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焊管史话之对接焊管工艺的扩展

Whitehouse 对接焊管工艺虽经过多次改进,钢管外径仍然限制在3 in以内。美国的油井管和管线管市场快速催生了由对接焊管和搭接焊管方汉组合的对接一搭接焊管工艺,可以生生产钢管的外径扩展到16 in以上的钢管需求很小,这类大直径钢管仍沿用仅经过微小改进的传统搭接焊管生产工艺。

约在1910年,一种叫氧乙炔焊接的工艺初次出现。与早期的热加工钢管工艺不同,它属于冷加工,所以此方法尤其适用小直径、薄壁钢管的生产。
1 中直径钢管的对接-搭接组合工艺

如果钢管外径或板带宽度超过了一定的范围,使用 Whitehouse 的对接工艺法就很难操作,且不能保证钢管质量。当钢带加热到接近熔点后进行拉拔,在钟形模内钢带边缘容易向内塌陷变形而难以进步行正常的对接焊接,并且钢带经常被撕裂。虽然采取了一些措施,但是效果不稳定,不能广泛应用。钟形模生产的实际钢管极限外径大约为3 in。

解决此问题的方法是把对接焊管与辊式搭接焊管法结实起来形成新的组合工艺。新工艺主要的突破在于焊接前先进行预成型。制管钢板加热到相对较低的温度,在赤热状态搭接边不能焊接在一起,则通过钟形模进行拉拔形成带有搭边的开口焊缝钢管。开口焊缝钢管然后继续加热到白热状态,紧接着搭接边在辊轧机的辊子和固定芯棒之间焊接起来。

该方法最主要的特点是采用低温通过钟形模进行拉拔,在相对较低温的赤热状态,制管钢板保持一定的机械强度,解决了钢板边部塌陷问题,即使大直径钢管也可以拉拔成功。此外可以不用焊接短棒就能卡紧实现拉拔,能实现高速拉拔而不会拉断。

此种“杂交”的工艺生产生于美国石油和天然气爆发的年代,成为大量生产中直径钢管怕流行工艺,直到20世纪20年代中后期才出现了中直径钢管生产的电阻焊和无缝钢管新工艺。
1.1 对接-搭接焊管组合工艺过程
(1)坯料准备
轧制料是一条钢带,厚度比要生产钢管最约厚10%,有些比要生产钢管长度短15%-20%。钢板为低碳钢,w(C)<0.12%,w(Mn)=0.4-0.55%,抗拉强度<500MPa。
(2)边部修整
?轧制制管钢板的搭接边时,可能会使轧机超载,因此将钢板边部先修整为一个角度。开始时采用长的冷刨床,后马上采用了热搭接边成型机。此成型机位于加热炉出口和钟形模之间,底部轧辊是固定的,但是上面轧辊可以调整以适应钢板规格,一次性把钢板边部轧成一定坡口角度。
(3)板坯加热
边部处理后,钢板再次通过煤气的反射炉进行加热,板坯一个跟一个地排列在炉膛内。装料小车在轨道上运行,使用铲式装置进地上料。
(4)成型开口管
夹钳的头部伸入钟形模,然后卡住钢板,慢慢拉拔就可形成带搭接边的开口焊缝荒管。根据钢管外径搭边从10-30mm 变化。组装模由左右两部分组成,使得搭接量可以做微小调整。开口焊缝荒管滚入倾斜台架,使钢管进入焊接加热炉的入口。
(5) 再次加热

在焊接加热炉,开口焊缝钢管被加热到白热状态。加热过程中,在炉床的右侧或左侧,钢管被多次旋转,炉床的中心有一个管坯槽。当钢管通体达到白热状态时,钢管的焊缝朝下被放入到管坯槽中,然后引到焊接轧机中。轧要的轧制线和钢管的中心线必须对中,因此加热炉的管柸槽须根据每次加工钢管直径的不同进行对中调整。
(6)焊缝焊接

焊缝轧机是单向、两辊式轧机,由一个400马力的电机驱动。上辊和下辊的孔型槽均为椭圆形。在出料侧设有一个心轴,在其头部有一个铸铁或者铸钢的锥形顶头,然后把其放入轧辊孔型,在轧辊孔型槽和锥形顶头之间狭小的空间里轧制焊接。轧制之后,卸下锥形顶头进入冷却水槽内。心轴则沿轧制线返回到起始位置,钢管下线。

钢管不能通过单次轧制就获得光滑表面和牢固的焊缝,因此返回工作台把钢管运加到焊接加热炉的入口进行再次加热,然后在焊接辊轧机上进行再次轧制。通常两次或者三次轧制即可,再次轧制时需使用比上一道次直径稍微大的锥形顶头。

从焊接辊轧机出来的钢管外径比想要生产的直径大2-3 mm 。定径机将对钢管进行最后定径。在钢管没有冷却前,使用斜辊热矫直机去除其表面的锈皮,保证钢管的圆度和直线度。然后钢管被运输到齿条式冷床,之后进行切实。

1.2 对接-搭接组合工艺适用范围

该方法生产钢管的外径是60-406 mm,60 mm外径钢管的最小壁厚是 2.5 mm,长度是 6-7.5 m。对于外径50.8mm 以下的钢管,该方法的设备投资费和生产成本则无法与传统的钟形模对接焊接工艺相竞争。最大外径生产极限仍然是406mm ,主要因为对更大规格钢管没有足够的需求去尝试批量生产的轧机,其实因为更大规格钢管会遇到操作困难。

 
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