高频焊管焊接工艺培训.ppt

高频焊管工艺培训 目录一 高频焊接发展历史二 高频焊管生产操作技术三 焊管调整技术四 高频焊管常见焊接缺陷分析五 焊管的后道加工工艺 一 高频焊接发展历史 钢管的生产和使用距今大约有一百多年的历史 十九世纪初期 由于战争的需要 人们用钢板弯成管筒 然后在其搭接的边缘上加热 并在短心棒上锻接成管子 用以制造炮筒 随后 这种方法得了较大的发展 1825年左右出现了炉焊钢管法 这种方法是将金属带加热到焊接温度以后 从碗模中拉出 从此 焊管才开始了工业规模的生产 1843年以后 无缝管的生产有了很大的发展 到1896年 各种生产无缝管的技术和设备相继出现 使无缝管的生产从基础理论 生产工艺到各种辅助设备都建立了一套比较完整的体系 与此同时 由于焊接和成型的技术不良 焊接钢管的质量不好 加之作为焊管原料的带钢和钢板产量供不应求 焊管生产的发展远远落后于无缝管的生产 焊管产量只占整个钢管产量的很小部分 二十世纪初 利用霍耳效应的电阻焊接技术开始用于焊管生产 约斯特等对于电阻焊的焊接温度 焊接压力 焊接速度及其相互关系 以及对焊缝金相组织和机械性能的影响等 均作了认真的研究 同时 对于其他成型和焊接工艺问题也进行了一系列的研究 从而使焊管的质量有了明显的提高 到了三十年代 电焊管生产获得了普遍的发展 在这个期间 焊管的成型技术也有了很大的改进 出现了连续式直缝焊管成型机 并得了逐步改进与完善 1938年 卡尔 荷尔泽设计的接触电阻焊管机 如下图 已具有现代电焊管机的规模 它具有六架成型机架 一套带导向辊的焊接装置 其中包括挤压辊和毛刺清理装置 随后是三架定径机和飞剪 一 高频焊接发展历史 第二次世界大战后 接触电焊管生产得到了迅速的发展 特别是在美国 首先开始了电焊管机的系列设计 美国最初的系列是以M为代号的四个规格 分别如下 一 高频焊接发展历史 该系列的设备外形如图所示 M系列焊管机采用旋转焊接变压器 其输出功率为125300和500千伏安 电流频率为50 60赫兹 后来提高到150 180赫 旋转焊接变压器的结构如下图1 8所示 其工作原理如图1 9所示 当强度为I的电流沿电阻为R欧姆的导体流动时 t秒后在导体中所产生的热量为Q 0 24I RT卡 在焊接过程中 管坯开缝处的电阻大于电流流过管坯圆周的电阻 因此 在开缝处的带钢边缘便会产生很大的热量 这一热量可以将带钢边缘加热到焊接温度 电流通过旋转焊接变压器 通过被绝缘体2隔开的环形电极1送到管坏的边缘 将边缘加热 随后在掠夺辊的压力作用下 加热到焊管温度的管坯边缘被焊接在一起 一 高频焊接发展历史 由于交流电电流强度的周期性变化 因而沿焊缝长度不可能得到均匀的加热 当电流强度到达最大值时 焊缝上各相应点即被加热到温度或者高于焊接温度 而当电流为零值时 焊缝上相应各点则加热不足或者达不到焊接温度 因而沿焊缝长度将另一面焊接与未焊接 或者通过烧与焊接部分相互交替分布的情况 即形成所谓的周期性分布焊点 一 高频焊接发展历史 焊缝内各焊点之间的距离 与焊接速度成正比 而与电流的频率成反比 各个焊点之间的距离越小 则焊缝的气密性越好 焊缝质量越高 在相同的焊接速度情况下 提高电流频率有利用焊缝质量 同理 当电流为50赫时 焊接速度可达30 32米 分 此时相应的各个焊点之间的距离分为为5和5 33毫米 在此基础上 如果进一步提高焊接速度 将使焊缝质量大大变坏 不能满足实际需求 一 高频焊接发展历史 因此 随后在电阻焊管生产中使用120 360赫的较高频率 与此同时还出现了用直流电阻焊 