Justierung der Position der Hochfrequenz-Induktionsspule desStahlrohr 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 damit die Löttemperatur steuern. Bei niedriggekohltem Stahl wird die Schweißtemperatur auf 1250–1460 °C geregelt, wodurch die Anforderungen an den Einbrand bei einer Rohrwandstärke von 3–5 mm erfüllt werden. Alternativ kann die Schweißtemperatur auch durch Anpassung der Schweißgeschwindigkeit eingestellt werden.
Die Hochfrequenz-Induktionsspule sollte möglichst nahe an der Presswalze positioniert sein. Ist die Spule zu weit entfernt, verlängert sich die effektive Aufheizzeit, die Wärmeeinflusszone vergrößert sich und die Festigkeit der Schweißnaht nimmt ab. Andernfalls wird der Schweißnahtrand unzureichend erwärmt, was zu einer schlechten Formgebung nach dem Extrudieren führt. Die Impedanz besteht aus einem oder mehreren speziellen Magnetstäben für geschweißte Rohre. Ihr Querschnitt sollte üblicherweise mindestens 70 % des Innendurchmessers des Stahlrohrs betragen. Durch den Proximity-Effekt wird Wirbelstromwärme nahe dem Schweißnahtrand des Rohlings konzentriert und erhitzt diesen auf Schweißtemperatur. Die Impedanz wird mittels eines Stahldrahts im Rohling geführt und sollte mittig nahe der Mitte der Presswalze positioniert sein. Beim Anfahren verschleißt der Widerstand aufgrund der schnellen Bewegung des Rohlings durch die Reibung an der Innenwand und muss daher regelmäßig ausgetauscht werden.
Nachdem die beiden Kanten des Rohrrohlings auf Schweißtemperatur erhitzt wurden, wird das Erdölrohr durch die Extrusionswalze zusammengepresst. Dabei bilden sich gemeinsame Metallkörner, die sich durchdringen und miteinander verschmelzen, wodurch eine feste Schweißnaht entsteht. Ist die Extrusionskraft zu gering, bilden sich zu wenige gemeinsame Kristalle, die Festigkeit des Schweißguts nimmt ab und es entstehen unter Belastung Risse. Außerdem bilden sich nach dem Schweißen und Extrudieren Schweißnahtspuren. Diese lassen sich entfernen, indem das Werkzeug am Rahmen befestigt wird und die schnelle Bewegung des Schweißrohrs die Schweißnahtspuren abkratzt. Im Inneren des Schweißrohrs entstehen in der Regel keine Grate. Ist die Extrusionskraft zu hoch, wird das flüssige Metall aus der Schweißnaht herausgepresst. Dies reduziert nicht nur die Festigkeit der Schweißnaht, sondern führt auch zu zahlreichen inneren und äußeren Graten und kann sogar zu Fehlern wie Schweißnahtüberlappungen führen.
Bei unzureichender Wärmezufuhr erreicht die erhitzte Schweißnahtkante nicht die erforderliche Schweißtemperatur, und das Metallgefüge bleibt fest, was zu unvollständiger Verschmelzung oder unvollständigem Durchschweißen führt. Bei unzureichender Wärmezufuhr überschreitet die erhitzte Schweißnahtkante hingegen die Schweißtemperatur, was zu Überhitzung, Verbrennung oder Abtropfen und damit zur Bildung von Schmelzlöchern führt. Die Schweißtemperatur wird maßgeblich von der thermischen 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 sowie von Stromstärke, Kapazität und Induktivität beeinflusst.
Die Herstellung von Rohren mit gerader Naht ist einfach, effizient und kostengünstig, und die Entwicklung verläuft rasant. Geschweißte Rohre weisen im Allgemeinen eine höhere Festigkeit auf als Rohre mit gerader Naht. Rohre mit größerem Durchmesser können mit schmaleren Zuschnitten gefertigt werden, und Rohre mit unterschiedlichen Durchmessern lassen sich mit Zuschnitten gleicher Breite herstellen. Im Vergleich zu Rohren mit gerader Naht gleicher Länge verlängert sich die Schweißnahtlänge jedoch um 30–100 %, und die Produktionsgeschwindigkeit sinkt. Daher werden die meisten Rohre mit kleinerem Durchmesser mit gerader Naht geschweißt, während die meisten Rohre mit größerem Durchmesser mit gerader Naht geschweißt werden.
Geschweißte Rohrprodukte finden breite Anwendung in der Wasserversorgung, der petrochemischen Industrie, der chemischen Industrie, der Energiewirtschaft, der landwirtschaftlichen Bewässerung und im Städtebau. Sie zählen zu den 20 wichtigsten Produkten, die in unserem Land entwickelt wurden. Sie werden für den Transport von Flüssigkeiten (Wasserversorgung und -entsorgung), von Gasen (Gas, Dampf, Flüssiggas) sowie für Bauwerke (z. B. als Pfahlrohre, Brückenrohre, Kairohre, Straßenrohre, Gebäuderohre usw.) eingesetzt.
Die Abflachung und Rissbildung bei hochfrequenzgeschweißten Rohren wird durch Schweißmikrorisse, harte und spröde Phaseneinschlüsse sowie grobkörnige Strukturen verursacht.
Um die Schweißnahtqualität zu optimieren, wird das Konzept des Schweißnahteinschluss-Rissindex vorgeschlagen. Dieser entsteht hauptsächlich durch unzureichende Schweißnahtfestigkeit, -form oder -duktilität. Befinden sich kleine Einschlüsse in der Schweißnaht, die die Kerbschlagzähigkeit beeinträchtigen, kann es zu Schweißnahterissen kommen, sobald die beiden gegenüberliegenden Wände des Stahlrohrs nahe an den Eisenkasten angedrückt werden. Um Schweißnahterisse zu reduzieren und die Schweißnahtezähigkeit zu verbessern, müssen Schweißnahteinschlüsse verringert werden. Wie lässt sich also die Anzahl der Einschlüsse in der Schweißnaht reduzieren?
Zunächst 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 Kratzer, Rost oder Schmutz aufweisen, da diese den Abfluss des flüssigen Metalls behindern und leicht zu Schweißeinschlüssen führen können. Des Weiteren können ungleichmäßige Wandstärken, Grate und Ausbeulungen Schwankungen im Schweißstrom verursachen und das Schweißergebnis beeinträchtigen.
Veröffentlichungsdatum: 12. Mai 2023