Nahtlose Stahlrohr-Wandstärken-Variationskontrolltechnologie

Verringerung der Variationsbreite, oder mehr Wandstärkenkonstanz erreichen, kann den Unterschied ausmachen, ob die Anforderungen eines Kunden erfüllt werden oder nicht. Es trägt auch dazu bei, den Bedarf des Kunden an Folgeprozessen wie der maschinellen Bearbeitung zu reduzieren oder sogar zu eliminieren.

Ein nahtloses Rohr wird typischerweise auf einem Zweiwalzen-Lochwalzwerk hergestellt. In einigen Fällen reicht dieser Schritt bereits aus, um ein Rohr herzustellen, das den Anforderungen des Kunden entspricht. Jedoch, wenn die Wandstärkenkonsistenz nach dem Lochen weiter verbessert werden muss, ein Rohrhersteller kann zusätzliche Anlagen und Prozessschritte verwenden. Zwei solcher Ausrüstungstypen sind ein Querwalz-Elongator-Walzwerk (allgemein unter seinem Handelsnamen bekannt, wie eine Assel- oder Diescher-Mühle), und eine Kaltziehbank.

Überblick über die drei Prozessschritte

Die Herstellung von Nahtlosrohren beginnt üblicherweise mit dem Warmquerwalzen in einem Lochwalzwerk. Das Lochen ist der erste Prozessschritt, um ein Rohr mit einer hochwertigen Wand herzustellen. Auf diesen Schritt folgen normalerweise ein oder mehrere Dehnungsprozesse, die die Wandqualität verbessern und gleichzeitig die Rohrlänge erhöhen können. Danach verlässt das Rohr die Nahtlosmühle und kühlt ab, es kann als dritter Schritt auf einer Kaltziehbank fertiggestellt werden, um die Wandtoleranzen zu verbessern.

Piercer Mühle. Die größte Aufmerksamkeit für die Qualität fugenloser Wände gilt dem Lochwalzwerk. Diese Aufmerksamkeit ist gerechtfertigt, weil das Lochwalzwerk den größten Einfluss auf die Wandvariation hat. Mit einem Lochwalzwerk hergestellte Rohre können optimiert werden 7 An 10 Prozent Wandvariation.

Obwohl eine durchbohrte Schale weniger als haben kann 10 Prozent Wandvariation, dieser Variationsbetrag gilt für einen relativ dicken Wandabschnitt. Beispielsweise, Das Erreichen einer Wandtoleranz von ±10 % ergibt ein Rohr mit einer Wanddicke im Bereich von 13.5 mm (0.531 in.) An 16.5 mm (0.650 in.) oder mehr bei Bestellung unter 15 mm (0.590 in.). Bei strengeren Kundenanforderungen kann eine Weiterverarbeitung durch ein Elongatorwalzwerk erforderlich sein.

Elongator-Mühle. Fünf Haupttypen von Elongatorwalzwerken werden in der rohrproduzierenden Industrie verwendet: das Dornrohrwerk, die Schubbank, die Steckmühle, das Streckreduzierwalzwerk, und das Querwalz-Elongator-Walzwerk. Das haben 50 Jahre branchenweiter Einsatz gezeigt, dieser Streckwerke, Der Querwalzdehner bietet die bedeutendste Verbesserung der Wandtoleranz von Rohren, die auf einem Lochwalzwerk hergestellt werden. Ein Querwalz-Elongator-Walzwerk verwendet Arbeitswalzen am Außendurchmesser und einen Dorn am Innendurchmesser (Sieh Figur 1).

Kaltzugbank. Das Ziehen auf einer Bank ist ein Kaltbearbeitungsverfahren, das die Wandabmessungen nahtloser Rohre verbessert. Im Ziehbankverfahren, Zuerst wird das Rohr lose auf einen Dorn gefädelt, der an einer Stange befestigt ist. Dann greift eine Zangenanordnung das Rohr und zieht es durch eine stationäre Hartmetall- oder Werkzeugstahlmatrize. Das Ergebnis ist ein maßgeschneidertes Rohr mit sehr guter Maßhaltigkeit. Die typische AD-Toleranz beträgt ±0,1 mm (±0,004 Zoll.), das ist ungefähr ein Zehntel der Toleranz eines typischen warmgefertigten nahtlosen Rohrs.

Weitere Vorteile des Ziehprozesses sind eine verbesserte Oberflächengüte, die Fähigkeit, ID-Toleranzen bereitzustellen, und verbesserte mechanische Eigenschaften. Tubes Mit diesem Verfahren hergestellte Produkte erfordern eine minimale oder zusätzliche Verarbeitung und gelten als Mehrwertprodukte.

