分析了高頻焊管過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素，指出應(yīng)對原材料、焊接工藝和軋輥調(diào)節(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行**控制，并對如何加以有限地控制提出了一些相應(yīng)的措施和方法。
鋼管過程中質(zhì)量的**控制環(huán)節(jié)
在高頻焊管過程中，如何確保產(chǎn)品質(zhì)量符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求和顧客的需要，則要對鋼管成產(chǎn)過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素進(jìn)行分析。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)認(rèn)為，在過程中影響鋼管產(chǎn)品質(zhì)量的要素主要有原材料、焊接工藝、軋輥調(diào)節(jié)這三大環(huán)節(jié)，三者對鋼管產(chǎn)品質(zhì)量的影響的總和占80.01%。而軋輥材質(zhì)、設(shè)備故障、環(huán)境及其他原因等四個(gè)方面的要素，對鋼管產(chǎn)品質(zhì)量的影響占19.99%，屬于相對次要環(huán)節(jié)。因此，在鋼管過程中，應(yīng)對原材料、焊接工藝和軋輥調(diào)節(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行**控制。
1    原材料對鋼管焊接質(zhì)量的影響
鋼管廢品因果分析結(jié)果顯示,影響原材料質(zhì)量的因素主要有鋼帶力學(xué)性能不穩(wěn)定、鋼帶的表面缺陷及幾何尺寸偏差大等三個(gè)方面,因此,應(yīng)從這三個(gè)方面進(jìn)行**控制。
1.1   鋼帶的力學(xué)性能對鋼管質(zhì)量的影響
焊接鋼管常用的鋼種為碳素結(jié)構(gòu)鋼,主要的牌號有Q195、Q215、Q235三種,其力學(xué)性能如表2規(guī)定。
表2    三種碳素結(jié)構(gòu)鋼制鋼管的力學(xué)性能
牌號軟狀態(tài)鋼管低硬狀態(tài)鋼管
-抗拉強(qiáng)度 σb/MPa伸長率 δ5/%抗拉強(qiáng)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(diǎn)和抗拉強(qiáng)度過高,將造成鋼帶的成型困難,特別是管壁較厚時(shí),材料的回彈力大,鋼管在焊接時(shí)存在較大的變形應(yīng)力,焊縫容易產(chǎn)生裂縫。當(dāng)鋼帶的抗拉強(qiáng)度超過635MPa、伸長率低于10%時(shí),鋼帶在焊接過程中焊縫易產(chǎn)生崩裂。當(dāng)抗拉強(qiáng)度低于300MPa時(shí),鋼帶在成型過程中由于材質(zhì)偏軟,表面容易起皺紋,特別是在焊接直徑60mm以上的鋼管時(shí),鋼管表面出現(xiàn)明顯的、有規(guī)律性的圈形皺紋,皺紋嚴(yán)重時(shí),會(huì)引起整批的鋼管報(bào)廢。可見,材料的力學(xué)性能對鋼管的質(zhì)量影響很大,應(yīng)從材料強(qiáng)度方面對鋼管質(zhì)量進(jìn)行有效地控制。
1.2  鋼帶表面缺陷對鋼管質(zhì)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(xiàn)在冷軋鋼帶軋制過程中,是由壓下量控制不當(dāng)造成的。在鋼管成型過程中,鐮刀彎和波浪形會(huì)引起帶鋼的跑偏或翻轉(zhuǎn),容易使鋼管焊縫產(chǎn)生搭焊,影響鋼管的質(zhì)量。鋼帶的啃邊(即鋼帶邊緣呈現(xiàn)鋸齒狀凹凸不平的現(xiàn)象),一般出現(xiàn)在縱剪帶上,產(chǎn)生原因是縱剪機(jī)圓盤刀刃磨鈍或不鋒利造成的。由于鋼帶的啃邊,時(shí)時(shí)出現(xiàn)局部缺肉,使鋼帶在焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋、裂縫而影響焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定性。
1.3  鋼帶幾何尺寸對鋼管質(zhì)量的影響
當(dāng)鋼帶的寬度小于允許偏差時(shí),焊接鋼管時(shí)的擠壓力減小,使得鋼管焊縫處焊接不牢固,出現(xiàn)裂縫或是開口管;當(dāng)鋼帶的寬度大于允許偏差時(shí),焊接鋼管時(shí)的擠壓力增加,在鋼管焊縫處出現(xiàn)尖嘴、搭焊或毛刺等焊接缺陷。所以,鋼帶寬度的波動(dòng),不但影響了鋼管外徑的精度,而且嚴(yán)重影響了鋼管的表面質(zhì)量。對要求同一斷面壁厚差不超過規(guī)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(dòng),會(huì)將同一卷鋼帶厚度差超出的允許值轉(zhuǎn)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(dòng)不僅影響成品鋼管的厚度精度,同時(shí),由于鋼帶的厚薄不一,使鋼管在焊接時(shí),擠壓力和焊接溫度不穩(wěn)定,造成了鋼管焊接時(shí)焊縫質(zhì)量不穩(wěn)定。
此外,由于鋼材內(nèi)部存在著夾層、雜質(zhì)、沙眼等材料缺陷,也是影響鋼管質(zhì)量的一個(gè)重要因素。因此,在鋼帶焊接前,要檢查每卷鋼帶的表面質(zhì)量和幾何尺寸,對鋼帶質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的,不要進(jìn)行,以免造成不必要的損失。
