《高频焊管技术交流(17页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频焊管技术交流(17页).doc（16页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、-高频焊管技术交流-第 16 页高频焊管技术交流高频焊管技术交流之1直缝焊管F-F-X成型原理之2排辊成型之3高频焊接原理直缝焊管F-F-X成型原理 F-F-X是英语的缩写，代表弯曲成型系统控制的意思。直缝焊管的辊压弯曲成型一般都需经过三种基本弯曲工序：开式实弯，开式自由弯，闭口自由弯。随着在线中频正火工艺的成熟，直缝焊管的生产越来越向大规格，厚管壁，高钢级的方向发展，在一些以前都属于无缝钢管的产业领域，如汽车传动管，锅炉压力管，石油套管，油汽输送管等，高钢级，高质量的直缝焊管正在大规模地被采用，取代大量耗能的无缝钢管。与此同时，大规格，厚管壁，高钢级的产品特点，对于焊管的辊弯成型也提出了越来
2、越高的要求。到现在为止，焊管机组的弯曲成型工艺一直在不断地进步，近五十年来，弯曲成型工艺经历了三个阶段的技术进步：连续弯曲法圆弧弯边法组合成型法。连续弯曲法是从管坯的边缘部分开始弯曲，从边缘起连续的向中心弯曲，传统机组采用的弯曲成型工艺都是连续弯曲法；圆弧弯边法是对管坯的全长进行整体的弯曲，弯曲的曲率分道次从大到小，排辊机组采用的弯曲成型工艺就是圆弧弯曲法；组合成型法是将管坯的边缘部分进行连续弯曲，对管坯的中间段和连接段进行圆弧弯曲，F-F-X机组采用的弯曲成型工艺就是组合弯曲法。（1）传统成型 连续弯曲法是一直以来使用最多的传统成型方式，在采用传统成型方式时，一般都是采用连续弯曲法对边缘部分
3、进行实弯，用立辊进行辅助的自由弯曲，然后进入闭口孔型进行整体弯曲。我国多数50，76，89，114，273等焊管机组，基本上都是采用的传统成型方式。这种方式的优点是实弯段较充分，机组传动力分布较为均匀。但是，由于其孔型基本没有兼容性，一种规格的钢管需要用一套模辊来成型，在同一台机组上要生产多种规格，不同壁厚的钢管，所需要的成型模辊用量很大。以273机组为例，通常一台国产机组价格为250万元左右，配置一种模辊需要20吨，如采用Gr15作为模辊材料，约30000/T，约需投入60万元；如采用9Cr2Mo作为模辊材料，约45000/T，约需90万元。如要在这台机组上生产1015种规格，每种规格要增加
4、710吨模辊，约需200300万元。在钢管生产企业里，一台投入生产三、五年的焊管机组，其模辊投资往往等于甚至于大大超过机组设备的投资。以致很多生产企业为了节约模辊投资，只能在生产不同壁厚的管材时，共用一套模辊。可是，当我们需要生产高钢级高要求的管子时，厚径比对于成型有关键性的影响，这种忽略厚度间隙的成型方式，导致了管材质量的不稳定。同时，采用这种传统的成型方式，换一次辊需要较长的时间，对于大于273以上规格的大型焊管机组，每次换辊都需要停机一到二个班，而且在现时没有专用换辊设备的条件下，换辊基本上靠操作工人用手工形式换辊，这是很艰难繁重，危险费力的工作。换辊停机时间过长，也是影响机组效率的重要
5、因素。 如果说，模辊的合理性是机组产品质量的生命线，那么，模辊的兼容性则是企业市场竞争的生命线。根据权威部门的报告，我国现有直缝焊管产业是市场化程度很高的产业，换句话说，是竞争非常激烈的产业。特别是中小型机组，现有国内机组的装机容量，到2004年止，已超过市场需求量的50%以上，这个事实说明，我们的所有钢管生产企业，都将在严酷的竞争机制下生存。能不能接小批量，多品种的单子，能不能做高钢级，高等级的管子，这是企业在日益激烈的市场竞争中有没有竞争力的标记。正是在这种情况下，由奥钢联开发的焊管排辊成型技术才应运而生，并在我国得到了迅猛发展和推广。这种排辊成型的技术，在成型前道达到了一定程度的模辊兼容
