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超声波技术应用于冷拔钢管或其他金属塑性加工是20世纪70年代大功率超声波应用的新发展。1978年8月,上海市科委正式下达科研任务,由上海钢管厂负责,中国科学院声学研究所和上海超声波仪器厂协作,进行超声波冷拔钢管试验。
超声波振动拔管的原理是将高频电谐振通过换能器转换成机械振动,并将振动能量传播到变形区中,从而改变金属变形的性质和应力状态。
在超声波振动拔管中,换能器的设计是一个核心问题。只有正确设计换能器,才能能地将高频电谐振变为有效的机械振动。
我国20世纪80年代在自己试制的超声冷拔钢管装置上,对多种材料进行了拉拔试验。试验表明,超声冷拔钢管可以降低拉拔力15%~20%;可以提高延伸系数,减少拔制道次;可减少中间热处理,进行多道次连拔;提高了钢管内外表面的光洁度和加工精度;能够拉制常规方法不能拉制的特种金属
吹氧焊管:用作炼钢吹氧用管,一般用小口径的焊接钢管,规格由3/8寸-2寸八种。用08、10、15、20或Q195-Q235钢带制成。为防蚀,有的进行渗铝处理。电线套管:也是普通碳素钢电焊钢管,用在混凝土及各种结构配电工程,常用的公称直径从13-76mm。电线套套管壁较薄,大多进行涂层或镀锌后使用,要求进行冷弯试验。
公制焊管:规格用无缝管形式,用外径*壁厚毫米表示的焊接钢管,用普通碳素钢、优质碳素钢或普能低合金钢的热带、冷带焊接,或用热带焊接后再经冷拨方法制成。
公制焊管分普能和薄壁、普通用作结构件,如传动轴,或输送流体,薄壁用来生产家具、灯具等,要保证钢管强度和弯曲试验。
托辊管:用于带式输送机托辊电焊钢管,一般用Q215、Q235A、B钢及20钢制造,直径63.5-219.0mm。对管弯曲度、端面要与中心线垂直、椭圆度有一定要求,一般进行水压和压扁试验。
变压器管:用于制造变压器散热管和其它热交换器,采用普通碳素钢制造,要求进行压扁、扩口、弯曲、液压试验。钢管以定尺或倍尺交货,对钢管弯曲度有一定要求。 异型管:由普通碳结结构钢及16Mn等钢带焊制的方形管、矩形管、帽形管、空胶钢门窗用钢管,主要用作农机构件、钢窗门等。
电焊薄壁管:主要用来制作家具、玩具、灯具等。近年来不锈钢带制作的薄壁管应用很广,高级家具、装饰、栏栅等。
螺旋焊管:是将低碳碳素结构钢或低合金结构钢钢带按一定的螺旋线的角度(叫成型角)卷成管坯,然后将管缝焊接起来制成,它可以用较窄的带钢生产大直径的钢管。螺旋焊管主要用于石油、天然气的输送管线,其规格用外径*壁厚表示。螺旋焊管有单面焊的和双面焊的,焊管应保证水压试验、焊缝的抗拉强度和冷弯性能要符合规定。
(一)质量要求①钢的化学成分:钢的化学成分是影响无缝钢管性能主要的因素之一,也是制定轧管工艺参数和钢管热处理工艺参数的主要依据。a. 合金元素:有意加入,根据用途b. 残余元素:炼钢带入,适当控制c. 有害元素:严格控制(As、Sn、Sb、Bi、Pb),气体(N、H、O)炉外精炼或电渣重熔:提高钢中化学成分的均匀性和钢的纯净度,减少管坯中的非金属夹杂物并改善其分布形态。②钢管几何尺寸精度和外形a. 钢管外径精度:取决于定(减)径方法、设备运转情况、工艺制度等。外径允许偏差 δ=(D-Di)/Di × D: 或小外径mmDi:名义外径mmb. 钢管壁厚精度:与管坯的加热质量,各变形工序的工艺设计参数和调整参数,工具质量及其润滑质量等有关壁厚允许偏差: ρ=(S-Si)/Si× S:横截面上或小壁厚Si:名义壁厚mmC.钢管椭圆度:表示钢管的不圆程度。d. 钢管长度:正常长度、定(倍)尺长度、长度允许偏差e. 钢管弯曲度:表示钢管的弯度:每米钢管长度的弯曲度、钢管全长的弯曲度f. 钢管端面切斜度:表示钢管端面与钢管横截面的倾斜程度g. 钢管端面坡口角度和钝边5.钢管表面质量:表面光洁要求a. 危险性缺陷:裂纹、内折、外折、轧破、离层、结疤、拉凹、凸包等。b. 一般性缺陷:麻坑、青线、划伤、碰伤、轻微的内、外直道、辊印等。产生原因:① 由于管坯的表面缺陷或内部缺陷所带来的。② 生产过程中产生的,如轧制工艺参数设计不正确,模具表面不光滑,润滑条件不好,孔型设计及调整不合理。③ 管坯(钢管)在加热轧制,热处理以及矫直过程中,如果因为加热温度控制不当,变形不均匀,加热冷却速度不合理或矫直变形量太大而产生过大的残余应力,那么也有可能导致钢管产生表面裂纹。6.钢管理化性能:常温力学性能、高温力学性能、低温性能、抗腐蚀性能。钢管的理化性能主要取决于钢的化学成分,组织结构和钢的纯净度以及钢管的热处理方式等。7.钢管工艺性能:压扁、扩口、卷边、弯曲、焊接等。8.钢管金相组织:低倍组织(宏观)、高倍组织(微观) M、B、P、F、A、S9.钢管特殊要求:合同附件、技术协议。(二)无缝钢管质量检验方法:1.化学成分分析:化学分析法、仪器分析法(红外C—S仪、直读光谱仪、zcP等)。①红外C—S仪:分析铁合金,炼钢原材料,钢铁中的C、S元素。②直读光谱仪:块状试样中的C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni、Cn、A1、W、V、Ti、B、Nb、As、Sn、Sb、Pb、Bi③N—0仪:气体含量分析N、O2.