Die wichtigsten Verarbeitungsmethoden vonStahlrohre mit großem DurchmesserEs gibt verschiedene Verfahren zur Stahlumformung: Schmieden: Ein Druckumformverfahren, bei dem die Schlagkraft eines Schmiedehammers oder der Druck einer Presse genutzt wird, um den Rohling in die gewünschte Form und Größe zu bringen. Strangpressen: Ein Verfahren zur Stahlumformung, bei dem das Metall in einen geschlossenen Strangpresskasten gegeben und an einem Ende unter Druck gesetzt wird, um es durch die vorgegebene Matrizenöffnung zu pressen und ein fertiges Produkt mit der gleichen Form und Größe zu erhalten. Es wird hauptsächlich zur Herstellung von Nichteisenmetallen eingesetzt. Walzen: Ein Druckumformverfahren, bei dem der Stahlrohling durch den Spalt zwischen zwei rotierenden Walzen (verschiedener Formen) geführt wird. Durch die Kompression der Walzen verringert sich der Querschnitt und die Länge des Materials. Ziehen: Ein Verfahren zur Stahlumformung, bei dem der gewalzte Metallrohling (z. B. Rohr, Produkt) durch die Matrizenöffnung gezogen wird, um den Querschnitt zu verringern und die Länge zu erhöhen. Diese Verfahren werden hauptsächlich zur Kaltverformung eingesetzt. Stahlrohre mit großem Durchmesser werden hauptsächlich durch Zugverformung und kontinuierliches Walzen von Hohlkernen ohne Dorn hergestellt. Die Normen für die Herstellung von Stahlrohren mit großem Durchmesser legen zulässige Abweichungen fest: Zulässige Längenabweichung: Die zulässige Längenabweichung von Stahlstäben bei Lieferung gemäß der spezifizierten Länge darf +50 mm nicht überschreiten. Biegegrad und Enden: Die Biegeverformung des geraden Stahlstabs darf die normale Verwendung nicht beeinträchtigen. Der Gesamtbiegungsgrad darf 40 % der Gesamtlänge des Stahlstabs nicht überschreiten. Die Enden des Stahlstabs müssen gerade abgeschnitten sein, und lokale Verformungen dürfen die Verwendung nicht beeinträchtigen. Länge: Stahlstäbe werden üblicherweise in einer festen Länge geliefert. Die genaue Lieferlänge ist im Vertrag anzugeben. Bei Lieferung in Ringen besteht jeder Ring aus einem Stahlstab. Bis zu 5 % der Ringe einer Charge dürfen aus zwei Stahlstäben bestehen. Gewicht und Durchmesser der Bleche werden zwischen Lieferant und Abnehmer vereinbart.
Beschreibung der Länge von Stahlrohren mit großem Durchmesser:
1. Normallänge (auch als variable Länge bezeichnet): Jede Länge innerhalb des in der Norm festgelegten Längenbereichs ohne feste Längenvorgaben wird als Normallänge bezeichnet. Beispielsweise schreibt die Norm für Stahlbaurohre Längen von 3000 mm bis 12000 mm für warmgewalzte (extrudierte, expandierte) Stahlrohre und 2000 mm bis 10500 mm für kaltgezogene (gewalzte) Stahlrohre vor.
2. Längen-zu-Länge-Abstand: Der Längen-zu-Länge-Abstand sollte innerhalb des üblichen Längenbereichs liegen, d. h. innerhalb einer im Vertrag festgelegten, festen Längenabmessung. Da es im praktischen Betrieb jedoch nicht möglich ist, den Längen-zu-Länge-Abstand exakt zu kürzen, legt die Norm einen zulässigen positiven Abweichungswert für diesen Wert fest.
3. Doppelte Lineallänge: Die doppelte Lineallänge sollte im üblichen Längenbereich liegen. Die einfache Lineallänge und das Vielfache der Gesamtlänge sind im Vertrag festzulegen (z. B. 3000 mm × 3, was einem Vielfachen von 3000 mm entspricht und eine Gesamtlänge von 9000 mm ergibt). Im praktischen Einsatz ist eine zulässige positive Abweichung von 20 mm zur Gesamtlänge hinzuzurechnen. Zusätzlich ist für jede einfache Lineallänge ein Schnittzuschlag einzuplanen. Falls die Norm keine Angaben zur Längenabweichung und zum Schnittzuschlag enthält, sind diese zwischen Lieferant und Käufer auszuhandeln und im Vertrag festzuhalten. Die doppelte Länge entspricht der Länge bei fester Länge, was die Ausbeute des Produktionsunternehmens erheblich reduziert. Daher ist eine Preiserhöhung für das Produktionsunternehmen angemessen. Der Preisanstieg sollte dem Anstieg bei fester Länge entsprechen.
