CN1204564A - 一种低合金(合金)结构钢焊接钢管的工艺和技术 - Google Patents

Abstract

一种低合金(合金)结构钢焊接工艺和技术,属于高频焊接钢管的领域。本发明提供的指数函数曲线成型的轧辊对带钢纵向成型,用普通高频电源进行在线焊接,工作频率f_H≥500Kc,焊接速度V≥60米/分,V型开口角为2°—3°。然后在线对焊缝进行中频加热正火处理和渐进式冷却,正火处理温度为900—950℃,加热时间为2秒,渐进式冷却中风冷、喷雾和水冷由计算机控制。

Description

一种低合金(合金)结构钢焊接钢管的工艺和技术

本发明涉及一种低合金(合金)结构钢焊接钢管的工艺和技术，特别是涉及通过特殊的工艺和技术可在普通高频焊管生产线上生产低合金(合金)结构钢焊管，属于高频焊接钢管的领域。

目前国外已普遍采用低合金(合金)钢生产焊接钢管而国内乃用普碳钢生产焊接钢管，不但强度低而且自重大，耐大气腐蚀性差，价格高(表1)

低合金钢管与普碳钢管性能比较表

由表1可明显地看出牌号为SM490A低合金钢，虽然每吨价格较Q235普碳钢管贵26％，但因壁薄，每米重量反而轻，相应价格也较之便宜8％。又如用16Mn(壁厚2．5mm)或20CrMo(壁厚1．5mm)取代目前普遍使用的3．5mm壁厚的1．5英寸普碳钢管，其重量分别轻2．8％和57％而强度分别提高8％和28％，耐大气腐蚀性可提高20～38％，而价格分别下降12％和10％，由此可见低合金(合金)结构钢管是一种市场潜力巨大的材料。

如可在普通高频焊接生产线上生产低合金(合金)钢管引起许多发明人关注，本发明人沈树德早在94年8月30日提出这方面申请，当时仅针对自行车用络钼钢薄壁钢管的生产提出了一整套工艺和技术，采用高频焊接通过特殊设计的内毛刺去除器和时效处理，在冷弯成形机上生产出自行车行业所需的薄壁钢管，通过近一、二年的实践，发明人不仅仅在材质上从23～25铬钼钢薄壁钢管扩展到包括SM490A在内的低合金(合金)结构钢管的生产而且在生产工艺和技术方面更趋合理、先进。

本发明的目的在于提供一种低合金(合金)结构钢焊接钢管的工艺和技术，尤其是在普通高频焊接生产线上生产出低合金(合金)钢结构焊管。

本发明提供的工艺过程是首先将低合金(合金)带钢通过特殊设计的纵向成型机架，成型成接近圆的管子，然后高频气体保护焊接，焊接后去外毛刺后，再经在线中频热处理、冷却、定径、定尺切割后去应力回火处理，成品检验。

下面将有关过程阐述如下：

1、普碳钢带成型时其轧辊孔型设计通常有单半径、双半径和w型三种。由于低合金(合金)钢带的弯曲弹复力、冷作硬化程度比普碳钢大，所以用传统的孔型设计不能使低合金(合金)钢带形成圆整度好的钢管。本发明提出的纵向成型机架轧辊孔型采用指数函数曲线，对不同弹性模量的钢带取不同的指数幂加以修正，使成型回弹后的曲线形状，非常接近于圆，以满足焊接要求。

如图1所示，原孔型边缘曲线用虚线表示，成品管的半径R=A，考虑到反弹问题，现孔型边缘曲线应为指数函数曲线，即

式中A-成品管半径，为23～25

B-回弹修正值，介于2～7之间

θ₁-成型弧度角，50°～60°变化

θ₂-成型弧度角变量，从0°变化到θ₁度数

m／n-指数值

2、普通高频电源进行在线焊接。如图2所示的高频焊接加热焊接示意图。图中1为焊接点，2为液体过梁，3为会合点，4为v型开口角，5为感应圈，6为惰性气体保持区。

为了减少合金钢带热影响区和淬火组织，防止焊缝氧化而采取以下措施：

(1)使用特殊设计的直流高压滤波装置，减少纹波系数；

(2)提高高频工作频率f_H≥500KC(一般焊接仅为350-400KC)；

(3)提高焊接速度，即通常v≥60米／分，减少焊缝热影响区；

(4)减小管坯边缘的v型开口角(θ=2°～3°)，缩短液体过梁；

(5)在高频焊接区内，加设保护隔离罩，罩内喷送N₂、Ar等保护气体。

3、在线中频热处理，如图3所示，箭头为结构钢管运行方向。图中7为焊管机组；8为中频加热器，对焊缝作正火热处理，减少焊缝区的淬火组织，防止焊缝开裂，正火热处理温度范围为900～950℃；9为空冷区，10为强迫风冷区，11为喷雾区，12为水冷区，焊接管通过9～10的渐进式控制冷却，其目的是保证焊缝的焊接强度，达到焊缝晶粒细化，释放残余应力(详见实施例1)，13为定径机组，14为飞锯。

