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316L焊管生产用带钢铣边机设计研究

316L焊管生产用带钢铣边机设计研究

来源:浙江至德钢业有限公司发布:2020-05-14 20:56:35类别:不锈钢焊管

阐述了铣边机在国内外的发展状况,分析了铣边机的主要特点、基本结构形式、铣削速度的选择和铣边机设计时的主要注意事项,并对铣边机应用于316L焊管机组上对带钢实行不剪边工艺做了一些探讨。

1前言

螺旋316L焊管机组上铣边机一直是国内外各316L焊管厂家所关心和急于研究的主要设备。钢带边缘状况的改善,对成型和焊接的质量起到很好的作用。随着我国316L焊管加工行业技术的飞速发展,尤其是螺旋316L焊管国内外对质量标准有着日趋严格的要求,陕京管线,苏丹管线等高标准管线的技术标准部分已超过AP I管线标准,对钢管的质量有更高的要求。钢带在进入成型、焊接之前钢带的边缘的形状、粗糙度对钢管的成型和焊接质量有重要的影响,通常,钢带在厚度8mm以下,经过圆盘剪剪切后可以直接进行成型焊接;钢带厚度在812mm之间就必须刨边或铣边,以获得钢带边缘较好的形状与较低的粗糙度;钢带厚度在14mm以上,由于焊接较困难,焊接质量不易保证,就必须将钢带边缘形状加工成X型坡口。

本文就螺旋316L焊管铣边机设计与研究作一介绍。

2刨边机与铣边机各自的优缺点

2.1刨边机的特点

(1)刨边机为被动切削,无需动力,但消耗递送机的递送力。

(2)刨边刀价格便宜,寿命较长。

(3)刨刀需磨削,对工人磨削技术要求高。

(4)刨刀更换方便。

(5)刨刀仅能刨出V形焊接坡口。

(6)刨边机无法消除月牙弯。

(7)刨边刨出的边缘形状不精确一致。

(8)刨边机很难同时刨出钢带两侧形状,无法保证钢带宽度一致。

(9)刨边机对圆盘剪剪切后钢带两侧质量要求较高,圆盘剪出现崩刃时必须更换。

2. 2铣边机的特点

(1)铣边机为主动切削,需一定的动力。

(2)铣边刀更换比较困难。

(3)铣边机有振动及燥音。

(4)铣边机铣出的坡口形状精确一致,有沙市石油钢管厂两个制管车间,曾使用过大连机组刨边机,太矿机组刨边机,我厂自行设计的刨边机,以及自行设计的铣边机;经过了多年的生产实践,性能对比如下:

利于成型和焊接,普遍认为是焊接理想坡口,尤其是厚板时的X型坡口的理想设备。

(5)铣边机铣出坡口角度准确,从始到终不变,有利于避免造成成型缝“内紧外松”或“外紧内松”等缺点。

(6)粗糙度降低,减少了错边、烧穿、电流和电压波动等缺陷。

(7)可消除部分月牙弯,过对头平稳。

(8)在钢带厚度大于12mm,可铣出X型坡口,避免未焊透现象,并可有效降低焊缝高度,得到理想的焊缝形状,并有利于防腐作业。

(9)可以在钢带两侧同时铣出焊接坡口,保证钢带宽度不变,有利于成型稳定。

3 国内外铣边机发展状况

国内厂家已从1986年开始引进带有铣边机的机组,近几年引进的螺旋316L焊管机组均带有铣边机。大直径直缝埋弧钢管机组,也多采用铣边机技术。铣边机基本结构有三种:

(1) 铣头安装在钢带上方;

(2)铣头安装在钢带两侧上方与钢带倾斜一定的角度。

(3)铣头安装在钢带下侧,铣头可按需要调整一定的角度。

4 铣边机的设计

铣边机在螺旋316L焊管机组设备中属高精度设备,设计时需按有关机床设计标准设计。

(1)铣边机的动力传递推荐采用带传动,尽量避免齿轮传动,从而减少电动机振动、跳动等对主轴精度的影响,例如在高精度的机床如磨床都是直接采用带传动,以获得较高的主轴精度。

(2)铣头应设计为角度可调,以便铣出理想的焊接坡口。

(3)要有效解决钢带的左右窜动和上下跳动难题,从而避免打刀现象。

(4)铣刀盘要有防护,防止铁屑飞溅到钢板上和操作人员的身上。

(5)为了保证刀具的耐用度必须合理确定铣削速度,推荐切削速度如表1所示。建议螺旋焊机组的铣边机刀片尽量采用硬质合金刀片,切削速度在100150m m in

4.1刀片

铣边机必须适用连续制管作业生产,要求刀片具有很高的抗热震裂和抗塑性变形能力,红硬性高,耐磨性好,必须具有抗冲击性。

要求更换方便、快捷。沙市石油钢管厂铣边机使用的刀片与刀盘达到上述要求,达到8个班次以上才需更换刀刃,而且是一个刀片有多个刃口可供使用。

4. 2顺铣与逆铣

铣刀旋转的方向与钢带前进的方向相同称为顺铣。

铣刀旋转的方向与钢带前进的方向相反称为逆铣。

顺铣时刀齿一开始就从最大切削厚度处切入,逐渐切到零,避免了在已加工的钢带边缘表面上滑行,减少了加工表面冷硬现象和后刀面磨损,而且切削路程短,铁屑短粗,平均切削厚度大,变形小,切削功率可比逆铣节约10%左右。螺旋316L焊管机组上的铣边机不必担心象铣床因丝杠的间隙造成工件位移引起的打刀现象,因为它的切削力绝对不可能带动钢带窜动,使进给量突然增大。