感应焊和电弧焊来生产焊接钢管 但这些焊接方法的焊速都很低 频率为60 360赫的低频电阻焊在这一时期得了最广泛的应用 在这个时期 全世界差不多80 的焊接钢管都是采用这种方法生产的 因为这种方法最简单 焊接质量也有显著提高 不仅可以生产一般的输送管和结构管 而且可以生产要求比较高的锅炉管 直径从114 500毫米 壁厚从4 75到14 3毫米的石油管也可以采用这种方法进行生产 所用的焊机容量达4400千伏安 焊速可达60米 分 交流最阴对材料的化学和物理生能限制较少 但对带钢表面 特别是同焊接电极接触的带钢边缘部分要求较严 不允许有氧化铁皮和铁锈 油污等 因此 低频电阻焊一般都需要用酸洗或喷砂的方法对带钢进行处理 这种焊接方法直到今天仍在应用 由于直流电阻焊的供电设备费用太大 应用范围受到限制 它只能用于碳素钢的焊接 特别是适用焊接质量要求高 焊接毛刺小 表面光滑的焊管生产 例如小直径的冷却器管用直流电阻焊生产 不需要清除内毛刺 其外表面可以同冷拔管相比 直径大于76或102毫米 壁厚大于4毫米的钢管生产一般不采用这种方法 因为直径较大的钢管内毛刺的清除比较容易 同时对表面质量的要求也不像对小直径管那样高 因而可以采用交流电阻焊接 一 高频焊接发展历史 1950年后 生产发生了一系列变化 特别是1953年 频率达450千赫的高频接触电阻焊开始用于焊管生产 但初期发展缓慢 直到1960年 世界各国采用高频焊的焊管机组尚为数不多 1960年以后 高频接触电阻焊管生产获得了极为迅速的发展 高频焊管机组在各国大量的建设起来 随后 借助于环形感应器传递能量的高频感应也开始用于焊管生产 当高频接触取得了公认的良好效果以后 高频感应焊的应用仍然是极其有限的 在高频焊管生产中 只起到次要的作用 高频焊接具有一系列的优点 焊缝热影响小 加热速度快 在百分之一时间内就可以使金属加热到焊接温度 1130 1350 因而可以大大提高焊接速度和质量 可以焊接不经酸洗或喷丸处理的带钢 同时 不便可以焊接碳素钢 而且可以焊接不锈钢 铝合金 铜合金等多种材料 此外 高频钢管的能量消耗低 效率高 由于高频焊所具有的这些优点 因而在70年代 不但新建的中小直径电焊管机组普遍采用这种焊接的方法 而且各国对原有的低频焊管机组也改造为高频 使机组的生产能力和产品质量有了明显的提高 产品的规格和使用范围也在不断扩大 1960年以后 中小直径电焊管的成型技术 质量控制与检验技术 精整设备等各方面都有许多重大的改进和革新 高频直缝焊管在近二十年来获得了巨大的发展的主要原因是 1成本低廉 建厂投资少2焊缝质量的显著提高3非破坏性检验技术的广泛使用4品种和规格范围的扩大 此外 焊接钢管的发展是以板带钢材生产的发展相适应 钢板卷的大量供应是焊管发展的前提 二 高频焊管生产操作技术 摘要 高频焊管生产中 操作对焊管质量的影响因素包括输入热量 焊接压力 焊接速度 开口角 感应器和阻抗器的放置位置 管坯的几何尺寸及形状等几方面 在生产中掌握操作是提高焊管质量的重要途径之一 关键词 高频焊管 焊接质量 焊接压力 焊接速度 焊钢管的质量是指产品的规格尺寸要求 外观质量和焊缝质量几个方面 用户往往把焊缝质量做为焊管质量的重要标志 所以焊接质量是影响焊管质量好坏的决定因素 如何提高焊管的焊接质量是一个非常重要的问题 影响焊接质量的因素有属于外因方面 操作对焊接质量的影响 有属于内因方面 钢质 钢种对焊接的影响 在生产中掌握工艺技术及操作是提高焊管质量的重要途径之一 操作对焊管质量的影响因素包括输入热量 