Подготовка штрипса для

сварки труб методом ERW

 

Подготовка кромки металлической полосы перед использованием в трубосварочной линии контактной или индукционной сварки сопротивлением существенно сказывается на качестве конечного продукта. Позаботьтесь о необходимых подготовительных операциях, если хотите получить продукт соответствующего качества.

Качественный сварочный шов начинается с хорошей подготовки (свариваемой) кромки.

При производстве труб на сварочном стане сварки сопротивлением (ERW) данное обстоятельство имеет решающее значение. Идеальную кромку практически невозможно получить непрерывной обрезкой кромки на полосах одной ширины или при нарезке одного рулона на несколько полос.

Как в случае обрезки кромки на штрипсе одной ширины, так и при продольной резке (штрипса на несколько полос) с обрезкой кромки для нас критично добиться удаления одинакового количества металла с каждой стороны для получения полосы нужной ширины и формы кромки, нужного качества сварного шва и нужных размеров трубы.

В процесс получения трубы входят три отдельных операции, которые оператору необходимо тщательно контролировать - подготовка кромки полосы, формовка полосы, сварка краёв (сопротивлением).

Данная статья рассматривает три аспекта подготовки кромки:

1. Необходимость получения наиболее чистых, гладких и твердых обрезных кромок для получения наиболее ровного и качественного сварочного шва

2. Основные механизмы резки

3. Стандарты для обрезного края, к которым необходимо стремиться, чтобы оператор сварочного стана мог добиться наилучшего качества сварного шва. Поскольку данная статья рассматривает не высокочастотную сварку, необходимо внимательно рассмотреть характеристики тока в процессе сварки.

Глубина проникновения в края металла перед закрытием "V" для сварочного узла частотой 450,000 цикла в секунду (cps) составляет примерно 1/32 дюйма. Заусенцы, шероховатости и другие дефекты на соединяемых поверхностях, достигающие размеров 1/32 дюйма привести к дефектам сварки. Также острые выступы и неровности приведут к скачкам тока высокой частоты.

Хотя неровности на краях проходят через защемляющие клети, они могут смещаться с поверхности из-за очень сильного нагрева. Эти неровности могут затем окисляться на обеих сторонах и образовывать дефект, известный как "черное пятно". Смещение таких неровностей вызывается нагревом и токами высокой частоты в свариваемом "V"-участке.

Когда свёрнутый лист выходит из последней защемляющей клети, он проходит через индуктор или движущийся контакт. Края нагреваются равномерно, если они параллельны друг другу в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Если же нижние рёбра ближе друг к другу, чем верхние - как оно обычно и происходит, - то нагрев будет сильнее там, где рёбра ближе.

Если свариваемые края ровные, чистые и твёрдые, то единственный род дефектов может быть вызван чрезмерным или недостаточным нагревом.

Если из-за слишком высокой мощности возникают условия избыточного нагрева, могут возникать такие дефекты как выступы и провалы. Если настройки мощности при постоянной скорости приводят к слишком холодным условиям сварки, тогда появляются дефекты в виде тестообразного шва, "холодного" шва или отсутствия шва.

Механика резки дисковыми ножницами.

Рис.1 Резка между двумя дисковыми ножами с зазором.

 

Резка между двумя дисковыми ножами с зазором.

Основными соображениями для использования вращательной резки для удаления или отделения материалов являются следующие:

1. Требования мощности и усилия.

2. Производительность механизмов.

3. Влияние процесса на физические свойства материалов.

4. Качество отделяемой поверхности.

Оператор никак не может влиять на форму кромки. Форма заготовки, хорошая или плохая, зависит от формы поперечного сечения исходного материала.

Проблемы, приводящие к плохой форме, включают волнистый край, загнутый край, прогиб, разнотолщинность, волнистость. Заготовка может быть пригодна для процесса сварки труб методом ERW даже при наличии вышеупомянутых дефектов.

Когда заготовка пропускается через роторные ножницы, материал проходит через пару дисковых лезвий, которые надеты на параллельные валы и образуют зазор или ступеньку. Окружности дисков пересекаются, что приводит к пережимающему усилию и разделению материала (см. рис. 1).

Сами лезвия совершают лишь частичный рез сверху и снизу. Остальное переламывается или крошится. Именно та часть, которая крошится, производит кромку с дефектами в процессе сваривания труб по ERW технологии.

Перед изучением отрезного края заготовки производителю необходимо обдумать цели, к которым он стремится.

Рис.2 

Сечение Рис.2A демонстрирует теоретически совершенный образец обрезной заготовки. Края чистые, однородные, без заусенцев и идеально прямоугольные.

Если можно было бы получать такую кромку, то проблемы в процессе сварки могли бы быть сведены к минимуму. Но это невозможно из-за того исходного материала, с которым производителю приходится работать. Рис.2B демонстрирует теоретическое сечение горячекатаного штрипса. Рис.2C показывает полосы, образующиеся при продольной резке штрипса.

