直縫鋼管形成工藝和用途

直縫鋼管是焊縫與鋼管縱向平行的鋼管。通常分為公制電焊鋼管、電焊薄壁管、變壓器冷卻油管等等。
　　生產(chǎn)工藝
　　直縫高頻焊接鋼管具有工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，快速連續(xù)生產(chǎn)的特點(diǎn)，在民用建筑、石化、輕工等部門有廣泛用途。多用于輸送低壓流體或做成各種工程構(gòu)件及輕工產(chǎn)品。
　　1.直縫高頻焊接鋼管的生產(chǎn)工藝流程
　　直縫焊接鋼管是通過高頻焊接機(jī)組將一定的規(guī)格的長(zhǎng)條形鋼帶卷成圓管狀并將直縫焊接而成鋼管。鋼管的形狀可以是圓形的，也可以是方形或異形的，它取決于焊后的定徑軋制。焊接鋼管的材料主要是：低碳鋼及σs≤300N/mm2、σs≤500N/mm2的低合金鋼或其他鋼材。直縫鋼管高頻焊接的生產(chǎn)工藝流程如下：
　　2.高頻焊接
　　高頻焊接是根據(jù)電磁感應(yīng)原理和交流電荷在導(dǎo)體中的趨膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)和渦流熱效應(yīng)，使焊縫邊緣的鋼材局部加熱到熔融狀態(tài)，經(jīng)滾輪的擠壓，使對(duì)接焊縫實(shí)現(xiàn)晶間接合，從而達(dá)到焊縫焊接之目的。高頻焊是一種感應(yīng)焊（或壓力接觸焊），它無需焊縫填充料，無焊接飛濺，焊接熱影響區(qū)窄，焊接成型美觀，焊接機(jī)械性能良好等優(yōu)點(diǎn)，因此在鋼管的生產(chǎn)中受到廣泛的應(yīng)用。
　　鋼管的高頻焊接正是利用交流電的趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，鋼材（帶鋼）經(jīng)滾壓成型后，形成一個(gè)截面斷開的圓形管坯，在管坯內(nèi)靠近感應(yīng)線圈中心附近旋轉(zhuǎn)一個(gè)或一組阻抗器（磁棒），阻抗器與管坯開口處形成一個(gè)電磁感應(yīng)回路，在趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的作用下，管坯開口處邊緣產(chǎn)生強(qiáng)大而集中的熱效應(yīng)，使焊縫邊緣迅速加熱到焊接所需溫度經(jīng)壓輥擠壓后，熔融狀態(tài)的金屬實(shí)現(xiàn)晶間接合，冷卻后形成一條牢固的對(duì)接焊縫。
　　3.高頻焊管機(jī)組
　　直縫鋼管的高頻焊接過程是在高頻焊管機(jī)組中完成的。高頻焊管機(jī)組通常由滾壓成型、高頻焊接、擠壓、冷卻、定徑、飛鋸切斷等部件組成，機(jī)組的前端配有儲(chǔ)料活套，機(jī)組的后端配有鋼管翻轉(zhuǎn)機(jī)架；電氣部分主要有高頻發(fā)生器、直流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)和儀表自動(dòng)控制裝置等組成。現(xiàn)以φ165mm高頻焊管機(jī)組為例，其主要技術(shù)參數(shù)如下：
　　3.1 焊管成品
　　圓管外徑： φ111~165mm
　　方管： 50×50~125×125mm
　　矩形管： 90×50~160×60~180×80mm
　　成品管壁厚：2~6mm
　　3.2 成型速度： 20~70米/分鐘
　　3.3 高頻感應(yīng)器：
　　熱功率： 600KW
　　輸出頻率： 200~250KHz
　　電源： 三相380V 50Hz
　　冷卻： 水冷
　　激勵(lì)電壓： 750~1500V
　　4.高頻激勵(lì)電路
　　高頻激勵(lì)電路（又稱高頻振蕩電路），是由安裝在高頻發(fā)生器內(nèi)的大型電子管和振蕩槽路組成，它是利用電子管的放大作用，在電子管接通燈絲和陽極時(shí)，把陽極輸出信號(hào)正反饋到柵極，形成自激振蕩回路。激勵(lì)頻率的大小取決于振蕩槽路的電氣參數(shù)（電壓、電流、電容和電感）。
　　5.直縫鋼管高頻焊接工藝
　　5.1 焊縫間隙的控制
　　將帶鋼送入焊管機(jī)組，經(jīng)多道軋輥滾壓，帶鋼逐漸卷起，形成有開口間隙的圓形管坯，調(diào)整擠壓輥的壓下量，使焊縫間隙控制在1~3mm，并使焊口兩端齊平。如間隙過大，則造成鄰近效應(yīng)減少，渦流熱量不足，焊縫晶間接合不良而產(chǎn)生未熔合或開裂。如間隙過小則造成鄰近效應(yīng)增大，焊接熱量過大，造成焊縫燒損；或者焊縫經(jīng)擠壓、滾壓后形成深坑，影響焊縫表面質(zhì)量。
　　5.2 焊接溫度控制
　　焊接溫度主要受高頻渦流熱功率的影響，根據(jù)公式（2）可知，高頻渦流熱功率主要受電流頻率的影響，渦流熱功率與電流激勵(lì)頻率的平方成正比；而電流激勵(lì)頻率又受激勵(lì)電壓、電流和電容、電感的影響。激勵(lì)頻率公式為：
　　f=1/[2π(CL)1/2]...(1)
