Das Hochfrequenzschweißverfahren von Stahlrohren unter Verwendung von Unterpulverschweißen

Einführung des Hochfrequenz-SchweißverfahrensStahlrohr:
1. Kontrolle des Schweißspalts: Nach dem Walzen durch mehrere Walzen wird das Band der Schweißanlage zugeführt. Der Stahlstreifen wird schrittweise zu einem runden Rohrrohling mit Spaltbildung aufgerollt. Die Anzahl der Walzen wird so eingestellt, dass der Spalt zwischen den Schweißnähten 1–3 mm beträgt und die Schweißenden bündig abschließen. Ist der Spalt zu groß, verringert sich der Nahteffekt, die Wirbelstromwärme wird nicht ausreichend erzeugt und die Schweißkristalle verbinden sich nicht direkt, was zu Nichtverschmelzung oder Rissen führen kann. Ist der Spalt zu klein, erhöht sich der Nahteffekt, die Schweißwärme wird zu hoch und die Schweißnaht verbrennt. Möglicherweise bildet sich nach dem Extrudieren und Walzen eine tiefe Vertiefung in der Schweißnaht, was deren Erscheinungsbild beeinträchtigt.
2. Schweißtemperaturregelung: Gemäß der Formel wird die Schweißtemperatur durch die thermische Leistung der Hochfrequenz-Wirbelströme beeinflusst. Diese wiederum hängt von der Stromfrequenz ab und ist proportional zum Quadrat der Anregungsfrequenz. Die Anregungsfrequenz wird ihrerseits von Anregungsspannung, -strom, Kapazität und Induktivität beeinflusst. Induktivität = magnetischer Fluss / Stromstärke. In der Formel: f – Anregungsfrequenz (Hz), C – Kapazität der Anregungsschleife (F = elektrische Feldstärke / Spannung), L – Induktivität der Anregungsschleife. Die Anregungsfrequenz ist umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Kapazität und Induktivität der Anregungsschleife. Sie kann proportional zur Quadratwurzel von Spannung und Stromstärke sein, wie aus der obigen Formel ersichtlich. Nur durch Ändern der Kapazität, Induktivität oder Spannung und Stromstärke in der Schleife lässt sich die Anregungsfrequenz und damit die Schweißtemperatur steuern. Bei niedriggekohltem Stahl wird die Schweißtemperatur auf 1250–1460 °C geregelt, wobei die Wandstärke des Fußrohrs 3–5 mm beträgt. Zusätzlich kann die Schweißtemperatur auch durch Anpassen der Schweißgeschwindigkeit reguliert werden. Bei unzureichender Wärmezufuhr erreicht der Rand der erhitzten Schweißnaht nicht die erforderliche Schweißtemperatur. Die Metallstruktur bleibt im festen Zustand, was zu unvollständiger Verschmelzung oder unvollständigem Durchschweißen führt. Bei unzureichender Hitze überschreitet der Rand der Schweißnaht die Schweißtemperatur, was zu Überhitzung oder Schmelztropfen führt und die Bildung eines Lochs in der Schweißnaht zur Folge hat.
3. Kontrolle der Extrusionskraft: Beim Extrusionsvorgang der Extrusionswalze werden die beiden Kanten des Rohrrohlings auf Schweißtemperatur erhitzt. Die sich bildenden Metallkörner durchdringen und kristallisieren miteinander und bilden schließlich eine feste Schweißnaht. Ist die Extrusionskraft zu gering, bilden sich zu wenige Kristalle, die Festigkeit des Schweißguts nimmt ab und es kann unter Belastung zu Rissen kommen. Ist die Extrusionskraft hingegen zu hoch, wird das geschmolzene Metall aus der Schweißnaht herausgepresst, was nicht nur die Festigkeit der Schweißnaht verringert, sondern auch zur Bildung von Graten an der Innen- und Außenseite und sogar zu Defekten wie Schweißnahtüberlappungen führt.
