Die fertigen nahtlosen und Präzisionsstahlrohre weisen häufig ungleichmäßige Wandstärken auf. Diese entstehen vor allem bei warmgewalzten Stahlrohren, insbesondere beim Warmwalzen. Analysen des Rohrs im automatischen Walzwerk zeigen, dass die ungleichmäßige Wandstärke in vertikaler und horizontaler Richtung nach dem Walzen der perforierten Kapillare die ursprüngliche Verteilung beibehält. Das Rohr behält also nach dem Walzen seine spiralförmige Gestalt. Die ungleichmäßige Wandstärke in dieser Form und insbesondere in Querrichtung nimmt deutlich zu.
Die Gründe für die ungleichmäßige Wandstärke der automatischen Rohrwalzmaschine sind: ① Art und Ausmaß der Wandstärkenungleichmäßigkeit des perforierten Kapillarrohrs beeinflussen direkt Art und Ausmaß der Wandstärkenungleichmäßigkeit des gewalzten Stahlrohrs. ② Beim Walzen des Rohrs auf der automatischen Rohrwalzmaschine weicht die Position des Walzkegels aufgrund der Biegung der Auswerferstange von der Walzpunktmitte ab, was zu ungleichmäßiger Wandstärke führt. Die Wandstärke und die Position der minimalen Wandstärke im Rohr und an jedem Querschnitt des Rohrkopfes verändern sich dabei nahezu konstant; der Grad der Wandstärkenungleichmäßigkeit nimmt jedoch vom Rohrende zum Rohrkopf hin zu. Daher hat die Verringerung der Restkrümmung der Auswerferstange und der axialen Kraft der Auswerferstange während des Walzens einen signifikanten Einfluss auf die Verringerung der Wandstärkenungleichmäßigkeit. ③ Je größer der Wandstärkenverlust, desto ausgeprägter die Wandstärkenungleichmäßigkeit des Abwasserrohrs. Bei geringer Wanddickenreduktion kann die automatische Rohrwalzmaschine die ungleichmäßige Wandstärke des perforierten Kapillarrohrs verringern. ④ Die Walzeneinstellung ist nicht korrekt. Wenn der Walzenspalt nicht parallel ist, verstärkt sich die ungleichmäßige Wandstärke des Abwasserrohrs.
Wir führten eine Fourier-Transformation der gemessenen Wanddickendaten von Rohrohren in den vier Walzprozessen der automatischen Rohrwalzanlage (Φ400 mm) durch – Stanzen, Nachstanzen (Streckung), automatisches Rohrwalzen und Richten – und erhielten so eine quantitative Analyse der Wanddickenungleichmäßigkeit. Daraus leiten wir die Ursachen für deren Entstehung ab und schlagen basierend darauf ein Verfahren zur Verbesserung der Wanddickenungleichmäßigkeit von Stahlrohren vor.
① Nach der sekundären Perforation (Verlängerung) bleiben die Verteilungseigenschaften der spiralförmigen, ungleichmäßigen Wandstärke des Abflussrohrs bis zum fertigen Rohr erhalten. Daher ist die Verbesserung der sekundären Perforation (Verlängerung) der Schlüssel zur Erhöhung der Wandstärkegenauigkeit des fertigen Rohrs. Die wichtigste Maßnahme besteht in der Verbesserung der Werkzeugkonstruktion, um die Konzentrizität des Auswerferstifts und des Stopfens zur Rolllinie während der Rotation zu optimieren.
② Die Verbesserung der ungleichmäßigen Wandstärke der perforierten Kapillare ist ein wichtiger Schritt. Die wichtigsten Maßnahmen umfassen die Verbesserung der Erwärmungsgleichmäßigkeit des Rohlings, die Erhöhung der Genauigkeit der Zentrierbohrung, die Verlängerung des gleichmäßigen Randes des Auswerferstopfens und des Rückkegels sowie die Verbesserung des Abstands zwischen Auswerferstift und Auswerferstopfen. Außerdem wird die Konzentrizität zur Walzlinie während der Rotation optimiert.
③ Obwohl beim Rohrwalzen erhebliche symmetrische Wanddickenungleichmäßigkeiten auftreten können, trägt dies zur Reduzierung von spiralförmigen Wanddickenungleichmäßigkeiten bei. Daher sollte das Rohr beim Walzen zweimal gewalzt und zwischen den Walzvorgängen um 90° gedreht werden.