6、，以同一套模辊成型一定范围内所有型号规格的钢管，受到世界上所有钢管生产厂家的欢迎。仅仅二十年时间，在世界范围内所有的焊管生产企业中，排辊成型就得到了极广泛的应用推广。 （2）排辊成型 排辊成型采用圆弧弯曲法的方式。排辊成型的生产方式在直缝焊管的生产中占有重要地位。排辊成型的基本特征是：立辊排辊化，以尽可能地扩大模辊的兼容性。排辊成型的最明显的特征，是它设置了一个特别的排辊群。有了这组排辊群，就可以很方便地根据成型管径来调节辊位，排辊机组的成型路线也比传统的机组要大大缩短，这是排辊机组的优势。但是，由于排辊群主要采用自由弯曲，对于厚径比较大，钢级较高的管子成型就比较困难，这是由排辊成型的性质所决
7、定的。排辊成型的主要优点是它的兼容性，它也有着自己的缺陷。归结起来，排辊成型有以下七个方面的缺陷： 1 由于实弯不充分，导致板材两端部的弯曲成型性较差，特别是对于薄壁管的成型，常常造成失稳，容易产生波浪形，影响钢管焊接和成型质量。2 排辊成型的一个显著特征是：它有一组由许多小立辊按一定角度布排而成的排辊群。这组排辊群成型间隔很紧凑，这是因为排辊群成型是一种自由弯曲，自由弯曲的特点是材料的弹复量很大。为了减少弹复对成型的影响，它只能做得很紧凑，因此排辊群都无法设置动力传动装置。因为排辊群没有动力驱动，这对于如高钢级材料，（如X60,J55,N80等）；表面磨擦系数小的材料；厚径比大的材料等就会造
8、成强推的现象。3 由于排辊组成型段较长而且无法实弯压紧，管坯材料极易在其间发生左右滚动，常因此而使得成型中心线走偏。4 为了避免滚动，往往多用导向立辊来限制其成型位置，结果是常常使得板材两端部异常地增厚，而且这种增厚，从最边部向内呈梯形分布，焊接后很难清除管子的内外毛刺。5 为使得机组增加驱动力，只能增加初成型段的上下辊作推动，不均匀的巨大推力使两端部成型性变差并失稳，尤其是薄壁管成型更为明显。6 成型高强度钢级时，由于材料的弹性回复极大，排辊群的自由弯曲使得管坯呈现长宽比较大的椭圆形，使得第一道闭口孔型难以进入，造成管坯的边缘和钢管的表面擦伤。7 大量导向辊的应用，使得每次换辊和调整变得十分
9、困难。 （3）F-F-X成型 F-F-X成型是一种组合成型法方式，是在上世纪八十年代，由日本中田制作所和东京大学经过近十年的研究和实践，提出的新的成型方式。F-F-X是英语“弯曲-成型-系统”的第一个字母的字头，F-F-X开创了一种完全新的圆管成型模式。这种成型方式，将管子的弯曲成型作为一个互相联系，互相影响的系统，它将实弯，空弯有机地组合起来，开发了独创性的渐开线模辊成型系统和全数字化控制系统。近十年来，已在世界上近十个国家有关厂家使用了中田制作所的机组，从219机组到610机组，我国徐州光环，中油天宝，华北油田等单位都已引进了日本中田的机组，并取得了很好的成效。实践证明，这种成型方式具有系
10、统可控制，高精确度的优点。它的主要特点是：1 采用了初轧段上下模辊可调角度的独特机构，最大限度地利用了上下模辊的实弯成型面，这种可调角度的机构制作精度极高，采用了机液联动的控制方式；2 采用了独特的渐开线成型模辊和卷贴式成型方式。其中渐开线成型模辊曲线复盖了相当大范围内的管径，卷贴式的成型方式适应了因材质不同而造成的弹复调节量变化，能够特别方便而快速地调节因材质和厚度而造成的变化。3 以有限元技术作为成型技术的研究基础，使得冷弯成型从经验逐渐成为具有一定理论基础的学科，从根本上将经验上升到理论，消除了仅凭经验操作生产的落后状况。4 采用了CAE系统进行系统化设计，采用了数字化控制方式，大大提高
11、了焊管机组生产自动化，准确化的程度。5 由于采用可调式的机组结构和渐开线模辊，大大提高了机组的兼容性，其生产的管材直径范围可达1：3，厚径比可达1-10。相比之下，排辊成型只能达到管径范围1：1.6, 厚径比2-5左右。中田制作所的现有机组，采用了边缘连续弯曲的成型方式，产品曲率成型准确，高钢级成型时的弹性回复量小，端部成型好，闭口孔进入顺畅，机组动力分配均匀合理。根据华北油田508机组初次调试的情况，机组仅用一个班的时间，就调试成型了合格的管子。日本中田设计的F-F-X成型机组，创新了两个重大的主要技术：可调节角度的机组结构，渐开线的成型模辊。 在成型工艺上，中田所采用了组合成型弯曲的工艺：
