Steuerung der Position der Hochfrequenz-Induktionsspule vonStahlrohr mit gerader Naht:
Die Erregerfrequenz von geradnahtgeschweißten Stahlrohren ist umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Kapazität und Induktivität im Erregerkreis bzw. proportional zur Quadratwurzel von Spannung und Stromstärke. Durch Änderung der Kapazität, Induktivität oder Spannung und Stromstärke im Kreis lässt sich die Erregerfrequenz und somit die Schweißtemperatur steuern. Bei niedriggekohltem Stahl wird die Schweißtemperatur auf 1250–1460 °C geregelt, was den Anforderungen an einen Einbrand von 3–5 mm Rohrwandstärke entspricht. Alternativ kann die Schweißtemperatur auch durch Anpassung der Schweißgeschwindigkeit eingestellt werden.
Die Hochfrequenz-Induktionsspule sollte so nah wie möglich an der Extrusionswalze positioniert sein. Ist die Spule zu weit entfernt, verlängert sich die effektive Aufheizzeit, die Wärmeeinflusszone wird breiter und die Schweißnahtfestigkeit sinkt. Umgekehrt wird die Schweißnahtkante nicht ausreichend erhitzt, was zu einer schlechten Formgebung nach dem Extrudieren führt. Die Impedanz besteht aus einem oder mehreren Magnetstäben zum Schweißen von Rohren. Ihr Querschnitt sollte üblicherweise mindestens 70 % des Innendurchmessers des Stahlrohrs betragen. Die Impedanz bewirkt, dass zwischen Induktionsspule, Schweißnahtkante und Magnetstab eine elektromagnetische Induktionsschleife entsteht. Dadurch wird ein Näherungseffekt erzeugt, und die Wirbelstromwärme konzentriert sich nahe der Schweißnahtkante, sodass diese auf Schweißtemperatur erhitzt wird. Die Impedanz wird mit einem Stahldraht in das Rohr gezogen und sollte mittig nahe der Extrusionswalze positioniert sein. Beim Einschalten der Maschine kommt es aufgrund der schnellen Bewegung des Rohlings zu einem starken Verschleiß des Dichtungsmaterials durch die Reibung an der Innenwand des Rohlings, sodass es häufig ausgetauscht werden muss.
Nachdem die beiden Kanten des Rohrrohlings auf Schweißtemperatur erhitzt wurden, bildet sich unter dem Druck der Extrusionswalze ein gemeinsames Metallkorn, das ineinandergreift, kristallisiert und schließlich eine feste Schweißnaht bildet. Ist die Extrusionskraft zu gering, bilden sich nur wenige gemeinsame Kristalle, die Festigkeit des Schweißguts nimmt ab und es können unter Belastung Risse entstehen. Nach dem Schweißen und Extrudieren entstehen Schweißnahtspuren, die entfernt werden müssen. Dazu wird das Werkzeug am Rahmen befestigt und die Schweißnahtspuren durch die schnelle Bewegung des zu verschweißenden Rohrs geglättet. Im Inneren des Rohrs bilden sich in der Regel keine Grate. Ist der Extrusionsdruck zu hoch, wird das geschmolzene Metall aus der Schweißnaht herausgepresst, was nicht nur die Festigkeit der Schweißnaht verringert, sondern auch zahlreiche innere und äußere Grate erzeugt und sogar zu Fehlern wie Schweißnahtüberlappungen führen kann.
Bei unzureichender Wärmezufuhr erreicht der Rand der erhitzten Schweißnaht nicht die erforderliche Schweißtemperatur, und das Metallgefüge bleibt fest, was zu unvollständigem oder nicht vollständig durchgeschweißtem Material führt. Bei unzureichender Wärmezufuhr überschreitet der Rand der erhitzten Schweißnaht hingegen die erforderliche Schweißtemperatur, was zu Überhitzung oder Schmelztropfenbildung und damit zu einem Schmelzloch in der Schweißnaht führt. Die Schweißtemperatur wird hauptsächlich durch die thermische Leistung der Hochfrequenz-Wirbelströme beeinflusst. Gemäß der entsprechenden Formel hängt die thermische Leistung der Hochfrequenz-Wirbelströme hauptsächlich von der Stromfrequenz ab und ist proportional zum Quadrat der Stromanregungsfrequenz. Die Stromanregungsfrequenz wiederum wird von der Anregungsspannung, dem Strom, der Kapazität und der Induktivität beeinflusst.
Die Herstellung von Rohren mit gerader Naht ist einfach, effizient und kostengünstig, und die Entwicklung verläuft rasant. Die Festigkeit von geschweißten Rohren ist im Allgemeinen höher als die von Rohren mit gerader Naht. Es lassen sich Rohre mit größeren Durchmessern aus schmaleren Rohlingen herstellen, und auch Rohre mit unterschiedlichen Durchmessern können aus Rohlingen gleicher Breite gefertigt werden. Im Vergleich zu Rohren mit gerader Naht gleicher Länge erhöht sich die Schweißnahtlänge jedoch um 30–100 %, und die Produktionsgeschwindigkeit ist geringer. Daher werden die meisten Rohre mit kleinem Durchmesser mit gerader Naht geschweißt, während Rohre mit großem Durchmesser überwiegend geschweißt werden.
Geschweißte Rohrprodukte finden breite Anwendung in der Trinkwasserversorgung, der petrochemischen Industrie, der chemischen Industrie, der Energiewirtschaft, der landwirtschaftlichen Bewässerung und im Städtebau und zählen zu den 20 wichtigsten Entwicklungsprodukten meines Landes. Sie werden für den Transport von Flüssigkeiten (Wasserversorgung und -entsorgung), von Gasen (Stadtgas, Dampf, Flüssiggas) und im Stahlbau (z. B. als Pfahlrohre, Brücken-, Hafen-, Straßen- und Gebäuderohre) eingesetzt.
Die Abflachung und Rissbildung von hochfrequenzgeschweißten Rohren werden durch Schweißmikrorisse, harte und spröde Phaseneinschlüsse, grobkörnige Strukturen usw. verursacht.
Um die Schweißnaht besser zu kontrollieren, wird das Konzept des Schweißnahteinschluss-Rissindex vorgeschlagen. Dieser wird hauptsächlich durch unzureichende Schweißnahtfestigkeit, Formfehler oder Duktilität verursacht. Bei kleinen Einschlüssen, die die Kerbschlagzähigkeit der Schweißnaht beeinträchtigen, kann es zu Schweißnahteinschlüssen kommen, wenn die beiden gegenüberliegenden Rohrwände des Stahlrohrs zu nah an den Eisenkasten angedrückt werden. Um Schweißnahteinschlüsse zu reduzieren, müssen die Schweißnahteinschlüsse verringert und die Zähigkeit verbessert werden. Wie lässt sich die Anzahl der Schweißnahteinschlüsse reduzieren?
Erstens sollte die Reinheit der Rohstoffe verbessert, der Phosphor- und Schwefelgehalt sowie der Anteil an Einschlüssen reduziert werden. Zweitens ist zu prüfen, ob die Kanten des Stahlbandes beschädigt, verrostet oder verunreinigt sind, da dies den Abfluss des flüssigen Metalls behindert und leicht zu Schweißeinschlüssen führen kann. Drittens können ungleichmäßige Wandstärken, Grate und Ausbeulungen leicht zu Schwankungen des Schweißstroms und damit zu Problemen beim Schweißen führen.
Veröffentlichungsdatum: 22. April 2025