4、去应力回火处理，其目的消除焊接钢管的内应力，防止焊缝长时间的开裂倾向。回火处理通常使用温度为350℃。

由上所述，本发明提供的工艺和技术，适合于低合金(合金)结构钢焊接，并且使用普通的高频焊管生产线，生产出低合金结构钢焊管，具有方便、经济的优点，由于采用指数函数曲线，充分考虑了低合金钢的反弹问题，所以具有广泛性、可对所有低合金钢适用，具有适用面广的特点，本发明在先前发明基础上(申请号94112292．1进一步优化工艺技术使之更为合理，本发明提供的低合金钢管可广泛应用于建筑用脚手架、大型屋面网架、车辆、框架、自行车和家具等方面，下面结合实施例进一步说明本发明的实质。

实施例1

用16Mn低合金钢带焊接φ48×2．5mm的焊管，上述工艺过程的参数如下：

(1)成型时指数曲线函数中B=4，m／n=3／4，θ₁=57°，θ₂=0°～57°，A=24m／m

按图1所示的边缘变形轧辊型曲线成型

(2)在线焊接，按图2所示，用普通高频电源，进行在线焊接，焊接频率f_H=510Kc，焊接速度v=63米／分，焊接开口角θ=2°，用N₂为保持气体流量为110升／分。

(3)焊缝热处理，中频焊缝加热处理时间为2秒，温度从200℃升到950℃；渐进式控制冷却，其中风冷、喷雾、水冷由计算机控制，冷却风量由离心风机提供，风量为5700M³／小时，风压约846pa。

其中空冷(自冷)为5秒，温度从950℃降为500℃；强迫风冷区时间为2．5秒，温度从500℃降为400℃，喷雾冷却区时间为2．5秒，温度从400℃降至250℃，水冷区温度从250℃降到常温。

实施例2

以SM520B(掺少量合金元素Nb的低合金钢)成型函数中B=5，m／n=1／2，焊接频率f_H=520K₄，焊接开口角θ=3°，用Ar气保护流量为50升／分，其余工艺与技术与实施例1相同。

Claims (5)

1、一种低合金(合金)结构钢焊接钢管的工艺和技术，包括成型、焊接以及正火处理、定尺切割工艺，其特征在于：

(1)以指数函数曲线孔型成型的轧辊对带钢纵向成型；

(2)用普通高频电源进行在线焊接，焊接区用惰性气体进行保护，高频工作频率f_H≥500Kc焊接速度v≥60米／分，v型开口角θ=2°～3°并用氩气或氮气保护；

(3)在线对焊缝进行中频加热正火处理和渐进式冷却，正火处理温度为900℃～950℃，中频加热时间为2秒，接后空冷(自冷)为5秒由950℃冷却到500℃，以后渐进式风冷、喷雾、水冷冷却由计算机控制，强迫风冷时间为2．5秒(500℃降到400℃)，喷雾冷却时间为2．5秒(400℃降到250℃)，然后水冷从250℃降到室温。

2、按权利要求1所述的工艺和技术，其特征在于所述的指数函数曲线为

其中B介于2-7，A为成品管半径，m／n=1／2～3／4，θ₁=50°～60°，θ₂从0°变化到θ₁。

3、按权利要求1、2所示的工艺和技术，其特征在于所述指数函数中B=4，m／n=3／4，θ₁=57°，θ₂=0°～57°，A=24mm，高频焊接电源f_H=510Kc，焊接速度v=63米／秒，开口角θ=2°，用N₂气保护，流量为110升／分，正火加热处理时间为2秒，温度从200℃升到950℃，渐进式控制冷却，其中风冷、喷雾、水冷由计算机控制，冷却风量由离心风机提供，风量为5700M³／小时，风压约846pa，

其中空冷(自冷)为5秒，温度从950℃降为500℃；强迫风冷区时间为2．5秒，温度从500℃降为400℃，喷雾冷却区时间为2．5秒，温度从400℃降至250℃，水冷区温度从250℃降到常温。

4、按权利要求1、2所述的工艺和技术，其特征在于所述指数函数B=5，m／n=1／2，f_H=520，θ=2．5℃，用Ar气保护，流量为50升／分。

5、按权利要求1所述的低合金(合金)结构焊接钢管工艺技术制备的钢管，可用于建筑用脚手架、大型屋面网架、车辆、框架、自行车和家具。

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