12、（一）.一到二道的可调式辊架,弯曲两端部.(2平)这是第一道实弯工序，W弯曲（俗称打头），打头工序关系到整个钢管的成型。弯曲曲率太小，则会造成所谓的“桃子头”，弯曲曲率过大，又会造成“苹果凹”。一旦产生这两种成型缺陷，对于钢管质量都是致命的，无法通过闭口成型段和精整段来改变。因为经过实弯以后的地方，会有“冷硬化”的效应，其抗弯曲强度会极大地提高，而延伸性则会下降一半左右。冷硬化使得我们只能考虑：必须在打头阶段就将管端弯曲到成品管的曲率，而在生产实践中，同一型号的钢材也会有强度和材质的差别，要真正弯到准确的管端R是很困难的，需要即时地进行调整。这种即时调整在传统机组和排辊机组中是无法实现的，因为
13、它们的模辊都是已定R的，一旦发现W打头的R太大或者太小，就只能换辊来解决，现有按API标准和国家标准生产的管子规格，同一直径就有种壁厚，同一管径就有几种钢级，要按这些规格来做模辊是不可能的。F-F-X成型正是解决了这个技术关键。W成型弯曲时，整个料长分为中间弯曲段，端部弯曲段，直线连结段三个部分，在弯曲时，如何分配互相之间的线长比例有很大的学问。一般要求其比例为40：10：50，在设计辊型时，由于要考虑模辊的兼容性，会使得端部弯曲段变短，而太短的端部弯曲段对于后道成型及焊接不利。（二）.三到四道的实弯辊群,保证管材边缘部实弯长度占圆周长50左右，近来一些F-F-X成型机组已采取了多道W成型弯曲
14、，有效地保证了管坯的实弯长度。(3平)（三）.四到五道立辊群,采用渐开线辊型,(4立) 这个立辊群吸收了排辊群的优点，但是它采用了渐开线辊型来成型，缩短了自由空弯的长度，这也是一项很重要的创新。它对于因为钢级不同，板厚不同而造成的不同弹复量，能够极为方便地进行调整，而且一套模辊能够覆盖到1：10的管径规格范围。这一点正是对生产厂家最有意义的模辊兼容性，它不但减少了生产厂家对模辊的投资，而且能够适应小批量、多品种、高钢级、高等级的市场需求，经过近年来国内有关厂家的实际使用，证明效果很好。中田机组的渐开线立辊群，本质上是一组可调节，而且有很大适应范围的排辊群，但它大大缩短了自由弯曲的间距。（四）.
15、三到四道闭口成型.(4万1立) 闭口成型属于空弯成型。其特点是：模辊一般不能兼容；成型力较大；入口时如果不能基本成圆，对表面容易造成挤擦伤。 闭口成型时，管胚不能在孔型中左右滑动，边部不能因孔径收缩而变厚，管子表面不能擦伤，这不但需要前道实空弯准确圆整，而且闭口孔型必须采取特殊有效的技术措施，不能采用单纯的圆形孔型。（五）.高频焊接.(1导1焊) 高频焊接是利用高频电流的集肤效应和邻近效应，使得钢板的端部在极短的时间内熔化，经过挤压后使表面的氧化层和杂质被挤出，基材则融为一体。高频电流是相对我们正常工业交流50Hz的频率来说的，它频率一般是从50KHz到450KHz。高频焊接分为感应焊和接触焊
16、两种方式。感应焊是用感应圈使高频电流在板材边部聚集，它在焊接时功率输出损耗较大，但是较为稳定，焊接熔化后的焊缝平滑，特别对薄壁和高精度管材的焊接有利。接触焊是采用接触式电极使高频电流在边部聚集，它的焊接效率较高，省电，适合于普通焊管和厚壁管的生产，但是表面焊缝毛刺较高，并且质量不大稳定。高频焊接是焊管生产质量控制的主要环节。它的质量好坏受许多因素的影响，一般认为由八个主要因素：（1）频率。正常的情况，厚板应采用较低的频率，薄板则要采用较高的频率；（2）会合角。会合角是指钢板两边进入焊接区时的角度，它约在2到6，厚板应取大一些的角，薄板则取小一些的角。（3）焊接方式（4）输入功率（5）管坯坡口（
17、6）焊接速度。一般来说，6mm以上厚板成型速度应在每分钟15m之内，3mm到6mm以下薄板的成型速度可在15m到40m。（7）阻抗器（8）挤压力。高频焊接的质量好坏，与操作者对整个机组机、电系统的了解深度有关，积累调整的经验需要操作者对高频焊接原理有透彻地理解。焊好一根管子，需要机组速度，会合角，挤压力，电流，频率等因素的最佳协调。一个好的高频调整工，就是一个好的电工，一个好的机修工。（六）.定径精整.(1扭4万) 定径过程是一个精确的空弯成型过程，每一道次的定径量要根据管材的直径和壁厚准确选取。（七）.校直/校扭.(2土耳其头1矫扭转辊)（八）.切断.（铣切飞锯）（九）.平头,水压,矫直.