焊接压力 焊接速度 开口角 感应器 阻抗器放置位置及管坯形状等方面 二 高频焊管生产操作技术 1 输入热量 因为焊接工艺的主要参数之一 即焊接电流 或焊接温度 难以测量 所以用输入热量来代替 而输入热量又可用振荡器输出功率来表示 N Ep Ip式中N 输出功率 kW Ep 屏压 kV Ip 屏流 A 1 当振荡器 感应器和阻抗器确定后 振荡管槽路 输出变压器 感应器的效率也就确定了 输入功率的变化同输入热量的变化大致是成比例的 当输入热量不足时 被加热边缘达不到焊接温度 仍保持固态组织而焊不上 形成焊合裂缝 当输入热量大时 被加热边缘超过焊接温度易产生过热 甚至过烧 受力后产生开裂 当输入热量过大时 焊接温度过高 使焊缝击穿 造成熔化金属飞溅 形成孔洞 熔化焊接温度一般在1350 1400 为宜 二 高频焊管生产操作技术 2 焊接压力 焊接压力是焊接工艺的主要参数之一 管坯的两边缘加热到焊接温度后 在挤压力作用下形成共同的金属晶粒即相互结晶而产生焊接 焊接压力的大小影响着焊缝的强度和韧性 若所施加的焊接压力小 使金属焊接边缘不能充分压合 焊缝中残留的非金属夹杂物因压力小不易排出 焊缝强度降低 受力后易开裂 压力过大时 达到焊接温度的金属大部分被挤出 不但降低焊缝强度 而且产生内外毛刺过大或搭焊等缺陷 因此应根据不同的品种规格在实际中求得与之相适应的最佳焊接压力 根据实践经验单位焊接压力一般为20 40MPa 由于管坯宽度及厚度可能存在的公差 以及焊接温度和焊接速度的波动 都有可能涉及到焊接挤压力的变化 焊接挤压量一般通过调整挤压辊之间的距离进行控制 也可以用挤压辊前后管筒周差来控制 二 高频焊管生产操作技术 3 焊接速度 焊接速度也是焊接工艺主要参数之一 它与加热制度 焊缝变形速度以及相互结晶速度有关 在高频焊管时 焊接质量随焊接速度的加快而提高 这是因为加热时间的缩短使边缘加热区宽度变窄 缩短了形成金属氧化物的时间 如果焊接速度降低时 不仅加热区变宽 而且熔化区宽度随输入热量的变化而变化 形成内毛刺较大 在低速焊时 输入热量少使焊接困难 若不符合规定值时易产生缺陷 因此在高频焊管时 应在机组的机械设备和焊接装置所允许的最大速度下 根据不同规格品种选择合适的焊速 二 高频焊管生产操作技术 4 开口角 开口角是指挤压辊前管坯两边缘的夹角 开口角的大小与烧化过程的稳定性有关 对焊接质量的影响很大 减小开口角时 边缘之间的距离也减小 从而使邻近效应加强 在其它条件相同的情况下便可增大边缘的加热温度 从而提高焊接速度 开口角如果过小时 将使会合点到挤压辊中心线的距离加长 从而导致边缘并非在最高温度下受到挤压 这样便使焊接质量降低 功率消耗增加 实际生产经验表明 可移动导向辊的纵向位置来调整开口角大小 通常在2 6 之间变化 在导向辊不能纵向调整的情况下 可用导向环厚度或压下封闭孔型来调整开口角的大小 二 高频焊管生产操作技术 5 感应器和阻抗器的放置位置5 1感应器的放置位置 感应器的放置位置 距挤压辊中心线的距离 对焊接质量影响很大 距挤压辊中心线较远时 有效加热时间长 热影响区宽 使焊缝强度降低 反之边缘加热不足 也使焊缝强度降低 感应器应与管同心放置 其前端与挤压辊中心线距离大约等于或小于管径 小管是1 5倍的管径 为最佳状态 5 2阻抗器的放置位置 阻抗器 磁棒 的放置位置不但对焊接速度有很大影响 而且对焊接质量也有影响 实践证明 阻抗器前端位置正好在挤压辊中心线处时 扩口强度和压扁强度最好 当超过挤压辊中心线伸向定径机一侧时 