4. Bereichslänge: Die Bereichslänge liegt innerhalb des üblichen Längenbereichs. Wenn der Benutzer eine feste Bereichslänge benötigt, muss diese im Vertrag festgelegt werden.
Mechanische Eigenschaften von Stahlrohren mit großem Durchmesser:
1. Zugfestigkeit: Die Spannung (σ), die sich aus der ursprünglichen Querschnittsfläche (So) der Probe unter der Kraft (Fb) ergibt, die die Probe beim Bruch während des Zugvorgangs aufnimmt, wird als Zugfestigkeit (σb) bezeichnet. Die Einheit ist N/mm² (MPa). Sie stellt die maximale Fähigkeit von Metallwerkstoffen dar, Zugschäden zu widerstehen.
2. Streckgrenze: Bei metallischen Werkstoffen mit Fließverhalten bezeichnet man die Spannung, bei der sich die Probe während des Dehnungsprozesses ohne Kraftzunahme weiter dehnen lässt (konstante Kraft), als Streckgrenze. Fällt die Kraft ab, unterscheidet man zwischen oberer und unterer Streckgrenze. Die Einheit der Streckgrenze ist N/mm² (MPa).
3. Bruchdehnung: Im Zugversuch bezeichnet man die prozentuale Längenzunahme nach dem Bruch der Probe im Verhältnis zur ursprünglichen Länge als Bruchdehnung. Sie wird in σ (in Prozent) angegeben. Zu den wichtigsten Prozessparametern für hochfrequenzgeschweißte Rohre mit gerader Naht zählen die Wärmeeinbringung, der Schweißdruck, die Schweißgeschwindigkeit, der Öffnungswinkel, die Position und Größe der Induktionsspule sowie die Impedanzposition. Diese Parameter beeinflussen maßgeblich die Qualität, die Produktionseffizienz und die Anlagenkapazität der hochfrequenzgeschweißten Rohrprodukte. Durch die Optimierung der Parameter können Hersteller erhebliche wirtschaftliche Vorteile erzielen.
1. Wärmeeintrag beim Schweißen: Beim Hochfrequenz-Rohrschweißen mit gerader Naht bestimmt die Schweißleistung den Wärmeeintrag. Bei konstanten Umgebungsbedingungen und unzureichendem Wärmeeintrag erreicht die Kante des erhitzten Blechs nicht die erforderliche Schweißtemperatur und bleibt konstant. Dadurch entsteht eine Kaltverschweißung, die nicht einmal vollständig verschweißt werden kann. Dieser durch zu geringen Wärmeeintrag verursachte Verschmelzungsmangel äußert sich üblicherweise im Nichtbestehen des Richtversuchs, im Bersten des Stahlrohrs während der hydraulischen Prüfung oder in der Rissbildung der Schweißnaht beim Richten des Stahlrohrs. Dies stellt einen schwerwiegenden Mangel dar. Darüber hinaus wird der Wärmeeintrag auch durch die Qualität der Blechkante beeinflusst. Beispielsweise können Grate an der Blechkante vor dem Erreichen der Schweißstelle durch die Extrusionswalze zu einer Entzündung führen. Dies verursacht einen Verlust an Schweißleistung und einen zu geringen Wärmeeintrag, was wiederum zu nicht verschweißten oder kalten Schweißnähten führt. Bei zu hoher Wärmezufuhr überschreitet die Kante des erhitzten Bandes die Schweißtemperatur, was zu Überhitzung oder sogar Überhitzung führt. Die Schweißnaht reißt unter Belastung, und manchmal spritzt flüssiges Metall und bildet durch Schweißnahtfehler Löcher. Diese Fehler, wie z. B. durch Sandeinbringung oder übermäßige Wärmezufuhr verursachte Löcher, äußern sich hauptsächlich in nicht bestandenen 90°-Flachbiegeprüfungen, nicht bestandenen Kerbschlagbiegeprüfungen sowie im Bersten oder Auslaufen von Stahlrohren während der hydraulischen Prüfung.