逆铣时刀齿的切削路程较长。切削时,每齿切下铁屑的切削厚度,逐步从零增至最大,缺点为刀齿刚切入时,在钢带由前一刀齿切削所形成的冷硬表面层表面上要滑行一段距离,直到切至一定的切削厚度时才能切入,而且进给量越小,滑行距离越长,所以刀齿后面与工件磨擦较大,挤压严重,使刀具易于磨损,耐用度和粗糙度降低,还会造成严重的硬化层。

建议铣边机采用顺铣方式。

5不剪边工艺的研究

我国螺旋316L焊管机组大多数厂家仍采用圆盘剪将大量的钢带板边剪掉,以获得精确的钢带宽度,这样将大量的钢带板边剪掉,既浪费了人力,又浪费了材料,如果能采用铣边机代替圆盘剪,以最少的板边铣切,达到钢带宽度不变,预计每套机组每年能带来几百万元的经济效益。

随着我国轧钢工业的发展,钢卷的质量已达到国际先进水平,钢卷的钢带原料边缘质量有很大的提高,尤其是原料的宽度公差得到了保证,宝钢的钢卷原料宽度公差在10mm以下,武钢的钢卷原料宽度公差也在20mm以下,为不剪边工艺的研究创造了有利条件。

不剪边工艺的研究主要需要解决两个问题:一个是铣边机的铣边深度是否能够达到;另一个是钢带的中心线如何摆在铣边机的中心线,使钢带不脱铣。

铣削的深度主要取决于铣边机的功率、铣刀盘的设计及刀头的质量。

钢带如何与铣边机中心线重合有三种情况:

(1)钢带偏向一侧,出现一侧铣得多,另一侧铣得少或铣不上。

(2)钢带变宽,立辊如何控制。

(3)钢带变窄,立辊如何控制。

为解决上述问题,沙市石油钢管厂在研制一套自动化钢带递送中心控制系统,用计算机自动分析和处理数据,解决钢带偏移问题。

钢带递送中心控制系统由以下几个部分组成:

①板边位置检测传感器

板边位置检测传感器是本系统中的核心部分,它用来探测板边位置,输出板边宽度值,为计算机处理系统提供原始数据。

②工业控制计算机

用来计算、处理带钢尺寸变化数据,偏移差,并控制电动立辊将钢带摆正。

③电动立辊

用来固定带钢,防止带钢摆动。它由电动机带动以计算机所给出的行动距离,分别向左或向右移动,推动带钢,使带钢的中心线始终在同一位置,从而保证带钢边缘被均匀铣切。

6结论

铣边机具有比刨边机所获得的钢带边缘

状况良好、形状稳定、光洁度高等优点,为钢管的成型、焊接创造了良好的条件。经过沙市石油钢管厂一年多的使用大大减少了钢管制作中的烧穿、错边等缺陷,钢管质量有明显提高。铣边机取代刨边机应成为316L焊管机组设计~1.91.61.31.00.7之间各碱度范围变化时,相应碱度区间的焊缝韧性变化不大。

众所周知,当母材、焊丝及焊接规范一致条件下,焊缝韧性主要由焊缝组织、焊缝中的夹杂物类型、含量及分布等因素来决定。而这些主要由所采用的焊剂来决定。从图3中的碱度对焊缝组织影响可以看出,当碱度在2.21.9范围内时,焊缝组织由针状铁素体、少量先共析铁素体、珠光体组成;碱度在1.61.3之间时,焊缝组织由针状铁素体、先共析铁素体、珠光体组成;碱度在1.00.7之间时,焊缝组织由粗大晶界铁素体和珠光体组成。在相同的碱度区间,组织变化不大,而且在相同区间内焊缝夹杂物大小及分布也变化不大。因此,同一碱度区间内韧性变化不明显。这可能是由于GXHJ-1焊剂中有大量中性Al 2 O 3氧化物,它具有酸性氧化物和碱性氧化物共同性能,在一定计算碱度范围内,如当碱度在2.21.91.61.31.00.7之间各范围变化时,焊剂渣系的冶金活性不发生变化,或发生很小变化,在一定碱度范围内,焊缝中夹杂物大小、分布及含量等变化就不很明显。

4.4碱度对焊缝组织影响

由图3焊缝外焊组织来看,当焊剂碱度在2.21.9变化时,焊缝组织主要由针状铁素体、少量先析铁素体及珠光体组成。这主要是因为在此碱度范围内焊剂渣系是含有很高的Al 2 O 3渣系组成。当焊剂碱度在1.61.3之间变化时,虽然焊缝组织组成不变,但由于碱度下降,先共析铁素体增多。当焊剂碱度在1.00.7之间变化时,由于此时焊剂渣系已经变成为CaO-SiO 2-MnOMnO-SiO 2的酸性渣系,焊缝组织也就变为主要由粗大的晶界铁素体和含有少量珠光体组成,这些组织韧性差。

5结论

(1)焊剂碱度在2.20.7之间变化时,随着碱度下降,焊缝两侧咬边逐渐减少,直到消除;焊缝表面颜色由灰白变成蓝色。焊缝中间突起逐渐消除。焊剂脱渣性也发生了变化。

(2)当焊剂碱度在2.20.7之间变化,焊缝抗拉强度在2.20.7时处于极大值。

(3)当焊剂碱度在2.20.7之间各范围变化时,焊缝冲击韧性随着碱度下降而降低。但是当碱度在2.21.91.61.31.0

0. 7之间变化时,韧性变化不大。

(4)当焊剂碱度在2.20.7之间变化时,焊缝微观组织也发生了明显变化。

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