扩口强度和压偏强度明显下降 不到中心线而在成型机一侧时 也使焊接强度降低 最佳位置即阻抗器放在感应器下面的管坯内 其头部与挤压辊中心线重合或向成型方向调节20 40mm 能增加管内背阻抗 减少其循环电流损失 提高焊接电压 在用单匝感应器时 在感应器左右两边各挂一个小阻抗器 这样既增加了焊缝磁场 还使管坯边缘邻近效应加强 焊速每分钟可提高4 5m 二 高频焊管生产操作技术 6 管坯的几何尺寸及形状要求6 1焊管坯的几何尺寸 管坯的宽度和厚度偏差大 会改变边缘的加热温度和挤压量 合格的产品必须要求管坯的宽度和厚度在公差范围之内 6 2管坯形状及相接形式 如果管坯边缘存在挠曲 镰刀弯及波皱等现象 通过成型机时就会偏离孔型中心 造成带钢两边弯曲 轧辊调整不良也会造成带钢跑偏或管坯扭曲等缺陷 造成影响焊接质量或根本无法焊接的后果 管坯两端焊接时要求两端全部厚度相接 管坯两边缘不但要平直而且要平行 纵剪带钢时圆盘剪刃间隙过大或刀刃磨损严重造成带钢边缘毛刺过大 也易产生焊接后裂纹 焊管坯上有缩孔 干裂 夹层 非金属夹杂物和偏析 气泡等内部缺陷 将对焊管的质量和使用带来严重后果 如果发现焊管坯有划伤 结疤 压痕 表面裂纹 破边等外部缺陷 应及时处理 以免影响产品质量及成材 在生产中要保持焊管表面光洁度 轧辊表面光洁度Ra必须达到0 32 并检查成对辊是否受到均匀磨损 否则产品的规格和表面质量均会受到影响 综上所述 高频焊管生产操作 其管坯质量 操作水平等对焊管的焊接质量影响较大 关于产品的规格尺寸 直径壁厚公差 和形状 根据不同品种都制定有规范标准 厂家必须遵循国家标准及客户要求组织生产 三 焊管调整技术 一 换辊 1 基准面距离 轴瓦一端有一固定端 此固定端有一基准面 或在牌坊架上 或在轴瓦上 以此确定轧制中心基准面与轧制中心的垂直距离 2 为保证轧辊预装位置正确 必须保证各水平机架的基准面在同一平面内 不得松动 3 水平下轴的水平高度各架应严格一致 以保证轧辊水平位置准确 4 机架组装的注意事项 A 开口机架下轴瓦注意方向 避免装反 上下轴不准装反 B 各调整部位保证滑动 调整方便 C 各紧固部件不得松动 D 检查轧辊尺寸和表面 检查各封闭孔导向环的尺寸和表面 E 轧辊安装固定要紧固 不允许有轴向串动和径向跳动 检查轴承是否损坏 松动 三 焊管调整技术 二 换辊后的调整 1 校验轧制中心线 A 以水平下辊为基准面校验轧制中心线是调整机组的原则 B 拉一中心细线通过成型第一架到定径最后一架 保持一定张力 并靠合孔型槽底 注意中心线不得与水平下辊外的任何部件接触 C 各架水平下辊的孔型中心均与中心线位置相符 D 各架水平下辊孔型槽底均与中心线靠合 E 正确调整轧辊的水平位置 从横向检查成型机各架水平辊的上下辊轴的中心线是否水平 是否有一头高一头低的倾斜现象 通过压下装置调整水平 F 正确调整各架的辊缝 按照孔型图和工艺规程调整各水平辊和立辊的辊缝 一般为带钢的厚度 辊缝过大则照成变形不充分 带钢在孔型内左右滑动和扭转 辊缝过小使成型负荷增加 机架损坏 2 立辊调整 A 与轧制中心对称 B 端面水平 三 焊管调整技术 C 成型2 3 4架立辊下沿高于轧制中心线 D 其他的按椭圆到圆应略底于轧制中心线 3 调整原则 A 立辊偏高 使变形带钢头部上翘 严重的造成跑头 还将使运行带钢在立辊间构成弓型 使孔型下部磨损增大 边缘刻伤带钢 B 立辊偏低 对变形带钢进入孔型不利 易跑头 并刻伤带钢边缘或出现横向墩粗 造成焊接质量缺陷 C 导向辊 按中心线高度将下辊孔型槽底调至略高与中心线 