2. Schweißdruck (Durchmesserreduzierung): Der Schweißdruck ist der Hauptparameter des Schweißprozesses. Nachdem die Kante des Bandes auf Schweißtemperatur erhitzt wurde, verbinden sich die Metallatome unter dem Druck der Extrusionswalze zu einer Schweißnaht. Die Höhe des Schweißdrucks beeinflusst die Festigkeit und Zähigkeit der Schweißnaht. Ist der Schweißdruck zu gering, verschmilzt die Schweißkante nicht vollständig, und die verbleibenden Metalloxide in der Schweißnaht können nicht entweichen und Einschlüsse bilden. Dies reduziert die Zugfestigkeit der Schweißnaht erheblich, und die Schweißnaht reißt unter Belastung leicht. Ist der Schweißdruck hingegen zu hoch, wird der größte Teil des Metalls, das die Schweißtemperatur erreicht hat, extrudiert. Dies reduziert nicht nur die Festigkeit und Zähigkeit der Schweißnaht, sondern führt auch zu Fehlern wie übermäßigen inneren und äußeren Graten oder Überlappungsschweißungen. Der Schweißdruck wird üblicherweise anhand der Durchmesseränderung des Stahlrohrs vor und nach der Extrusionswalze sowie der Größe und Form der Grate gemessen und beurteilt. Einfluss der Schweißextrusionskraft auf die Gratform. Bei zu hohem Schweißaustritt entstehen viele Spritzer und zu viel Schmelzgut, wodurch große, beidseitig der Schweißnaht überstehende Grate entstehen. Ist der Austritt hingegen zu gering, spritzt kaum etwas, und die Grate sind klein und häufen sich aneinander. Bei einem moderaten Austritt stehen die Grate aufrecht und erreichen eine Höhe von 2,5–3 mm. Bei optimalem Schweißaustritt verläuft die Schweißnaht symmetrisch mit einem Winkel von 55°–65°.
3. Schweißgeschwindigkeit: Die Schweißgeschwindigkeit ist ein Hauptparameter des Schweißprozesses und hängt vom Heizsystem, der Verformungsgeschwindigkeit der Schweißnaht und der Kristallisationsgeschwindigkeit der Metallatome ab. Beim Hochfrequenzschweißen verbessert sich die Schweißqualität mit steigender Schweißgeschwindigkeit, da die verkürzte Heizzeit die Breite der Randheizzone verringert und die Bildung von Metalloxiden beschleunigt. Bei reduzierter Schweißgeschwindigkeit verbreitert sich nicht nur die Heizzone (d. h. die Wärmeeinflusszone der Schweißnaht), sondern auch die Breite der Schmelzzone ändert sich mit der zugeführten Wärme, und es entstehen größere innere Grate. Die Schweißnahtbreite variiert je nach Schweißgeschwindigkeit. Bei niedriger Schweißgeschwindigkeit führt die geringere Wärmezufuhr zu Schweißschwierigkeiten. Gleichzeitig wird die Qualität der Blechkante und andere externe Faktoren wie Magnetismus, Impedanz, Öffnungswinkel usw. beeinflusst, was leicht zu einer Reihe von Fehlern führen kann. Daher sollte beim Hochfrequenzschweißen die für die Produktion erforderliche Schweißgeschwindigkeit entsprechend den Produktspezifikationen unter den durch die Anlagenkapazität und die Schweißausrüstung vorgegebenen Bedingungen gewählt werden.