18、中田式的成型弯曲工艺,有其先进之处。特别是多道次的W成型弯曲边部，缩短了立辊群的成型段，保证了高钢级材料和厚径比很大或很小的管材成型。在中田机组上，已能成型35x0.6mm和114x12mm的管子，材质包括X80管线钢,1Cr18Ni9Ti的不锈钢管等。冷弯成型时，由于其中参与变形的因素极为复杂，生产同一直径的管子时，也会由于材质，速度，调整力的大小等因素而变化，F-F-X成型的方式，正是为此提供了一个可以随时方便而准确调整的控制平台。 冷弯成型中，影响成型结果的主要因素是弹性回复，特别是厚径比和材质，对弹复比有最重大的作用，如端部成型，弹复比控制不好，那就一定会造成“桃子头”或“苹果凹”，这
19、是保证生产高等级管子产品质量的关键。 FF-X成型还充分考虑到了成型各道次的均匀推力，排辊成型由于其推力无法平均布置，以致造成强压和强挤，导致局部壁厚不均和加工硬化。 必须指出，中田新的F-F-X成型工艺的采用，是建立在二个基础之上的：机组设备的精密制造；数字化的自动控制。没有这二点作为基础，其工艺是很难实现的。 现时国内许多机组生产厂家为了多接订单，声称都是实行了F-F-X的成型方式，其实都是名不副实，只是在成型排列上作了一些变动，而在模辊设计和控制方式上并没有什么变化和创新。从徐州光环1990年于日本引进国内第一台F-F-X成型的219机组以来，国内机组生产厂家都未能进行过系统性的研究，甚
20、至连仿造都未能成功地做过一台。这表明我国在直缝焊管生产的研究上，与国外还有着相当的差距。 我们认为，F-F-X成型对于直缝焊管，特别是ERW高钢级管线钢的成型，是十分重大而必须的技术进步，现有生产机组大多既不能适应市场小批量多品种的需要，也不能适应类似石油套管等高钢级管线钢的生产。F-F-X成型技术是先进的，那么是不是它就已经很完美了呢？不。从中田机组的生产实践，从F-F-X成型的理论设计，都还反映出了有待改进的地方。F-F-X成型，给我们一个重要的启迪：它是一种新的成型方式，更是一种新的思维方式系统论的思维方式。它针对现有各种冷弯成型的方式，提出了一种系统性的改进，取得了很大的成功。苏嘉钢管
21、于2007年投产的355机组，全部采用了国产设备，在W成型，前道中心距快捷调节，旋转式成型组等工艺上做了重要的尝试。从排辊成型技术到F-F-X成型技术，都是从外国人那里传到我们国内来的，发明这两种成型技术，既不需要尖端的工艺，也不需要特殊的材料，为什么我们这个世界焊管生产大国没有一个企业有类似的创新发明呢？这从根本上反映了我们国家不管是国营或是民营，不同性质的企业都有一个共同的弱点：在技术创新上认识不足，投入不足。十七大提出的我国需要“经济转型，产业升级”，对于焊管产业尤其重要。与国外同类企业相比，我们国家焊管制造企业在技术创新上的投入只有人家的数十分之一，甚至百分之一，做了数十年的老牌企业都
22、没有一点自己的技术积累和创新。一方面，中国从2005年的统计情况来看，在数量上已经是世界钢管生产大国，但至今都只能生产技术含量上低层次的、低端的产品；另一方面，现有机组的产能却已大大超过市场需求，国内所有的ERW钢管生产厂家都将在更严酷的竞争条件下生存。中国与美，日等西方发达国家之间的差距，并不仅仅是尖端技术上的差距，以及机械设备，材料，制造工艺等等这些基础上的差距。从根本上来说，是人才培养和使用上的差距，是对于人的主观潜能和创造性开发的差距。经过近三十年的改革开放，我们已经逐步形成了初步的市场化体制，也从开放的国门看到了与世界的差距，我们要真正赶超世界的先进水平，还需要我们沉下心来，奋斗几代
23、人来打基础。要使我们这种落后世界的局面得到根本改变，我们就要走出自己的路，跟在人家屁股后面，永远都是落后者。我们企业家的思想观念需要有一个根本的改变和进步，我们需要从制造厂家到生产单位出自内心的愿望，为了企业长远的发展，为了国家整体的根本利益而紧密合作，动员一大批有热情，有抱负，有才华的工程技术人员，从机组制造的精度等级，到冷弯成型的工艺，到数字化的电控等各个方面，系统地攻克这些难关。高频焊管技术交流（2）排辊成型 直缝焊管的排辊成型技术，源于上世纪八十年代，由奥钢联开发研制。此后的数十年内，为世界上大多数直缝焊管厂家所采用。排辊成型是焊管制造工艺的一场革命，它完全改变了传统的成型方式，用整体