Richtlinien für Querrollendehnung

Für Querrolldehnung, zwei Hauptanforderungen beziehen sich auf die durchstochene Schale. Diese füllen den Höckerhöhenabschnitt auf 80 An 90 Prozent seines Designs und maximiert den Grip auf der Einlassseite. Beide Anforderungen beziehen sich auf die Walzkaliberkonstruktion im Werk Assel.3

Figur 2
Der Walzenhöcker befindet sich nahe der Mitte der Arbeitswalze. Es ist wichtig, den in das Walzwerk einlaufenden Rohrabschnitt auf die Konstruktionsmerkmale der Arbeitswalzen abzustimmen. Zeichnung mit freundlicher Genehmigung von Copperweld, Shelby, Ohio.
Den Buckel füllen. Buckel ist ein allgemeiner Begriff für den Bereich nahe der Mitte der Arbeitswalze, der ein erhabenes Profil enthält (Sieh Figur 2). Das Füllen des Höckers besteht darin, die durchstochene Wand zu messen und sie dann mit der bekannten Höckerabmessung aus dem Druck zu vergleichen. Das Lochwalzwerk wird dann eingestellt, um den richtigen Wert zu erhalten. Beispielsweise, wenn das Buckeldesign ist 8 mm (0.315 in.), Die durchbohrte Schale sollte messen 7 mm (0.276 in.) mehr als die Kundengröße (Weil 7 ist 90 Prozent von 8).

Dieses Verhältnis ist bei der Herstellung von Dünnwandrohren wichtig, da die Wandtoleranz für mechanische Rohre prozentual ist (gemäß ASTM-Standard A519). Toleranzen für dünnwandigere Rohre sind schwieriger zu erreichen, weil, zum Beispiel, 5 Prozent von 5 mm (0.197 in.) ist eine viel engere Dimension als 5 Prozent von 10 mm (0.394 in.). Rohrproduzenten müssen das verstehen, wenn die Mühle fähig ist 1 mm (0.040 in.) der Wandvariation, dies könnte die Hälfte der kommerziellen Toleranz für mittelwandige Abschnitte darstellen (Cp-Wert von 2.0) und Schwankungen außerhalb der Toleranz für dünnwandige Abschnitte (Cp kleiner als 1.0).

Der Mantel aus dem Lochwalzwerk muss in der Wandstärke reduziert werden, um eine ordnungsgemäße Höckerhöhenfüllung zu gewährleisten. Für extrem dünnwandige Schläuche, Hersteller können feststellen, dass eine Qualitätsverbesserung im Schrägwalzwerk schwierig, wenn nicht gar unmöglich zu erreichen ist, weil der gelochte Mantel zu viele Variationen aufweist. Für einige Schlauchgrößen, die prozentuale Wandabweichung kann im Lochwalzwerk eher erhöht als verringert werden. Der Prozentsatz der Variation wird durch sorgfältige Berechnung bestimmt. Obwohl die gesamte dimensionale Variation den Zähler verringert, der Nenner nimmt mit einer größeren Rate ab, weil das Rohr aus dem Querwalz-Dehnungswerk hat 50 An 75 Prozent weniger Wandstärke als das Rohr aus dem Lochwalzwerk.

Cross-Rolling-Griff. Die zweite Anforderung besteht darin, beim Querrollen den besten Halt beizubehalten. Grip ist definiert als die Anzahl der Rohrspiralen vor der Höckermittellinie in der Konstruktion des Querwalz-Dehnungswalzwerks – einfach ausgedrückt, Der durchbohrte Mantel sollte die Walzenfläche früh im Prozess berühren, damit die Rohrzufuhr hergestellt wird, bevor sie auf die Arbeitszone im Höckerabschnitt trifft. Die Arbeit im Buckelbereich erfordert extrem viel Energie, bis zu mehreren tausend PS. Die Arbeitskraft wird in einem sehr kurzen Abschnitt aufgebracht, normalerweise 15 An 25 mm (weniger als 1 in.) breit. Wenn das Rohr nicht richtig gegriffen wird, es wird sich eher drehen als füttern, oder es kann unregelmäßig durch die Arbeitszone geführt werden, Abwechslung schaffen.

In den meisten Fällen wird der beste Zustand für den durchbohrten Mantel erreicht, indem der maximale Außendurchmesser hergestellt wird, der richtig in die Walzenfläche des Querwalz-Dehnungswalzwerks passt. Normalerweise wird diese Beziehung gelöst, indem die Einstellung des Lochwalzwerks angepasst wird, um die richtige Rohrabmessung zu erzeugen. Aber in einigen Fällen kann es notwendig sein, den divergenten Winkel des Verlängerungsfräsers leicht zu vergrößern oder zu verkleinern, um sicherzustellen, dass die Schale richtig passt und greift.