钢管几何尺寸及外形检查:①钢管壁厚检查:千分尺、超声测厚仪,两端不少于8点并记录。②钢管外径、椭圆度检查:卡规、游标卡尺、环规,测出点、小点。③钢管长度检查:钢卷尺、人工、自动测长。④钢管弯曲度检查:直尺、水平尺(1m)、塞尺、细线测每米弯曲度、全长弯曲度。⑤钢管端面坡口角度和钝边检查:角尺、卡板。3.钢管表面质量检查:①人工肉眼检查:照明条件、标准、经验、标识、钢管转动。②无损探伤检查:a. 超声波探伤UT:对于各种材质均匀的材料表面及内部裂纹缺陷比较敏感。标准:GB/T 5777-1996 级别:C5级b. 涡流探伤ET:(电磁感应)主要对点状(孔洞形)缺陷敏感。 标准:GB/T 7735-2004级别:B级c. 磁粉MT和漏磁探伤:磁力探伤,适用于铁磁性材料的表面和近表面缺陷的检测。标准:GB/T 12606-1999 级别: C4级d. 电磁超声波探伤:不需要耦合介质,可以应用于高温高速,粗燥的钢管表面探伤。e. 渗透探伤:荧光、着色、检测钢管表面缺陷。4.钢管理化性能检验:①拉伸试验:测应力和变形,判定材料的强度(YS、TS)和塑性指标(A、Z)纵向,横向试样 管段、弧型、圆形试样(¢10、¢12.5)小口径、薄壁 大口径、厚壁 定标距。备注:试样断后伸长率与试样尺寸有关 GB/T 1760②冲击试验:CVN、缺口C型、V型、功J 值J/cm2标准试样10×10×55(mm) 非标试样5×10×55(mm)③硬度试验:布氏硬度HB、洛氏硬度HRC、维氏硬度HV等④液压试验:试验压力、稳压时间、 p=2Sδ/D5.钢管工艺性能检验过程:①压扁试验:圆形试样 C形试样(S/D>0.15) H=(1+2)S/(∝+S/D)L=40~100mm 单位长度变形系数=0.07~0.08②环拉试验:L=15mm 无裂纹为合格③扩口和卷边试验:顶心锥度为30°、40°、60°④弯曲试验:可代替压扁试验(对大口径管而言)6.钢管金相分析:①高倍检验(微观分析):非金属夹杂物100x GB/T 10561 晶粒度:级别、级差组织:M、B、S、T、P、F、A-S脱碳层:内、外。A法评级:A类-硫化物 B类-氧化物 C类-硅酸盐 D-球状氧化 DS类。②低倍试验(宏观分析):肉眼、放大镜10x以下。a. 酸蚀检验法。b. 硫印检验法(管坯检验,显示低培组织及缺陷,如疏松、偏析、皮下气泡、翻皮、白点、夹杂物等。c. 塔形发纹检验法:检验发纹数量、长度及分布。(三)中国现行无缝钢管标准:1.现行无缝钢管标准:共有47项 其中:GB 25 项 HB 3 项 特殊用途19项;基础 2项 产品 45项2.常用标准:① GB/T 2102-2006 钢管的验收、包装、标志和质量证明书。② GB/T 17395-2008 无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差。③ GB 5310-2008 高压锅炉用无缝钢管。④ GB 9948-2013 石油裂化用无缝钢管。⑤ GB 6479-2013 高压化肥设备用无缝钢管。⑥GB 18248-2008 气瓶用无缝钢管。
钢管的分类:钢管分无缝钢管和焊接钢管(有缝管)两大类。按断面形状又可分为圆管和异形管,广泛应用的是圆形钢管,但也有一些方形、矩形、半圆形、六角形、等边三角形、八角形等异形钢管。对于承受流体压力的钢管都要进行液压试验来检验其耐压能力和质量,在规定的压力下不发生泄漏、浸湿或膨胀为合格,有些钢管还要根据标准或需方要求进行卷边试验、扩口试验、压扁试验等。
无缝钢管:无缝钢管是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管,然后经热轧、冷轧或冷拨制成。无缝钢管的规格用外径*壁厚毫米数表示。无缝钢管分热轧和冷轧(拨)无缝钢管两类。
热轧无缝钢管分一般钢管,低、中压锅炉钢管,高压锅炉钢管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、地质钢管和其它钢管等。
冷轧(拨)无缝钢管除分一般钢管、低中压锅炉钢管、高压锅炉钢管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、其它钢管外,还包括碳素薄壁钢管、合金薄壁钢管、不锈薄壁钢管、异型钢管。
热轧无缝管外径一般大于32mm,壁厚2.5-75mm,冷轧无缝钢管处径可以到6mm,壁厚可到0.25mm,薄壁管外径可到5mm壁厚小于0.25mm,冷轧比热轧尺寸精度高。
一般用无缝钢管是用10、20、30、35、45等优质碳结钢16Mn、5MnV等低合金结构钢或40Cr、30CrMnSi、45Mn2、40MnB等合结钢热轧或冷轧制成的。10、20等低碳钢制造的无缝管主要用于流体输送管道。45、40Cr等中碳钢制成的无缝管用来制造机械零件,如汽车、拖拉机的受力零件。一般用无缝钢管要保证强度和压扁试验。热轧钢管以热轧状态或热处理状态交货;冷轧以热以热处理状态交货。
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