2   高頻焊接對鋼管質(zhì)量的影響
在鋼管高頻焊接過程中,焊接工藝及工藝參數(shù)的控制、感應(yīng)圈和阻抗器位置的放置等對鋼管焊縫的焊接質(zhì)量影響很大。
2.1   鋼管焊縫間隙的控制
鋼帶進(jìn)入焊管機(jī)組經(jīng)成型輥成型、導(dǎo)向輥定向后,形成有開口間隙的圓形鋼管管坯,調(diào)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(huì)使焊縫焊接不良而產(chǎn)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(zhì)量。
2.2  高頻感應(yīng)圈位置的調(diào)控
感應(yīng)圈應(yīng)放置在與鋼管同一中心線上,感應(yīng)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(yīng)視鋼管的規(guī)格而盡量接近。若感應(yīng)圈距擠壓輥較遠(yuǎn)時(shí),有效加熱時(shí)間較長,熱影響區(qū)寬,使得鋼管焊縫的強(qiáng)度下降或未焊透;反之感應(yīng)圈易燒毀擠壓輥。
2.3  阻抗器位置的調(diào)控
阻抗器是一個(gè)或一組焊管專用磁棒,阻抗器的截面積通常應(yīng)不小于鋼管內(nèi)徑截面積的70%,其作用是使感應(yīng)圈、管坯焊縫邊緣與磁棒形成一個(gè)電磁感應(yīng)回路,產(chǎn)生鄰近效應(yīng),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(yīng)放置在V形區(qū)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(zhì)量,使鋼管產(chǎn)生裂紋。
2.4  高頻焊接工藝參數(shù)--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(zhuǎn)換成熱能時(shí),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(zhuǎn)換效率;
I-焊接電流;
R-回路阻抗;
t-加熱時(shí)間。其中加熱時(shí)間:t=L/v  (2)
（2）式中
L-感應(yīng)圈或電*頭前端至擠壓輥的中心距;
v-焊接速度。
當(dāng)高頻輸入的熱量不足且焊接速度過快時(shí),使得被加熱的管體邊緣達(dá)不到焊接的溫度,鋼鐵仍保持其固態(tài)組織而焊接不上,形成了未熔合或未焊透的裂紋;當(dāng)高頻輸入熱量過大且焊接速度過慢時(shí),使得被加熱的管體邊緣超過了焊接溫度,容易產(chǎn)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(diào)整高頻焊接電流(電壓)或調(diào)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(zhì)量優(yōu)良的鋼管。
3 軋輥調(diào)節(jié)對鋼管質(zhì)量的影響
從鋼管廢品因果分析圖可看出,軋輥調(diào)節(jié)是屬鋼管的操作工藝。在過程中,軋輥損壞或磨損嚴(yán)重時(shí),在機(jī)組上需要更換部分軋輥,或某個(gè)品種連續(xù)了足夠的數(shù)量,需要更換整套的軋輥。這時(shí)都應(yīng)對軋輥進(jìn)行調(diào)節(jié),以獲得良好的鋼管質(zhì)量。如軋輥調(diào)節(jié)得不好,易造成鋼管管縫的扭轉(zhuǎn)、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(shí)應(yīng)掌握軋輥調(diào)節(jié)的技巧。
(1)更換鋼管規(guī)格,一般都對整套軋輥進(jìn)行更換。軋輥調(diào)節(jié)的方法是:用鋼絲從機(jī)組入口到出口拉一條中心線,進(jìn)行調(diào)整,使各架孔型在一條中心線上,并使成型底線符合技術(shù)要求。更換軋輥規(guī)格后,首先對成型輥、導(dǎo)向輥、擠壓輥、定徑輥?zhàn)饕淮?*的調(diào)節(jié),然后**對成型輥的封閉孔型、導(dǎo)向輥、擠壓輥調(diào)節(jié)。
(2)導(dǎo)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(zhuǎn)進(jìn)入擠壓輥。如導(dǎo)向輥調(diào)節(jié)不好,在鋼管的焊接過程中,易造成鋼管管縫的扭轉(zhuǎn)、搭焊、邊緣波浪等焊接缺陷。
(3)擠壓輥是焊管機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)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。在過程中,要控制擠壓輥開口角的大小。擠壓力過小時(shí),焊縫金屬強(qiáng)度下降,受力后會(huì)產(chǎn)生開裂;擠壓力過大時(shí),降低焊接強(qiáng)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(jī)組慢速起動(dòng)的過程中,應(yīng)密切注意各部位軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)情況,隨時(shí)調(diào)節(jié)軋輥,以確保焊管的焊接質(zhì)量和工藝尺寸符合規(guī)定的要求。
4 結(jié) 語
綜上所述，對高頻焊接鋼管過程中的原材料、焊接、軋輥調(diào)節(jié)三個(gè)重要的環(huán)節(jié)，實(shí)行嚴(yán)格的控制，則焊管質(zhì)量會(huì)有效的提高。