1. Быстрое определение качества сварки в режиме онлайн
1.1 Контроль подачи: стальная полоса, поступающая в формовочный агрегат для сварных труб, проверяется на размер и качество кромок листа, чтобы гарантировать соответствие ширины листа, толщины стенки и направления подачи технологическим требованиям. Обычно для быстрого измерения ширины и толщины листа используются цифровые штангенциркули, цифровые микрометры для измерения толщины стенок и рулетки, а качество кромок листа быстро определяется с помощью сравнительных таблиц или специальных инструментов. Частота контроля, как правило, определяется в зависимости от номера печи или тома, а головная и хвостовая части листа измеряются и регистрируются. Если позволяют условия, необходимо также проверить кромку стальной полосы и ее обработанных кромок на предмет отсутствия дефектов, таких как расслоение или трещины. При этом необходимо предотвращать механическое повреждение кромок стальной полосы при транспортировке сырья с обработанными кромками на линию по производству сварных труб.
1.2 Контроль формовки: Ключевым моментом при формовке листов и полос является предотвращение чрезмерного растягивающего напряжения на кромке полосы для предотвращения образования волнообразных изгибов. Соответствующие элементы контроля при монтаже и наладке формовочного агрегата включают в себя быстрый контроль и регистрацию размеров и зазоров формовочных, отделочных и калибровочных роликов, параметров окружности полосы, закручивания кромки полосы, угла сварки, способа стыковки кромки листа, величины выдавливания и т. д. Цифровые штангенциркули, угломеры, щупы, рулетки и соответствующие специальные инструменты часто используются для быстрых измерений, чтобы гарантировать, что каждая контролируемая переменная находится в диапазоне, требуемом спецификациями производственного процесса.
1.3 Предсварочный контроль: После настройки и регистрации различных параметров формовочного узла, предсварочный контроль в основном определяет характеристики и положение внутренних и внешних фрез для снятия заусенцев, датчиков сопротивления и датчиков, состояние формовочной жидкости, давление воздуха и другие факторы окружающей среды для соответствия требованиям к запуску, установленным в технических условиях процесса. Соответствующие измерения, в основном, основаны на опыте оператора, дополненном рулетками или специальными приборами, и оперативно измеряются и регистрируются.
1.4 Контроль в процессе сварки: Во время сварки особое внимание следует уделять значениям основных параметров, таких как мощность сварки, напряжение сварочного тока и скорость сварки. Как правило, эти значения считываются и регистрируются непосредственно соответствующими датчиками или вспомогательными приборами, установленными в установке. Достаточно убедиться, что основные параметры сварки соответствуют требованиям технологического процесса, следуя соответствующим технологическим инструкциям.
1.5 Послесварочный контроль: При послесварочном контроле необходимо обращать внимание на такие явления, как состояние сварочной искры и морфология послесварочных заусенцев. Как правило, ключевыми параметрами контроля являются цвет сварного шва, состояние искры, морфология внутренних и внешних заусенцев, цвет горячей зоны и толщина стенки на экструзионном ролике во время сварки. Контроль основан на фактическом производственном опыте оператора, визуальный контроль дополняется соответствующими сравнительными картами для быстрого измерения и регистрации, а также для обеспечения соответствия соответствующих параметров требованиям технологических спецификаций.
1.6 Металлографический контроль: По сравнению с другими видами контроля, металлографический контроль сложно проводить на месте, он, как правило, занимает много времени и напрямую влияет на эффективность производства. Поэтому оптимизация процесса металлографического контроля, повышение эффективности контроля и обеспечение быстрой оценки имеет большое практическое значение.
1.6.1 Оптимизация звеньев отбора проб: При выборе точек отбора проб обычно выделяют отбор готовой трубы, отбор летучей пилой и отбор проб перед калибровкой. Учитывая, что охлаждение и калибровка мало влияют на качество сварного шва, рекомендуется отбирать пробы перед калибровкой. Что касается методов отбора проб, обычно используются газовая резка, пилы по металлу или ручные шлифовальные круги. Из-за небольшого пространства отбора проб перед калибровкой рекомендуется использовать электрические шлифовальные круги для резки образцов. Для толстостенных труб эффективность отбора проб газовой резкой выше, и каждая компания также может разработать соответствующие специальные инструменты для повышения эффективности отбора проб. Что касается размера выборки, чтобы уменьшить область контроля и повысить эффективность подготовки образцов, исходя из предпосылки обеспечения целостности сварного шва, образец обычно имеет размеры 20 мм × 20 мм и более. Для вертикальных микроскопов при отборе проб поверхность контроля должна быть максимально параллельна противоположной стороне, чтобы облегчить фокусировку измерения.
1.6.2 Оптимизация подготовки образцов: Процесс подготовки образцов обычно включает ручную шлифовку и полировку металлографических образцов. Поскольку твердость большинства сварных труб низкая, для шлифовки с водой можно использовать наждачную бумагу 60, 200, 400 и 600, затем для грубой полировки с целью удаления видимых царапин используется холст с алмазным напылением 3,5 мкм, а затем для тонкой полировки используется шерстяная полировальная ткань, смоченная водой или спиртом. После получения чистой и блестящей контролируемой поверхности ее непосредственно сушат горячим воздухом из фена. При хорошем состоянии соответствующего оборудования, правильной подготовке наждачной бумаги и других материалов, а также удобном подключении процессов, подготовка образцов может быть завершена в течение 5 минут.