Соотношение реза к разлому определяется химическим составом и твёрдостью заготовки, а также зазором между нижним и верхним дисковыми ножами. Этот зазор определяется по толщине заготовки и качеству отрезной кромки. Цель состоит в том, чтобы делать как можно больший рез, но при этом предотвращать слишком скорый износ ножа.

Микроскопическое исследование отрезной кромки покажет, что она представляет из себя комбинацию закатывания, реза, разрыва и конечного заусенца.

Качество отрезной кромки будет определяться величиной зазора между дисковыми ножами. Заточка и износ ножей также скажется на качестве кромки.

По мере усиления пластической деформации и проникновения лезвия начинается закатывание края. Закатывание края является результатом комбинированного действия сжатия, пары сил в результате давления ножей, и зазора между ножами (см. рис. 3).

Рис.3

 

По мере проникновения лезвия образуется сглаженная поверхность. Эта поверхность относительно плоская, гладкая и однородная, и она приходится лишь на небольшую часть толщины заготовки. По мере протягивания заготовки через ножи, проникновение углубляется до тех пор, пока усилие не превысит прочность заготовки. Тогда происходит разрыв.

Поверхность разрыва предстаёт взгляду как гранулированная и приходится на большую часть толщины заготовки.

Далее идёт заусенец. Он присутствует почти всегда и является результатом смещения материала из-за действия давления и скруглённой (затуплённой) части режущей кромки.

Состояние края после реза

Было бы ошибкой обсуждать стандарты качества отрезной кромки, получаемой в процессе изготовления труб по технологии ERW без учёта факторов, определяющих общее качество заготовки.

Пользователи ERW трубосварочных станов понимают, что продольная резка и обрезка кромки могут привнести такие дефекты, которых не было у исходных материалов. Обрезка кромки и продольная резка не влияют на твёрдость и химический состав, но они влияют на вид поверхности, ширину, плоскостность, кривизну и волнистость краёв. А эти факторы влияют на качество и пригодность получаемой трубы.

Рис.4

Если заготовка не поддерживается в поперечном направлении роликами на всю ширину заготовки и прижимными роликами на входной и выходной сторонах продольной и обрезной секций, она будет выгибаться ближе к центру, при этом обрезная ширина окажется шире заданной. Это особенно верно для заготовок труб большого диаметра.

Наиболее важными характеристиками заготовки для изготовления сварных труб на ERW оборудовании являются:

1. Вид поверхности.

2. Форма.

3. Точность размеров.

4. Равномерность прочности.

5. Кромка.

Зазор между ножами наиболее сильно сказывается на качестве поверхности кромки. Рис.4 показывает различные формы кромки при разных зазорах ножей.

Зазор вычисляется всегда как процент от толщины заготовки. Рис.4 показывает 2 типа краёв и приводит данные для 5 типов краёв.

Подобные таблицы данных, которые оператору линии следует собирать в процессе работы, послужат хорошим началом осуществления статистического контроля процесса (SPC). Существует целый ряд (измерительных) устройств, позволяющих оценить качество поверхности.

Самым простым методом проверки поверхности кромки будет сравнить с имеющимся образцом. Такой образец может быть произведен в заводских условиях, чтобы давать понятие о допустимом качестве кромки.

Другие составляющие, оказывающие действие на качество заготовки в процессе производства сварных труб методом ERW включают оборудование, набор инструмента, техобслуживание, последовательность операций.

Хотя некоторые неровности края могут быть закатаны в поверхность и впоследствии стать причиной проблем при сварке, другие могут быть более заметными и их не удаётся сравнять с поверхностью.

Существует как минимум два вида оборудования для выравнивания отрезного края заготовки после использования роторных ножниц. Старейшим является строгальщик кромки, также называемый «скайвер». Другой тип - фрезеровщик кромки (edge miller).

Фрезеровщик может использоваться вместе с имеющимся устройством резки, либо просто для подготовки кромки штрипса. Обычно фрезеровщик удаляет от 10 до 15 мм с каждой стороны при нормальной производственной скорости. При сниженной скорости он снимает 1-1.5 дюйма (37.5 мм) с каждой стороны.

Подведём итог:

В среде нынешней рыночной конкуренции, когда всем нужен продукт высокой надежности и качества, производители труб должны максимально использовать все возможности производственных процессов. Иначе им просто не удастся удовлетворить спрос.

Производителям труб необходимо иметь сравнительную методику для определения качества кромки листа, отправляемого в трубосварочный стан. На основании полученных данных можно составить таблицы статистического мониторинга процессов с целью повышения точности в обработке кромки. Такие таблицы могут даже поставить производителя перед тем фактом, что имеющееся у него оборудование недостаточно для получения кромки нужного качества для хорошего сварного шва.

Автор: Лью Уоррен

30 мая 2001 года.

Вверх
MMS International