃边,时时出现局部缺肉,使钢带在焊接时易产生裂纹、裂缝而影响焊缝质量的稳定性。3）钢带几何尺寸对钢管质量的影响当钢带的宽度小于允许偏差时,焊接钢管时的挤压力减小,使得钢管焊缝处焊接不牢固,出现裂缝或是开口管;当钢带的宽度大于允许偏差时,焊接钢管时的挤压力增加,在钢管焊缝处出现尖嘴、搭焊或毛刺等焊接缺陷。所以,钢带宽度的波动,不但影响了钢管外径的精度,而且严重影响了钢管的表面质量。对要求同一断面壁厚差不超过规定值的钢管,即要求壁厚均匀程度高的钢管,钢带厚度的波动,会将同一卷钢带厚度差超出的允许值转移到成品钢管的壁厚差,使大批钢管厚度超出允许偏差而判废。厚度的波动不仅影响成品钢管的厚度精度,同时,由于钢带的厚薄不一,使钢管在焊接时,挤压力和焊接温度不稳定,造成了钢管焊接时焊缝质量不稳定。此外,由于钢材内部存在着夹层、杂质、沙眼等材料缺陷,也是影响钢管质量的一个重要因素。因此,在钢带焊接前,要检查每卷钢带的表面质量和几何尺寸,对钢带质量不符合标准要求的,不要进行生产,以免造成不必要的损失。3、高频焊接对钢管质量的影响在钢管高频焊接过程中,焊接工艺及工艺参数的控制、感应圈和阻抗器位置的放置等对钢管焊缝的焊接质量影响很大。1）钢管焊缝间隙的控制钢带进入焊管机组经成型辊成型、导向辊定向后,形成有开口间隙的圆形钢管管坯,调整挤压辊的挤压量,使得焊缝间隙控制在1～3mm,并使焊口两端保持齐平。焊缝间隙控制得过大,会使焊缝焊接不良而产生未熔合或开裂;焊缝间隙控制得过小,由于热量过大,造成焊缝烧损,熔化金属飞溅,影响焊缝的焊接质量。2）高频感应圈位置的调控感应圈应放置在与钢管同一中心线上,感应圈前端距挤压辊中心线的距离,在不烧损挤压辊的前提下,应视钢管的规格而尽量接近。若感应圈距挤压辊较远时,有效加热时间较长,热影响区宽,使得钢管焊缝的强度下降或未焊透;反之感应圈易烧毁挤压辊。3）阻抗器位置的调控阻抗器是一个或一组焊管专用磁棒,阻抗器的截面积通常应不小于钢管内径截面积的70%,其作用是使感应圈、管坯焊缝边缘与磁棒形成一个电磁感应回路,产生邻近效应,涡流热量集中在管坯焊缝边缘附近,使管坯边缘加热到焊接温度。阻抗器应放置在V形区加热段,且前端在挤压辊中心位置处,使其中心线与管筒中心线一致。如阻抗器位置放置的不好,影响焊管的焊接速度和焊接质量,使钢管产生裂纹。4）高频焊接工艺参数——输入热量的控制高频电源输入给钢管焊缝部位的热量称为输入热量。将电能转换成热能时,其输入热量的公式为:Q=KI2Rt(1)式中Q—输入管坯的热量;K—能量转换效率;I—焊接电流;R—回路阻抗;t—加热时间。加热时间:t=Lv(2)式中L—感应圈或电极头前端至挤压辊的中心距;v—焊接速度。当高频输入的热量不足且焊接速度过快时,使得被加热的管体边缘达不到焊接的温度,钢铁仍保持其固态组织而焊接不上,形成了未熔合或未焊透的裂纹;当高频输入热量过大且焊接速度过慢时,使得被加热的管体边缘超过了焊接温度,容易产生过热甚至过烧,使焊缝击穿,造成金属飞溅而形成缩孔。从公式(1)、(2)中可知,可以通过调整高频焊接电流(电压)或调整焊接速度的方法,来控制高频输入热量的大小,从而使钢管的焊缝既要焊透又不焊穿,获得焊接质量优良的钢管.4.轧辊调节对钢管质量的影响从钢管废品因果分析图可看出,轧辊调节是属钢管的操作工艺。在生产过程中,轧辊损坏或磨损严重时,在机组上需要更换部分轧辊,或某个品种连续生产了足够的数量,需要更换整套的轧辊。这时都应对轧辊进行调节,以获得良好的钢管质量。如轧辊调节得不好,易造成钢管管缝的扭转、搭焊、边缘波浪、鼓包及管体表面有压痕或划伤,钢管椭圆度大等缺陷,因此,换辊时应掌握轧辊调节的技巧。四高频直缝焊管的用途1.一般焊管：一般焊管用来输送低压流体。用Q195A、Q215A、Q235A钢制造。也可采直缝钢管用易于焊接的其它软钢制造。2.直缝钢管主要应用于自来水工程、石化工业、化学工业、电力工业、农业灌溉、城市建设。作液体输送用：给水、排水。作气体输送用：煤气、蒸气、液化石油气。作结构用：作打桩管、作桥梁；码头、道路、建筑结构用管等。五高频焊管的技术要求与质量检验根据GB3092《低压流体输送用焊接钢管》标准的规定，焊管的公称直径为6~150mm，公称壁厚为2.0~6.0mm，焊管的长度通常为4~10米，可按定尺或倍尺长度出厂。钢管表面质量应光滑，不允许有折叠、裂缝、分层、搭焊等缺陷存在。钢管表面允许有不超过壁厚负偏差的划道、刮伤、焊缝错位、烧伤和结疤等轻微缺陷存在。允许焊缝处壁厚增厚和内缝焊筋存在。规定要求焊接钢管应做机械性能试验和压扁试验以及扩口试验，并要达到标准规定的要求。钢管应能承受一定的内压力，必要时进行2.5Mpa压力试验，保持一分钟无渗漏。允许用涡流探伤的方法代替水压试验。涡流探伤按GB7735《钢管涡流探伤检验方法》标准执行。涡流探伤方法是将探头固定在机架上，探伤与焊缝保持3~5mm距离，靠钢管的快速运动对焊缝进行全面的扫查，探伤信号经涡流探伤仪的自动处理和自动分选，达到探伤的目的。探伤后的焊管用飞锯按规定长度切断，经翻转架下线。钢管两端应平头倒角，打印标记，成品管用六角形捆扎包装后出厂。直缝钢管高频焊接工艺5.1焊缝间隙的控制将带钢送入焊管机组，经多道轧辊滚压，带钢逐渐卷起，形成有开口间隙的圆形管坯，调整挤压辊的压下量，使焊缝间隙控制在1~3mm，并使焊口两端齐平。如间隙过大，则造成邻近效应减少，涡流热量不足，焊缝晶间接合不良而产生未熔合或开裂。如间隙过小则造成邻近效应增大，焊接热量过大，造成焊缝烧损；或者焊缝经挤压、滚压后形成深坑，影响焊缝表面质量。5.2焊接温度控制焊接温度主要受高频涡流热功率的影响，根据公式（2）可知，高频涡流热功率主要受电流频率的影响，涡流热功率与电流激励频率的平方成正比；而电流激励频率又受激励电压、电流和电容、电感的影响。激励频率公式为：f=1/[2π(CL)1/2]...(1)式中：f-激励频率(Hz)；C-激励回路中的电容(F)，电容=电量/电