高频焊管焊接挤压辊的调整
阅读次数[] 发布时间:2013-5-21 19:06:54
摘要：针对高频焊管焊接挤压辊的孔型特点，介绍了生产不同规格焊管时焊接挤压辊的调整方法。结合高频焊管的成型工艺特点，提出了通过观察断面焊接区的金属流线方法，判定带钢边部端面焊接过程中合缝状态，并给出了不同合缝状态下调整挤压辊的具体办法。
在高频焊管生产中，管坯的成型合缝状态直接影响焊缝的质量，其中焊接接头对接面的平行度尤为重要。在钢管合缝焊接过程中，主要通过调整挤压辊上辊的压下量与两上辊之间的间隙来保证合缝的平行程度。
1 焊接挤压辊的孔型特点焊接挤压机架的上挤压辊的孔型半径比其他挤压辊大10%左右，因此，上挤压辊的外侧辊面与钢管理想圆形断面之间产生了间隙，该间隙俗称为“后跟隙”。
在实际的成型中，钢管断面不可能是理想的圆形。一般情况下，由于带钢边部的变形不充分，断面容易呈桃形，如果不进行调整则会形成焊接对接面不平行对接，严重影响焊缝质量。
如果上挤压辊与其他挤压辊采用同样的孔型半径，当通过调整上挤压辊的压下量来消除V形合缝时，上挤压辊的外侧辊面将强力压在钢管表面上，容易造成管面伤痕，并形成更严重的V形合缝。
因此“后跟隙”的设定，就是根据管坯成型的实际特点，通过上挤压辊的压下量调整来有效地消除V形合缝现象。“后跟隙”位置及形状如图1所示。
2 上挤压辊的调整方法按
照标准孔型设定挤压辊位置时，如果发现成型合缝呈V形，可以在“后跟隙”的范围内，对上挤压辊的压下量进行调整，调整方法如图2所示。
上挤压辊的压下量的极限，是上挤压辊外侧辊面在钢管表面造成较浅的压痕。按照经验，当达到这个压下限度时，即使是强度较高的管材，通常也能够形成平行（I形）的成型合缝。
在应用上述经验时，必须严格按照设计值来设定两个上挤压辊之间的间隙。这个间隙的变化将直接引起“后跟隙”的变化。如果每次换辊时不对该间隙按设计值进行严格的设定，那么孔型的调整就很难实现再现性。
出于同样的理由，在进行上辊的不对称调整消除错边时，务必只对操作台侧的上辊进行调整，而让另一侧的上辊始终固定作为基准。如果随意调整两侧上辊，则有可能会使上辊间隙逐渐远离设定值。
3 特殊情况下的调整技巧
3.1 厚壁高强度管材的孔型调整
钢管的壁厚越大，材料强度越高，焊接时出现的V形合缝越不容易消除。如果上辊外侧辊面已经造成了明显的压痕但仍无法实现I形合缝时，说明调整己经达到了极限，继续下压上辊不仅会造成严重的压痕，而且会形成更严重的V形对接合缝。
上述现象表明需要更大的“后跟隙”来容许更大的压下调整量。为此，可以采用扩大两上辊之间的间隙来达到这一目的。
需要说明的是，理想的上辊间隙值是随钢管壁厚和强度的不同而不同的。例如，壁厚较薄的情况一般需要设定较小的上辊间隙，以提高焊接的稳定性。如壁厚较厚，则即便上辊间隙适当扩大，也不会影响焊接的稳定性。因此，在厚壁或高强度钢管成型时为了获取更大的“后跟隙”而扩大上辊间隙的做法，只要扩大适当就不会影响焊接的稳定性。
孔型图上的标准设定值是设计者根据长年实践经验而选取的，通常情况下可以兼顾不同的壁厚和强度。但如果出现上述的调整范围不足的情况，则适当扩大上辊间隙，可以在很大程度上解决问题。
这种调整方法的极限有两种情况，或是上辊外侧已经与立辊干涉，无法继续扩大间隙；或是上辊间隙过大，已经造成焊接的不稳定。无论出现哪种情况，都说明需要修改挤压辊的结构设计，以获得更大的设定“后跟隙”。厚壁高强度钢管情况下的调整如图3所示。
3.2 薄壁钢管的孔型调整对于薄壁钢管，通常情况下无需过大的上辊压下量就能获得I形对接合缝。经常出现的问题是焊接时成型合缝的稳定性。薄壁钢管孔型调整如图4所示。
成型合缝的稳定性与很多因素有关，但适当减小上辊间隙一般都会起到提高成型合缝稳定性的效果。因此，可以利用薄壁钢管不需要大的“后跟隙”的特性，在出现成型合缝不稳定的时候可以采用适当减少上辊间隙的方法来解决。
4 成型合缝对接状态的确认方法
观察断面焊接区的金属流线是确认焊接时成型合缝状态最准确的方法。该方法不仅可以判断合缝状态，还可以判断焊接挤压量和焊接输出功率的合理与否。为了便于流线的观察，试样应在焊缝热处理前采取。如果焊缝上下部的金属流线角度基本对称的话，可以判断对接面的合缝是平行的（I形）。以壁厚中部为对称面，上下对称部位的流线角的差通常需要限制在5°以内，而且热影响区的“腰鼓”形状也应基本上下对称。焊缝区金属流线如图5所示。
现场最简易的确认方法是比较焊接后的内外毛刺的形状和大小，如图6所示。如果合缝呈I形的话，内外毛刺的大小和形状是基本相同的。但是这种方法无法量化，只能作为大致的判断。
使用流线观察法时，试样的制作一般需要较长的时间，等待结果往往会严重影响现场的作业效率。为此，以下相对简易的合缝状态确认方法经常被使用，该方法虽不能够获得十分准确的结果，但一般可据此对合缝状态做出较准确的判断，可以大大减少流线观察法等待结果的时间。
首先按图7所示的方法进行取样。应注意，必须先停止焊机的功率输出后再停车。否则，得到合缝的接触模式和加热模式将不同于稳态焊接时的模式。
图8和图9显示了接触和加热模式与合缝状态之间的关系，据此可以进行合缝状态的判断。接触形态与加热形态原则上是一致的。接触模式的界限分明，而加热模式较为模糊，判断者需要有一定的经验。但当焊接挤压量较大时，接触模式在纵向上的分布会短到难以判断的程度，而加热模式则不受这种影响。
5 结论
在高频焊管调型与焊接中，通过对接触和加热模式与对接面合缝状态关系的分析，采用调整焊接挤压辊上辊间隙和压下量的方法，能准确及时地保证钢管的板边焊接达到良好的焊接状态。（1）当合缝呈I形时，说明此时对接面在焊接过程中处于基本平行状态，不需要进行挤压辊压下调整；
（2）当合缝呈V形时，说明此时对接面在焊接过程中，下部表面先接触，可以通过加大挤压辊上辊压下量达到I形状态；
（3）当合缝呈倒V形时，说明此时对接面在焊接过程中，上部表面先接触，可以通过减小挤压辊压下量达到I形状态。
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