24、的圆弧弯曲法取代了分段的连续弯曲法，实现了成型段轧辊的通用化，用一套模辊可以兼容1：1.5左右范围内的管径尺寸，成型管壁的厚径比一般为2%5%，排辊机组成型路线比传统机组要短四分之一以上。由于成型段不用换辊，大大提高了焊管机组的生产效率，降低了模辊投入，停机换辊等生产成本。在传统的焊管成型工艺中，需要以上下辊实弯为主进行连续弯曲，以立辊空弯辅助成型，成型段的实弯平辊在管径改变时需要换辊，同一管径但壁厚改变时通常都不换辊。排辊成型的原理，是将原来用于辅助成型的立辊，以一定的规则组合排列成一个特殊的排辊群，对板材整体进行圆弧弯曲，当管径在一定范围内改变时，只需将排辊群内的排辊成型位置作相应的调节，
25、而不需要再换辊。排辊成型的名称由此而来。（1）排辊成型与传统成型的差别如果将管坯全长展开为一条直边，我们可以将它分为三个部分：中间段边缘段连接段，传统的成型方式是由边缘段开始，分段地向中心连续弯曲，其中主要是靠上下辊压的平辊进行实弯；排辊成型则是先由中间段开始进行实弯，然后主要靠排辊群对管坯三个部分，即管坯全长范围内进行逐道缩小曲率的圆弧弯曲。由此，排辊成型与传统成型在成型方法，轧制力量，变形情况等方面产生了很大的差别。工艺决定了设备，排辊机组也与传统机组有很大的差别。排辊成型在生产效率和轧辊通用性方面具有很大的优势，但是由于它主要靠排辊群自由弯曲，它的成型性能也存在缺陷。一，成型范围传统成型
26、每道次的弯曲范围较小，是将板材一段一段由外向内局部弯曲的；而在排辊成型时，每一道次的弯曲范围却是板材大部以致全部都进行弯曲；二，弯曲曲率曲率就是弯曲的程度。传统成型因为是实弯，其成型曲率接近产品的曲率，就是说基本上要弯到接近管子的外径；而排辊成型是分许多道次的排辊群自由弯曲成型的，它的弯曲是由很大的R一道一道地接近管子的外径，每道弯曲的曲率只是产品曲率的几分之一；三，边缘段的成型性管材边缘段的成型性非常重要，因为它关系到焊接后是否会产生“桃子头”或“苹果凹”。轧辊对钢板的辊压会使被弯曲的部分产生的冷硬化现象，弯一次就会硬一点，管子成型时边缘部的曲率一旦成型就很难再改变，如果弯得不到位，或者弯过
27、头，这个缺陷即使通过以后的闭口精整中强压也无法消除。传统成型采取以实弯为主的连续弯曲，所以它的边缘段成型性较好，而排辊成型采取以空弯为主的整体弯曲，所以它的边缘段成型性较差。四，材料的弹性回复量传统成型因为采取实弯，实弯使钢板产生的是塑性变形，所以材料弹性回复量较小，而排辊群采取多道自由弯曲，空弯使钢板产生的是弹性变形，所以材料弹性回复量较大，这对于弹性回复量很大的X80/N80等高钢级材料的成型是不利的；五， 机组的传动力辊压成型时，要靠机组的动力一道道向前，这传动力在那么多成型过程中变成了三种不同的力，板材的变形和递送由三种力所合成：磨擦力，弯曲力，压紧力。这三种力互相作用和影响，其中模辊
28、对钢板的弯曲力，模辊与板材的磨擦力是靠压紧力来传递的。机组提供动力配置时，主要是要考虑压紧力的大小，一般来说，压紧力大，机组的运行就平稳，可以这样说：压紧力的大小直接关系管材的成型。 传统成型时，很多道次都是实弯，实弯能产生均匀的压紧力，机组的传动平稳；而排辊成型却是采用多道自由弯曲的排辊群，在排辊成型这一段相当长的距离内，没有办法靠压紧力去传递动力，机组的传动力很小而且浪费效率。这对于成型表面光洁度要求较高的管子，或者是X80/N80等高强度的材质，还有厚壁的钢管时影响很大。排辊机组难做厚壁管的重要原因也在于此。从以上五个方面的对比中，我们可以认识到排辊成型与传统成型之间的差别，了解排辊成型
29、的优点，缺陷和基本特点。（2）排辊机组的组成排辊机组通常由五个部分组成。一， 实弯成型段由三到四道平辊机架组成，这主要是用于连续地将板材整体预弯成一定的圆弧，以利于后道的排辊群成型。通常的排辊机组实弯段布置成全长弯曲边部弯曲-中间弯曲这样的形式。除了在成型前道配置一组对中导向立辊外，这一区段一般不配立辊，针对产品的不同，成型模辊和道次配置也有差别，生产Q235等普通钢级成型可设三道，生产J55，X70等高钢级管材，或者厚径比很大（10%以上）的管子时，可设四到五道。以往的排辊机组一般不进行边部弯曲（俗称打头），近年来已有很多设备制造厂家认识到这个缺陷，在排辊机组前道引入了W打头道次。排辊机组的