作用 消皱 电流集中增大 D 八辊调整 将一段成品管插入八辊尽量使辊子对中 调整适当压力 调整孔型位置 使钢管与轧制线平行 推动钢管可准确插入定径 E 挤压辊调整 1 出口管成扁圆状 即立面小于平面 2 管缝在辊缝中 不得埋入孔型中 3 管筒边缘对接良好 不得错位 4 头部运行稳定 不准上下左右偏离转缝 三 焊管调整技术 三 生产过程中的调整 一 错位和扭转1 平辊A 轧辊对中性良好 但上下辊平行度稍差 将造成轴间距小的带钢一侧压力稍大 使其向反方向偏转 应增加带钢偏转侧的压力 为正调法 调整量小 B 上下轴平行度好 但轧辊对中性差 上辊偏向内侧 则带钢内侧压力大 使其向外侧偏转 应减少带钢偏转侧的牙力 为反调法 调整量大 此故障在四五架出现较多 应首先检查上下轴的平行度 C 封闭孔各架上辊导向环的两侧片辊严重磨损或导向环损坏 2 立辊A 归圆前立辊错动方向与钻缝方向一致 B 闭口立辊错动较大 将造成管缝一侧帖紧前架导环运行 使管筒反向转缝 C 立辊多方向错位将造成管缝不规则转缝 使管筒运行极不稳定 D 水平辊的磨损将造成轧制中心线的下降 使立辊相对增高 翘头 顶管入缝 E 规圆前立辊压力不够 管头入辊缝 F 各架两侧立辊不对称或有高低串动 三 焊管调整技术 3 挤压辊A 轻微错动 按管缝方向将导向辊反向旋转 B 错动较大 因挤压辊中心错动使管筒边缘一侧紧贴导向片运行 此时将造成焊口的反向转缝 即错动方向与转缝方向相反 C 采用挤压辊的扁孔型设计 D 保持水平 不得出现仰角 E 适当保持挤压力 4 带钢有镰刀弯 5 如果带钢走得稍微不平稳 可用增大压下量的办法来消除 二 鼓包1 轧制底线是否合理 各架下辊底径是否合理 轧辊孔型设计是否合理2 调整时适当加大封闭孔前力辊组压力 适当加大封闭孔压下量 适当加大预成型开口孔的压下量 3 鼓包起因是板材在成型过程中的边缘拉伸 调整的一般做法是把封闭孔逐渐上山消除 三 焊管调整技术 三 压痕和划伤1 轧辊有缺陷 轧辊碎裂 掉块或轧辊上粘住铁皮等杂物 2 管坯运动速度和轧辊圆周速度不相等 出现相对滑动 可拆除传动轴使轧辊自由转动 3 辊径不合理 轴承损坏 轧辊表面不光滑 辊环倒角不好 四 操作对焊接质量的影响A 感应器1 感应器与钢管的距离为3 5毫米 2 多匝感应器应为二到四匝 用圆形或方形铜管缠成圆桶状 当中通水冷却 3 单匝感应器的宽度 焊1 5寸以下管时为管直径的1 5倍 焊2 3寸管时 为管直径的1 2倍 焊4寸以上时 与管直径相等 多匝感应器的宽度 参照单匝选取 比单匝稍窄即可 4 放置位置 感应器与管同心放置 其应尽量靠近挤压辊 为提高效率 可将感应器斜放与焊缝成一个角度 三 焊管调整技术 B 阻抗器 磁棒 1 间隙 与管子的间隙为6 15毫米2 长度 焊1 5寸以下管时150 200毫米 焊2 3寸管时250 300毫米 焊四寸以上时350 400毫米 3 放置位置 其头部应与挤压辊中心线重合 尾部到感应器的中心距离应大于头部到感应器的中心长度 4 为增加效率可在感应器的两侧加附加阻抗器 C 焊接制度1 固相塑性压焊这种方式是把管坯边缘加热到1300 1350摄氏度的高温 但还未达到溶化状态 由于挤压辊强大的压力 将边缘部分的氧化物薄膜挤出焊缝 在高温下固相在结晶 使两边缘焊在一起 这种方式要求挤压辊的挤压力较大 应不低于4 5公斤 毫米 其内毛刺高度小 但表面平整均匀 其特征是焊接时没有火花喷溅 三 焊管调整技术 2 半熔化焊接这种方式是把管坯边缘在交点处加热至半熔化状态 其焊接温度