4. Öffnungswinkel: Der Öffnungswinkel, auch Schweiß-V-Winkel genannt, bezeichnet den Winkel zwischen der Kante des Bandes vor der Extrusionswalze (siehe Abbildung 6). Üblicherweise liegt der Öffnungswinkel zwischen 3° und 6° und wird hauptsächlich durch die Position der Führungswalze und die Dicke des Führungsblechs bestimmt. Die Größe des V-Winkels hat großen Einfluss auf die Schweißstabilität und -qualität. Ein kleinerer V-Winkel verringert den Abstand zwischen Bandkante und Führungswalze, wodurch der Nahfeldeffekt des Hochfrequenzstroms verstärkt wird. Dies kann die Schweißleistung reduzieren oder die Schweißgeschwindigkeit erhöhen und somit die Produktivität steigern. Ist der Öffnungswinkel zu klein, führt dies zu Frühschweißen. Die Schweißstelle wird zusammengedrückt und verschweißt, bevor die erforderliche Temperatur erreicht ist. Dadurch entstehen leicht Einschlüsse und Kaltschweißfehler, was die Schweißnahtqualität mindert. Obwohl der Energieverbrauch mit zunehmendem V-Winkel steigt, gewährleistet er unter bestimmten Bedingungen eine stabile Kantenerwärmung des Bandes, reduziert Wärmeverluste an den Kanten und verkleinert die Wärmeeinflusszone. In der Praxis wird der V-Winkel zur Sicherstellung der Schweißnahtqualität üblicherweise auf 4° bis 5° eingestellt.
5. Größe und Position der Induktionsspule: Die Induktionsspule ist ein wichtiges Werkzeug beim Hochfrequenz-Induktionsschweißen. Ihre Größe und Position beeinflussen die Produktionseffizienz direkt. Die von der Induktionsspule auf das Stahlrohr übertragene Leistung ist proportional zum Quadrat des Oberflächenspalts des Stahlrohrs. Ist der Spalt zu groß, sinkt die Produktionseffizienz drastisch. Der Spalt sollte etwa 10 mm betragen. Die Breite der Induktionsspule richtet sich nach dem Außendurchmesser des Stahlrohrs. Ist die Spule zu breit, sinkt ihre Induktivität, die Spannung an der Spule und die Ausgangsleistung. Ist die Spule hingegen zu schmal, steigt zwar die Ausgangsleistung, aber auch die Wirkverluste zwischen Rohr und Spule. Im Allgemeinen ist eine Spulenbreite von 1–1,5D (D ist der Außendurchmesser des Stahlrohrs) optimal. Der Abstand zwischen dem vorderen Ende der Induktionsspule und der Mitte der Extrusionswalze sollte dem Rohrdurchmesser entsprechen oder etwas größer sein, d. h. 1–1,2D ist optimal. Ist der Abstand zu groß, verringert sich der Effekt des Öffnungswinkels, was zu einer zu langen Erwärmungsstrecke an der Kante führt. Dadurch kann die Lötstelle keine ausreichend hohe Schweißtemperatur erreichen, was die Lebensdauer beeinträchtigt.
6. Funktion und Position des Widerstands: Der Magnetstab des Widerstands dient dazu, den Hochfrequenzstrom, der zur Rückseite des Stahlrohrs fließt, zu reduzieren und gleichzeitig den Strom zu konzentrieren, um den V-förmigen Bereich des Stahlbandes zu erwärmen. Dadurch wird verhindert, dass Wärme durch die Erwärmung des Rohrkörpers verloren geht. Ohne diese Kühlung würde der Magnetstab seine Curie-Temperatur (ca. 300 °C) überschreiten und seinen Magnetismus verlieren. Ohne den Widerstand würden sich Strom und induzierte Wärme über den gesamten Rohrkörper verteilen, was die Schweißleistung erhöhen und zu einer Überhitzung des Rohrkörpers führen würde. Im Rohrrohling hat der Widerstand keine thermische Wirkung. Die Positionierung des Widerstands hat großen Einfluss auf die Schweißgeschwindigkeit und -qualität. In der Praxis hat sich gezeigt, dass das beste Glättungsergebnis erzielt wird, wenn sich die Vorderkante des Widerstands genau auf der Mittellinie der Extrusionswalze befindet. Überschreitet sie die Mittellinie der Presswalze und ragt sie zur Seite der Kalibriermaschine hinaus, verringert sich die Glättungswirkung deutlich. Befindet sich der Widerstand unterhalb der Mittellinie und seitlich der Führungsrolle, verringert sich die Schweißfestigkeit. Die optimale Position ist erreicht, wenn der Widerstand im Rohling unter dem Induktor platziert wird und dessen Kopf mit der Mittellinie der Extrusionswalze übereinstimmt oder um 20–40 mm in Formrichtung versetzt ist. Dadurch wird der Gegenwiderstand des Rohrs erhöht, die Stromverluste werden reduziert und die Schweißleistung verringert.
Veröffentlichungsdatum: 27. März 2023