30、实弯成型段的模辊，在生产不同外径的管子时需要换辊。二， 排辊成型段一般由十五到二十道可调节的成型立辊和导向立辊组成，这是机组的主要成型段，也是排辊机组的特征。这一区段的作用，是要保证将管坯弯曲到能顺畅进入下面的闭口孔型内。排辊群的调节有两个方面：第一是成型调节，各道的辊位调整要合理，在管坯整体弯曲到不同的位置时，应该根据管径，材质，弹复量作合理调整，不可以机械地采取平均分段；第二是导向调整，因为这一区段是自由弯曲，管坯非常容易在其中左右滑动，连续地滑动就使钢管走偏，会影响到后道闭口孔进入，甚至焊缝位置。排辊群导向立辊的作用是辅助的，主要是要从前道起就要使管坯不能走偏，如果完全要靠导向立辊来保证
31、管坯不走偏，将会使得管坯两个边部产生增厚现象。边部一旦增厚，管子的焊接和内毛刺将变得很困难，这也是排辊成型常见而且难以消除的致命缺陷。排辊机组的排辊成型段的模辊，在生产一定规格范围内的管子时，不需要换辊。三， 闭口成型段 这一段与传统成型机组没有差别，一般采取34道平辊机架或万能机架，平辊机架或万能机架这两种机架在更换管径规格时都需要换辊。用平辊机架成型，只用上下两只辊形成闭口孔型，换辊简单但辊径较大，大管径成型时上下辊的线速度差较大，线速度差较大就会造成模辊对管子表面的擦伤，模辊本身的磨损也大；用万能机架成型，就需要增加两只侧辊，它的优点是辊与辊之间的线速度差较小，但是万能机架多了两只侧辊后
32、，机组结构比较复杂，换辊比较费时间。闭口成型段是自由弯曲成型，它要在34道内将管坯弯曲到焊接前所需的圆形，除了需要合理分配每一成型孔的递减曲率以外，还要采取特别的措施防止管坯在孔型内的滑动，这一点在设计闭口孔型时需要注意。排辊机组的闭口成型段的模辊，在生产不同外径的管子时需要换辊。四， 高频焊接/中频正火段同传统成型。随着科技进步和发展，高频焊接和中频正火的设备采取了固体化的电子模块，以及数字化的控制系统，有了更可靠的性能和质量，但是管子的焊接和成型仍然是一个密切相关联的系统，必须和机组操作协调配合。特别是高频焊接，机组的很多因素与高频焊机互相影响，如管坯材料的厚度，钢级，机组的速度，焊接时的
33、会合角等因素，都对高频焊接的质量有直接的影响。（参考高频焊接原理）排辊成型的焊接与传统成型时的焊接有一定的差别，主要是因为排辊成型的管坯边部有时会产生增厚现象。这是由于排辊群成型时和由排辊群进入闭口孔型时，管坯没有压紧驱动，很难保证在中心定位，因而产生左右的滚动滑移。这时板边会与排辊群导向辊，闭口孔上辊的导向辊（限位舌头）之间产生很大的挤压力而造成的。这种增厚一般呈梯形，靠外边最厚，逐渐减薄。管边增厚使焊接变得困难，增厚的管边在焊接时需要很大的熔融挤压，才能将边部完全熔合。由此焊接后产生的内、外毛刺既厚又宽，极难去除，特别在制造API标准这样一类高钢级管材时，对产品质量有严重影响。这一点，需要
34、在进入高频前，调整好机组前道的实弯中心定位，以及排辊群精细准确的逐道调节。五， 定径精整段与传统成型相同。定径精整包括34道的定径机架，一般采用万能机架；在定径机架后有2道土耳其头用于矫直。生产类似API管这样的产品，由于在焊接后有很长的空冷段，管子会发生扭转，特别是外径小于150mm的管子，有时在经过空冷段后扭转的角度达到360，所以还需要设置一道矫扭转机架。排辊机组的闭口成型段的模辊，在生产不同外径的管子时需要换辊。（3）排辊群的调节原理排辊群是排辊机组的核心，认识排辊群的调节原理，才能指导我们在实际操作中做到定位准确，成型合理。首先，排辊群是属于自由弯曲。自由弯曲又称为“空弯”，它是相对
35、于上下辊都压紧的“实弯”而言的。“实弯”和“空弯”都是冷弯成型的重要手段，它们各有不同的用途，也有不同的特点。一般在钢管的冷弯成型中，实弯用于起步的边缘弯曲，俗称“W打头”，排辊机组前道也采用实弯，它的作用是使管坯全长内逐道弯曲。实弯成型是两辊压住后迫使钢材产生塑性变形，管材的回弹量较小，机组的传递力较大，管坯在成型时一般不会走偏；当管坯向上被弯曲到超过半径高度以后，我们已经无法再用实弯来弯曲管坯，而只能采用空弯的方法，由外向管坯弯曲。空弯是轧辊对管坯单向施压，使管坯产生弹性变形，因而管材的回弹较大，机组对管材的传递力也较小，在空弯成型时，由于对管坯两侧所加的压力不可能调整到完全平衡，因而管坯