Experimente, die an der Wandqualität von Rohren durchgeführt wurden, die direkt aus einem Streckwalzwerk entnommen wurden, wurden verwendet, um zu bestimmen, ob die Rohre eine bessere Wandqualität hatten als Rohre, die durch ein Maßwalzwerk oder ein Streckreduzierwalzwerk weiterverarbeitet wurden. Es wurde festgestellt, dass im Leimungsreduktionsprozess, Längs- und Druckkräfte wirken auf die Wand und können die Wandvariation erhöhen. Rohre, die direkt aus einem Schrägwalz-Elongator-Walzwerk entnommen werden, haben eine überlegene Wanddickenkonstanz und eine bessere Oberflächenqualität, da sie den Walzbedingungen im Maßwalzwerk nicht ausgesetzt sind. Rohre, die ein Maßwalzwerk durchlaufen haben, jedoch, Wandabweichungen können durch Kaltziehen auf einer Ziehbank reduziert werden.

Richtlinien für das Kaltziehen

Der Erfolg bei der Verarbeitung kaltgezogener nahtloser Rohre hängt von der Aufrechterhaltung einer hohen Wandqualität aus dem nahtlosen Warmwalzwerk und der richtigen Auswahl der Kaltziehbankwerkzeuge ab (Dorn- und Matrizensätze).

Drei Hauptpunkte, die das Ziehen von durchbohrten Rohren betreffen, sind::

• Eine gewisse Wandreduzierung ist erforderlich, um sicherzustellen, dass der Dorn zu Beginn des Ziehens gegen die Wand beißt und den Dorn dann während des Ziehens richtig in dem Matrizenlager sitzt. Wenn die ankommende Wand zu unregelmäßig oder zu hell ist, der Dorn wird nicht in das Matrizenlager vorgeschoben, und das resultierende Rohr hat keine guten Toleranzen für die Außenabmessung, Innenmaß, und die Wanddicke.
• Das Bankdrücken ist auf ein Maximum begrenzt 40 Prozent Flächenreduzierung. Wenn die ankommende Wand zu schwer ist, es kann dazu führen, dass das Metall während des Ziehens versagt und nicht nachgibt, speziell für kaltverfestigende legierte Stähle.
• Zeichnen ist ein Längsprozess. Es besteht ein begrenztes Potenzial zur Korrektur starker Wandabweichungen in Längsrichtung, da die Matrize und der Dorn freischwebend sind und der Wandabweichung folgen, anstatt sie zu korrigieren.

Das Kaltziehen kann durch Auswahl des am besten geeigneten Ziehsteinprofils optimiert werden (Sieh Figur 3). Kein einzelnes Design funktioniert am besten für alle nahtlosen Rohre, da das Design von vielen Faktoren abhängt, wie Wandstärke, Stahlsorte, Reduktionsanforderungen bestehen, und Zugbankbeschränkungen.

Figur 3
Drei Hauptprofile für Kaltziehwerkzeuge sind Radien, gerade, und Gerade/Radius-Mischung, oder Kombination

Drei Matrizenprofile sind:

• Radiusmatrize – der Matrizeneinlass ist ein Bogen ohne scharfe Winkel oder flache Oberflächen.
• Gerade Matrize – der Matrizeneinlass hat eine Abflachung, eckige Oberfläche, typisch 10 An 20 Grad pro Seite.
• Kombinationsmatrize – der Matrizeneinlass kombiniert flache Oberflächen und Radiusübergänge.

Für jeden gezogenen Fertigungsauftrag, eine statistische Regelkarte oder ein Student-t-Testverfahren kann erstellt und zur Optimierung des Düsenprofils und der Düsenabmessung als dauerhafte Aufzeichnung verwendet werden.

Für die meisten nahtlosen Rohre, eine Radiusmatrize erzeugt die beste Wandqualität. Weil die Radiusmatrize ein allmählicheres Einlassprofil hat und glatt in den Lagerabschnitt übergeht, Der Rohrzug ist gleichmäßiger und führt zu qualitativ hochwertigeren Abmessungen. Aber es gibt einen Nachteil bei dieser Art von Würfel: Aufgrund des allmählichen Einlassprofils, Am Rohr kann nur eine geringe AD-Reduzierung vorgenommen werden. Das nahtlose Rohr muss angepasst werden, um diese Art von Matrize zu verwenden, Umstellungskosten hinzufügen.

Konsequent Konsistenz erreichen

Um Konsistenz zu erreichen, muss der Prozess rückwärts analysiert werden, vom Ende bis zum Anfang. Die kundenseitig vorgegebene Wandstärke des Fertigprodukts ergibt das Endmaß für das auf der Ziehbank bearbeitete Rohr, die die Werkzeug- und Dornauswahl leiten. Diese Auswahl bestimmt die richtige Rohrgröße aus dem Nahtloswalzwerk, die die richtigen Setup- und Betriebsparameter bestimmt.