　　式中：f-激勵(lì)頻率(Hz)；C-激勵(lì)回路中的電容(F)，電容=電量/電壓；L-激勵(lì)回路中的電感，電感=磁通量/電流
　　上式可知，激勵(lì)頻率與激勵(lì)回路中的電容、電感平方根成反比、或者與電壓、電流的平方根成正比，只要改變回路中的電容、電感或電壓、電流即可改變激勵(lì)頻率的大小，從而達(dá)到控制焊接溫度的目的。對(duì)于低碳鋼，焊接溫度控制在1250~1460℃，可滿足管壁厚3~5mm焊透要求。另外，焊接溫度亦可通過調(diào)節(jié)焊接速度來實(shí)現(xiàn)。
　　當(dāng)輸入熱量不足時(shí)，被加熱的焊縫邊緣達(dá)不到焊接溫度，金屬組織仍然保持固態(tài)，形成未熔合或未焊透；當(dāng)輸入熱時(shí)不足時(shí)，被加熱的焊縫邊緣超過焊接溫度，產(chǎn)生過燒或熔滴，使焊縫形成熔洞。
　　5.3 擠壓力的控制
　　管坯的兩個(gè)邊緣加熱到焊接溫度后，在擠壓輥的擠壓下，形成共同的金屬晶粒互相滲透、結(jié)晶，最終形成牢固的焊縫。若擠壓力過小，形成共同晶體的數(shù)量就小，焊縫金屬?gòu)?qiáng)度下降，受力后會(huì)產(chǎn)生開裂；如果擠壓力過大，將會(huì)使熔融狀態(tài)的金屬被擠出焊縫，不但降低了焊縫強(qiáng)度，而且會(huì)產(chǎn)生大量的內(nèi)外毛刺，甚至造成焊接搭縫等缺陷。
　　5.4 高頻感應(yīng)圈位置的調(diào)控
　　高頻感應(yīng)圈應(yīng)盡量接近擠壓輥位置。若感應(yīng)圈距擠壓輥較遠(yuǎn)時(shí)，有效加熱時(shí)間較長(zhǎng)，熱影響區(qū)較寬，焊縫強(qiáng)度下降；反之，焊縫邊緣加熱不足，擠壓后成型不良。
　　5.5 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。阻抗器用一根鋼絲拖動(dòng)在管坯內(nèi)，其中心位置應(yīng)相對(duì)固定在接近擠壓輥中心位置。開機(jī)時(shí)，由于管坯快速運(yùn)動(dòng)，阻抗器受管坯內(nèi)壁的磨擦而損耗較大，需要經(jīng)常更換。
　　5.6 焊縫經(jīng)焊接和擠壓后會(huì)產(chǎn)生焊疤，需要清除。清除方法是在機(jī)架上固定刀具，靠焊管的快速運(yùn)動(dòng)，將焊疤刮平。焊管內(nèi)部的毛刺一般不清除。
　　5.7 工藝舉例
　　現(xiàn)以焊制φ32×2mm 直縫焊管為例，簡(jiǎn)述其工藝參數(shù)：
　　帶鋼規(guī)格：2×98mm 帶寬按中徑展開加少量成型余量
　　鋼材材質(zhì)：Q235A
　　輸入 勵(lì)磁電壓：150V 勵(lì)磁電流：1.5A 頻率：50Hz
　　輸出 直流電壓：11.5kV 直流電流：4A 頻率：120000Hz
　　焊接速度：50米/分鐘
　　參數(shù)調(diào)節(jié)：根據(jù)焊接線能量的變化及時(shí)調(diào)節(jié)輸出電壓和焊接速度。參數(shù)固定后一般不用調(diào)整。
　　6.高頻焊管的技術(shù)要求與質(zhì)量檢驗(yàn)
　　根據(jù)GB3092《低壓流體輸送用焊接鋼管》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，焊管的公稱直徑為6~150mm，公稱壁厚為2.0~6.0mm，焊管的長(zhǎng)度通常為4~10米，可按定尺或倍尺長(zhǎng)度出廠。鋼管表面質(zhì)量應(yīng)光滑，不允許有折疊、裂縫、分層、搭焊等缺陷存在。鋼管表面允許有不超過壁厚負(fù)偏差的劃道、刮傷、焊縫錯(cuò)位、燒傷和結(jié)疤等輕微缺陷存在。允許焊縫處壁厚增厚和內(nèi)縫焊筋存在。
　　焊接鋼管應(yīng)做機(jī)械性能試驗(yàn)和壓扁試驗(yàn)以及擴(kuò)口試驗(yàn)，并要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。鋼管應(yīng)能承受一定的內(nèi)壓力，必要時(shí)進(jìn)行2.5Mpa壓力試驗(yàn)，保持一分鐘無滲漏。允許用渦流探傷的方法代替水壓試驗(yàn)。渦流探傷按GB7735《鋼管渦流探傷檢驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。渦流探傷方法是將探頭固定在機(jī)架上，探傷與焊縫保持3~5mm距離，靠鋼管的快速運(yùn)動(dòng)對(duì)焊縫進(jìn)行全面的掃查，探傷信號(hào)經(jīng)渦流探傷儀的自動(dòng)處理和自動(dòng)分選，達(dá)到探傷的目的。
　　探傷后的焊管用飛鋸按規(guī)定長(zhǎng)度切斷，經(jīng)翻轉(zhuǎn)架下線。鋼管兩端應(yīng)平頭倒角，打印標(biāo)記，成品管用六角形捆扎包裝后出廠。