④ Der Nivellierungsprozess kann die ungleichmäßige Wandstärke bei symmetrischen Bauteilen weitgehend beseitigen, hat jedoch nur geringen Einfluss auf die Beseitigung der ungleichmäßigen Wandstärke bei spiralförmigen Bauteilen. Daher sollte die Leistungsfähigkeit der Nivellierungsmaschine verbessert werden.
⑤Die Fourier-Transformation ist ein effektives Mittel zur Untersuchung der ungleichmäßigen Wandstärke beim Kreuzwalzprozess. Diese Methode kann auch zur Erforschung der ungleichmäßigen Wandstärke anderer Stahlrohrproduktionsanlagen eingesetzt werden.
Bei fertig gewalzten und kaltgezogenen Stahlrohren treten aufgrund von Perforationen ebenfalls Exzentrizitätsprobleme auf: Jeder Faktor, der die geometrische Korrektheit der durch Walze, Stempel und Führungsplatte gebildeten Verformungszone beeinträchtigt, verschärft die ungleichmäßige Wandstärke des Kapillarrohrs.
(1) Kopf. ① Bei der Formgebung des Stopfens sollte der Rollkegel des idealen Stopfens parallel zum Austrittskegel der Walze verlaufen. Wird der Stopfen nach der traditionellen Matwejew-Formel konstruiert, verläuft der Rollkegel des Stopfens nicht parallel zum Austrittskegel der Walze. Die Verformung in einem solchen sich allmählich erweiternden Spalt führt zwangsläufig zu einer unzureichenden Umhüllung der Rohrwand, was eine ungleichmäßige Wandstärke des Kapillarrohrs zur Folge hat. Diese Ungleichmäßigkeit der Wandstärke des Kapillarrohrs verstärkt sich mit zunehmendem Vorschubwinkel. ② Aufgrund unzureichender Steifigkeit der Auswerferstange kommt es während des Perforationsprozesses zu einer Biegung, wodurch der Stopfen seine zentrierte Position nicht beibehalten kann und die Wandstärke des durchtretenden Kapillarrohrs ungleichmäßig wird. ③ Ungleichmäßiger Verschleiß oder Beschädigung des Stopfens.
(2) Führungsplatte. ① Der Abstand zwischen den Führungsplatten ist zu groß. Während des Perforationsprozesses wird die Mittellinie der Perforation durch die Führungsplatte vorgegeben. Ist der Abstand zwischen den Führungsplatten zu groß, ändert sich die Position des Stopfens stark, was zu Instabilität des Stopfens und ungleichmäßiger Wandstärke der Kapillare führt. ② Ungleichmäßiger Verschleiß der oberen und unteren Führungsplatten verstärkt die ungleichmäßige Wandstärke zusätzlich.
(3) Walze. ① Walzenmittellinienabweichung: Während des Produktionsprozesses kann es aufgrund fehlerhafter Montage der Pressschrauben an beiden Seiten der Stanzmaschine oder aufgrund von Gewinde- und Lagerverschleiß zu einer horizontalen Abweichung der axialen Richtung zwischen den beiden Walzen und zu ungleichen Vorschubwinkeln kommen. Dies führt zu einer Verformung der Zone und somit zu ungleichmäßiger Wandstärke. ② Bei einem großen Vorschubwinkel verläuft der Walzenkegel des Stempels und die Walze weniger parallel. ③ Eine ungeeignete Walzengeschwindigkeit beeinträchtigt ebenfalls die Wandstärkengenauigkeit.
(4) Zentrieren und Erhitzen des Rohrrohlings. Sowohl exzentrische Zentrierbohrungen als auch ungleichmäßiges Erhitzen (Außen- und Innenteil) führen zu ungleichmäßiger Wandstärke.
(5) Steifigkeit, Struktur und Justierung der Stanzmaschine. Die Steifigkeit des Stanzmaschinenkörpers ist unzureichend, und der Verriegelungsmechanismus ist unzuverlässig. Die Zentriervorrichtung der Auswerferstange ist nicht präzise justiert, was zu unzuverlässigem Betrieb und einem zu großen Abstand zum Maschinenkörper führt. Die Walzmittellinie liegt in der Regel unterhalb der Walzwerksachse, um die Stabilität des Walzguts zu verbessern. Ist die Justierung zu groß, verändert sich das Verhältnis der Werkzeuge in der Umformzone nach dem Absenken der Walzlinie asymmetrisch, was sich wiederum auf die Wandstärkenungleichmäßigkeit des Rohrs auswirkt. Daher lässt sich die ungleichmäßige Wandstärke des nahtlosen Stahlrohrs nicht vollständig vermeiden, sondern nur schrittweise minimieren.
Veröffentlichungsdatum: 30. März 2023