36、较容易走偏。排辊群是一组用于连续自由弯曲的辊，它按成型管径的大小，在一定的径向高度和轴向间距设置，也就是说，管径决定了排辊群的位置和间距。排辊成型的辊花图，必须根据管径范围来设计。排辊成型所包括的管径范围不能太大，实践经验一般可以达到1：1.8左右，超过这个范围时，排辊群的成型性能会大大地变差。许多生产单位希望设备制造厂能以一台排辊机来做尽可能多的规格的钢管，结果只能以牺牲性能来保证范围。排辊群包括成型侧立辊和边缘导向辊，根据成型精度和钢级的要求，成型侧立辊的道次可以设置十二道甚至二十道以上，从理论上说，由于成型侧立辊与管坯的接触是一个点，用这些点组成的连线形成成型曲线，道次越多，成型就越准确
37、，但这样一来，调节就会变得很复杂。边缘导向辊的作用是限制管坯的位置，防止出现滚动走偏。成型侧立辊和边缘导向辊都可以在一定范围内进行调节。成型侧立辊的调节需要根据管坯的成型情况来确定。在调节时始终要注意两个原则：对称和对中。对称是说我们调节每一对辊的时候，两边辊的调节量要保持一样；对中是说我们在调节每一对辊的时候，辊面的会合线（理论上辊面与管子外径相切，会合线就是这两条切线的公法线）都要在成型中心线上。这种调节是经常性的，在现时我们大多数机组上，主要还是靠操作者的技能和责任心。如果成型侧立辊的调节违背了这两个原则，管坯必定走偏，成型侧立辊走偏了，要靠边缘导向辊来纠正很困难，强行纠偏就使得管坯边缘
38、增厚，影响下道进入闭口孔型，影响高频焊接，影响去除内外毛刺。边缘导向辊是用来防止管坯走偏的，一般我们是插在成型侧立辊群中间隔布置的，一组排辊群可以设置3到4个边缘导向辊。以上是对于一般排辊机组原理的介绍，随着技术的进步，排辊机组也在不断地改进和完善，近年来，德国密尔公司制造的排辊机组也引入了F-F-X的先进成型技术。在日、德、美等先进国家中，排辊机组已经不再是按冶金设备的精度来制造，而是按数控机床的精度来制造了。有了高精度的机器设备，就可以实现数字化控制，许多原来要靠人的经验的操作，数控化后就可以“傻瓜化”，减少不确定因素，从根本上保证高质量的产品。中国已成为钢管制造的大国，但还不是强国，从排
39、辊机组到F-F-X成型机组，都是从国外引进的技术。从上个世纪末起，我国已引进了日本中田的F-F-X成型机组，但在今后的数十年中，排辊机组还将是制造直缝焊管，特别是普通焊管的重要设备。从了解它的原理开始，再根据我们的经验去改进它，是我们面临的重大问题。由于生产，制造，使用条件的不同，实际上每一台机组都有自己的特性，就象没一个人都有不同的个性一样。我们在实践中如何根据自己的探索，去总结适合自己机组的工艺操作经验，是我们每一个操作工人面临的课题。高频焊管技术交流（3）焊管高频焊接原理 高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺
40、。高频焊接技术的出现和成熟，直接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（ERW）生产的关键工序。高频焊接质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等级和生产速度。作为焊管生产制造者，必须深刻了解高频焊接的基本原理；了解高频焊接设备的结构和工作原理；了解高频焊接质量控制的要点。1 高频焊接的基本原理所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz400KHz的高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接的。那么，这两个效应是怎么回事呢？集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不
