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薄壁钢管生产工艺流程

作者:张果喜发布时间2019-12-05人气:52

钢管生产是现代钢铁生产中的一个重要分支,它可分为有缝管和无缝管两类。不锈钢焊管具有较高的抗弯强度、抗拉强度及在氧化环境下良好的耐腐蚀性能和耐热性能;在折弯、抗扭强度相同时,其质量较轻、壁值偏差小、成本低,被广泛应用于我国重工业、轻工业及建筑装饰等行业。因此,研究开发不锈钢焊管产品结构和生产工艺,提高焊接管质量具有重大意义。

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高质量不锈钢直缝焊管制造流程

原材料—开卷—管坯成型—连续焊接—焊缝整平—在线热处理—定径精整—在线探伤—定尺切割—矫直—压力测试—清洗干燥—成品检查—包装

工序制造技术详细设计

(一)原材料

高质量不锈钢无缝焊管使用的原材料为冷轧不锈钢带材,要求表面质量状态达到BA级别。钢带边缘整齐,不能有毛刺,镰刀湾、波浪等影响焊机质量的缺陷。钢带内部不能有结疤、分层、杂质等缺陷,钢带需在氢气保护气氛下进行光良退火处理,表面不能存在氧化现象。钢带物理性能、化学成份必须满足要求。

钢带入厂使用前,必须对钢带进行详细的检验。检验项目包括:带刚厚度、带刚宽度、带刚边缘质量状态、外观。物理性能检验包括:拉伸强度、屈服强度、延伸率,必要时,要对带刚的晶粒度进行检查。检验合格后才可以用于焊管生产。

(二)开卷

钢带在进行进入焊管机组前,需要使用钢带开卷机展开钢带,比较后的钢带,需要增加矫平机构对钢带进行矫平处理,确保在钢带在平直状态下进入焊管机组的成型部位,顺利完成钢带的弯曲成型。

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(三)管坯成型

使用连续辊弯成型设备,对钢带进行连续辊弯变形,制成开口管坯。钢带需通过焊管机组的导入模块、粗轧模块、闭合模块几个功能模块的共同作用,每个模块分别使用不同类型的轧辊实现对钢带不同部位的弯曲成型,最终将钢带由平面逐渐弯曲,形成开口管坯,做好焊接成管的准备。连续辊弯成型设备一般是由9组平辊,平辊中间间隔8组立辊组成,前面的4平辊和4立辊为粗轧道次,主事对钢带进行弯曲,剩余的属于闭合道次,完成钢带的闭合形成管状。

轧辊的设计目前已经可以使用专用的轧辊设计软件进行精确设计,其中使用比较广泛的,功能比齐全的设计软件是德国DATA M软件公司开发出的轧管机辊型设计软件。该软件以 Auto Cad为基础,通过对每个辊弯成型轧辊的精确设计,实现精确的成型控制,并且通过该软件自带的变形分析功能,通过模拟钢带的变形过程,在设计过程中消除潜在的引起焊接缺陷的变形问题,提前进行优化设计。

(四)连续焊接

钢带经过连续辊弯成型机组后,制成开口管坯。使用TIG焊接设备,进行连续焊接,制成圆管。TIG焊接的最大优点是焊道平整,没有飞边和毛刺。

焊接过程中使用氩气作为保护性气体,防止焊缝凝固冷却前与氧气接触发生氧化。将氩气通入管内部起到保护内部焊缝的作用,通入焊枪的氩气用于保护钨极。在熔池周围形成氩气保护层,保护熔池和焊缝不发生氧化。

焊接过程要求必须焊透,不能存在虚焊、偏焊、咬边、结疤等焊接缺陷,这些焊接缺陷在管材承受高压时会发生泄露风险。

焊接过程属于自熔焊,没有填料,在焊缝处会发生减薄现象,焊缝处壁厚减薄量不能超过管材壁厚的10%,否则会降低焊缝处的强度。


(五)焊缝整平

由于焊接电流的冲击力和重力的影响,造成管内部焊缝出现突出,外部焊缝也会出现凹陷,这些问题如果使用在普通低压流体环境中,不会产生影响。如果使用在高温、高压、高速流体环境中,会引起使用问题。必须使用专用焊缝整平设备消除此缺陷。

焊缝整平设备的工作原理是:在焊管内设置一根比管内径小0.20mm的芯棒,芯棒通过钢丝绳与气缸连接。通过气缸的动作可以将芯棒固定的特定区域内移动。在芯棒长度范围内,使用一组上下轧辊,垂直于焊缝位置进行往复运动轧制焊缝。在芯棒与轧辊的轧制压力下,消除突起和凹陷,使焊缝处的轮廓与管轮廓平滑过渡。

在进行焊整平处理的同时,焊缝内部的粗大晶粒组织会被压缩,还会起到增强焊缝组织密度,提高强度的作用。

(六)焊缝整平

钢带进行辊弯成型过程中,会产生加工硬化,不利于管材的后期加工,特别是进行弯管加工。焊接过程中,焊缝处会产生粗大的晶粒组织,在焊缝处会存在焊接应力,特别是在焊缝与母材连接处,由于不同的组织形态,会在后期使用过程中造成开裂隐患。需要使用热处理设备消除加工硬化、细化晶粒组织。

目前常用采用的热处理工艺为氢气保护气氛下的光亮固溶处理,将不锈钢管材加热到 1050°以上,经过一段时间的保温,是内部组织形态发生转变,形成均匀的奥氏体组织,在氢气气氛保护下,不发生氧化。

采用的设备为在线光亮固溶( 退火) 设备。设备与辊弯成型机组连接,在焊管同时在线进行光亮固溶处理,加热设备采用中频或高频电源进行快速加热。通入纯氢或氢氮气氛进行保护。退火后的管材硬度控制在180±20HV既可以满足后期加工和使用要求。


(七)定径精整

焊管的外径尺寸,在焊接和热处理过程中焊管会发生变形,造成外径尺寸无法满足使用要求,需要进行定径精整。通常使用的定径精整机组由4组平辊和4组侧辊组成,平辊设计成平椭圆形(或圆形),侧辊设计成立椭圆(或圆形)。定径量依据管外径和壁厚的不同,一般情况在0.20~0.50mm范围内。经过定径精整后管外径公差可以控制在±0.05mm以内,完全可以满足使用精度要求。

(八)在线探伤

由于承受一定压力,并且需要一定的可靠性,焊缝仅依靠压力检测很难检测出焊缝内部缺陷,焊缝质量控制需要更高灵敏度和可靠度的焊缝检测设备,满足焊缝的质量控制。目前比较成熟和普遍使用的是在线涡流探伤或者超声波探伤,期特点是灵敏度高,实时在线进行100%检测。操作者可以根据报警信息随时对焊接状态进行修正,减少不合格品的生产,并且配合在线标记系统可以对缺陷部位进行标记,通过使用分选系统还可以将缺陷产品自动隔离,实现过程控制。


(九)定尺切割

使用在线定尺切割设备,依据客户要求的长度,进行定尺切割,可以采用旋切( 无屑) 技术,与有屑切割相比,无屑切割具有没有切割毛刺的特点,在后期可以不进行端口的去毛刺,节省制造成本的同时不会产生切屑,不会对管内部造成污染,利于焊管的内部清洗。

在无屑切割过程中,机台沿着生产线方向,与管材的速度同步。夹紧装置夹紧管材,切割刀片以焊管为轴心旋转,同时,在气缸或者液压缸的作用下,缓缓向径向移动,逐渐对管壁施加压力,直至将管壁切断。


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