Viertens ist die Position der Hochfrequenz-Induktionsspule entscheidend: Aufgrund der langen Aufheizzeit sollte die Spule möglichst nahe an der Presswalze positioniert sein. Bei zu großem Abstand vergrößert sich die Wärmeeinflusszone, was die Schweißnahtfestigkeit verringert. Gleichzeitig wird der Schweißnahtrand unzureichend erwärmt, was zu einer schlechten Formgebung nach dem Extrudieren führt. Die Querschnittsfläche der Impedanzvorrichtung sollte mindestens 70 % des Innendurchmessers des Stahlrohrs betragen. Durch den Näheeffekt konzentriert sich die Wirbelstromwärme nahe dem Schweißnahtrand des Rohrrohlings und erhitzt diesen auf Schweißtemperatur. Der Widerstand wird mit einem Stahldraht in den Rohrrohling gezogen und sollte mittig, nahe der Mitte der Extrusionswalze, positioniert werden. Beim Anfahren kann der Widerstand durch die Reibung an der Rohrinnenwand bei der schnellen Bewegung des Rohrrohlings beschädigt werden und muss daher häufig ausgetauscht werden.
6. Nach dem Schweißen und Extrudieren von Schweißnähten entstehen Schweißspuren. Durch die schnelle Bewegung des geschweißten Rohrs werden diese Schweißspuren abgeschabt. Die Grate im Inneren des geschweißten Rohrs werden in der Regel nicht entfernt.
7. Prozessbeispiel: Prozessparameter: Nehmen wir als Beispiel das Schweißen eines Rohres mit gerader Naht (φ322 mm). Bandspezifikation: 298 mm Breite, aufgetrennt anhand des mittleren Durchmessers zuzüglich eines geringen Formzuschlags. Stahlmaterial: Q235A. Eingangsspannung: 150 V, Erregerstrom: 1,5 A, Frequenz: 50 Hz. Ausgangs-Gleichspannung: 11,5 kV, Gleichstrom: 4 A, Frequenz: 120.000 Hz. Schweißgeschwindigkeit: 50 m/min. Parametereinstellung: Ausgangsspannung und Schweißgeschwindigkeit werden in Echtzeit entsprechend der Änderung der Schweißlinienenergie angepasst. Nach der Festlegung der Parameter ist in der Regel keine weitere Anpassung erforderlich.

Qualifikationsanforderungen und Inspektion von hochfrequenzgeschweißten Rohren:
Der Nenndurchmesser des geschweißten Rohrs beträgt 6–150 mm, die Nennwandstärke 2,0–6,0 mm und die Länge 4–10 Meter. Die Spezifikationen entsprechen der Norm GB3092 „Geschweißte Stahlrohre für die Niederdruck-Flüssigkeitsförderung“. Die Rohre sind in fester oder doppelter Länge erhältlich. Die Oberfläche des Stahlrohrs muss geschmiert sein. Fehler wie Falten, Risse, Delaminationen und Überlappungsschweißungen sind nicht zulässig. Geringfügige Oberflächenfehler wie Kratzer, Schrammen, Schweißnahtversatz, Brandspuren und Narben sind zulässig, sofern sie die negative Abweichung der Wandstärke nicht überschreiten. Die erhöhte Wandstärke an der Schweißnaht und der inneren Schweißraupe ist vorhanden und entspricht den Anforderungen der Norm. Das Stahlrohr muss einem bestimmten Innendruck standhalten und wird mechanischen Funktions-, Abflachungs- und Oberflächenausdehnungsprüfungen unterzogen. Bei Bedarf wird eine Druckprüfung mit 2,5 MPa durchgeführt, die eine Minute lang dicht bleibt. A. Anstelle der hydraulischen Prüfung wird eine Wirbelstromprüfung angewendet. Die Wirbelstromprüfung erfolgt gemäß der Norm GB7735 „Wirbelstromprüfung von Stahlrohren“. Bei der Wirbelstrom-Fehlererkennung wird die Sonde am Rahmen befestigt, der Abstand zur Schweißnaht 3–5 mm eingehalten und die Schweißnaht durch schnelle Bewegung des Stahlrohrs gezielt abgetastet. Ziel ist die Fehlererkennung.