41、是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应会减小。邻近效应是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不
42、沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。2 高频焊接设备的结构和工作原理了解了高频焊接原理，还得要有必要的技术手段来实现它。高频焊接设备就是用于实现高频焊接的电气机械系统，
43、高频焊接设备是由高频焊接机和焊管成型机组成的。其中高频焊接机一般由高频发生器和馈电装置二个部分组成，它的作用是产生高频电流并控制它；成型机由挤压辊架组成，它的作用是将被高频电流熔融的部分加以挤压，排除钢板表面的氧化层和杂质，使钢板完全熔合成一体。高频发生器过去的焊管机组上使用高频发生器是三回路的：高频发电机组；固体变频器；电子高频振荡器，后来基本上都改进为单回路的了。调节高频振荡器输出功率的方法有多种，如自耦变压器，电抗法，晶闸管法等。馈电装置 这是为了向管子传送高频电流用的，包括电极触头，感应圈和阻抗器。接触焊中一般采用耐磨的铜钨合金的电极触头，感应焊中采用的是紫铜制的感应圈。阻抗器的主要元
44、件是磁心，它的作用是增加管子表面的感抗，以减少无效电流，提高焊接速度。阻抗器的磁心采用铁氧体，要求它的居里点温度不低于310，居里点温度是磁心的重要指标，居里点温度越高，就能靠得离焊缝越近，靠得越近，焊接效率也越高。近年来，世界上一些大公司开始采用了固态模块式结构，大大提高了焊接可靠性，保证了焊接质量。如EFD公司设计的WELDAC G2 800高频焊机由以下部分组成：整流及控制单元（CRU），逆变器，匹配及补偿单元（IMC），CRU与IMC间的直流电缆，IMC到线圈或接触组件。机器的两个主要部分是CRU及IMC。CRU包括一个带有主隔绝开关及一个全桥二极管整流器的整流部分（它把交流电转换为直
45、流电），一个带有控制装置及外部控制设备界面的控制器。IMC包括逆变器模块，一个匹配变压器以及一个用于为感应线圈提供必需的无功功率的电容组。主供电电压（3相480V），通过主隔绝开关被送到主整流器中。在主整流器中，主电压被转换为640V的直流电并且通过母线与主直流线缆相连接。直流电通过由数个并联电缆组成的直流电输送线被送到IMC。DC线缆在IMC单元母线上终止。逆变部分的逆变器模块通过高速直流保险同DC母线以并联方式连接在一起。DC电容也与DC母线连接在一起。每个逆变器模块构成一个全桥IGBT三极管逆变器。三极管的驱动电路则在逆变器模块内的一个印刷电路板上。直流电由逆变器变为高频交流电。根据具体
46、的负载，交流电的频率范围在100-150KH范围之间。为根据负载对逆变器进行调整，所有逆变器都以并联方式同匹配变压器连接。变压器有数个并联的主绕组，及一个副绕组。变压器的匝数比是固定的。输出电容由数个并联电容模块组成。电容器以串联方式同感应线圈相连接，因此输出电路也是串联补偿的。电容器的作用是根据感应线圈对无功功率的要求进行补偿，及通过此补偿来使输出电路的共振频率达到所要求的数值。频率控制系统被设计用来使三极管始终工作在系统的共振频率上。共振频率通过测量输出电流的频率确定。此频率随即被用来作为开通三极管的时基信号。三极管驱动卡向每个逆变器模块上的每个三极管发送信号来控制三极管何时开通，何时关断
47、。感应加热系统的输出功率控制是通过控制逆变器的输出电流来控制的。上述控制是通过一个用来控制三极管驱动器的功率控制卡完成的。输出功率参考值由IMC操纵面板上的功率参考电位计给出，或者由外部控制面板输出给控制系统。此数值被传送给系统控制器后，将与由整流单元测量系统测量出的DC功率数值相比较。控制器包括一个限定功能，它可以根据参考功率值与DC功率测量值的比较结果计算出一个新的输出电流设定值。控制器计算出来的输出功率设定值被送到功率控制卡，此控制卡将根据新的设定值来限定输出电流。报警系统根据IMC中报警卡的输入信号及IMC，CRU中的各类监视设备发出的信号来工作。报警将显示在工作台上。控制及整流器单元（CRU）逆变器，匹配及补偿单元 (IMC)直流线缆输出功率总线，线圈及接触头连接冷却系统安装在一个自支撑钢框架内，所有部件联结