1.6.3 Оптимизация процесса коррозии: Металлографический контроль сварного шва в основном определяет ширину центра и угол скоса линии сплавления в зоне сварки. На практике перенасыщенный водный раствор пикриновой кислоты нагревают примерно до 70 °C и подвергают коррозии до исчезновения свечения, прежде чем извлечь его. После протирания пятен на поверхности коррозии ватным диском, смоченным в воде, раствор промывают спиртом и высушивают горячим воздухом фена. Для повышения эффективности приготовления пикриновую кислоту можно налить в большой стакан, добавить воду и немного моющего средства или мыла (в качестве поверхностно-активного вещества), равномерно перемешать до получения перенасыщенного водного раствора при комнатной температуре (с заметным кристаллическим осадком на дне) и использовать. При непосредственном использовании, после перемешивания и подъема осадка на дне, суспензию переливают в небольшой стакан для нагревания и можно использовать. Для повышения эффективности коррозионной защиты коррозионный раствор можно предварительно нагреть до заданной температуры, соответствующей времени поставки образца, перед испытанием, и поддерживать в тепле до использования. При необходимости ускорения коррозии температуру нагрева можно увеличить примерно до 85 °C. Квалифицированный испытатель может завершить процесс коррозии в течение 1 минуты. Если требуется измерение структуры и размера зерна, для ускоренной коррозии можно использовать 4%-ный раствор азотной кислоты в спирте.
1.6.4 Оптимизация процесса контроля: Процесс металлографического контроля включает в себя контроль линий сплавления, контроль линий обтекания, контроль морфологии поясного барабана, металлографическую организацию и оценку полосчатой организации основного материала и зоны термического влияния, а также оценку размера зерна. Среди них контроль линий сплавления включает включение линий сплавления, внутреннюю, среднюю и внешнюю ширину, перекос линий сплавления и т. д.; контроль линий обтекания включает верхний, нижний, левый и правый углы обтекания, экстремальное значение угла обтекания, отклонение центра линий обтекания, узор крючка, двойной пик обтекания и т. д.; контроль морфологии поясного барабана включает внутреннюю, среднюю и внешнюю ширину, допуск на заусенцы, несоосность и т. д. Морфология поясного барабана и линия сплавления могут характеризовать как энергию сварки, так и характеристики давления выдавливания, в то время как форма поясного барабана также связана с толщиной стальной полосы, состоянием кромок, периодичностью сварки и т. д., и после коррозии трудно точно определить границу измерения, и существуют ошибки измерения. Металлографическая структура и оценка полосчатой структуры основного материала, оценка размера зерна основного материала и т. д. были проверены во время приемки входящего сырья и также могут быть использованы в качестве контрольных элементов при онлайн-контроле сварных швов. Для повышения эффективности контроля необходимо оптимизировать соответствующие элементы контроля в соответствии с требованиями к продукту. Рекомендуется отдать приоритет контролю линий сплавления и морфологии линий тока, особенно для понимания двух основных показателей ширины центра линии сплавления и угла линий тока. Под металлографическим микроскопом углы линий тока в четырех направлениях сверху, снизу, слева и справа от зоны сварки обычно измеряются на 1/4 толщины стенки, а ширина центра линии тока измеряется при увеличении примерно в 100 раз. Для повышения эффективности контроля рекомендуется настроить металлографический микроскоп с соответствующим программным обеспечением для анализа и измерений для быстрого измерения длины и угла. Если это невозможно, измерение можно выполнить с помощью шкалы окуляра или распечатать изображение с фиксированным увеличением, а затем измерить его с помощью линейки или прибора. Измерение двух основных данных, указанных выше, обычно занимает у экспериментатора около минуты. Другие данные также можно быстро измерить в соответствии с требованиями спецификации.
1.7. Проверка больших выборок: В соответствии с данными проверки малых выборок трубопровод подвергается дальнейшей доработке, и после корректировки соответствующих параметров и соответствия требованиям технологических спецификаций необходимо отобрать образец стальной трубы заданного размера для испытания малых выборок. Испытание рабочих характеристик процесса включает в себя испытания на сплющивание, изгиб, раздачу, скручивание, кручение, продольное давление, раздачу, гидравлическое давление, внутреннее испытание и т.д. Как правило, в соответствии со стандартами или требованиями пользователя, образцы отбираются и испытываются вблизи производственной линии в соответствии с технологическими процедурами, и достаточно визуальной оценки.
1.8 Полная проверка линии: Все вышеупомянутые проверки проводятся в соответствии с выборкой соответствующих спецификаций или стандартов, поэтому неизбежно возникновение пропусков проверок. Чтобы гарантировать качество готовых сварных труб, особое внимание следует уделять применению технологии неразрушающего контроля в режиме онлайн. При производстве сварных труб обычно используемыми методами неразрушающего контроля являются ультразвуковой контроль, вихретоковый контроль, магнитный контроль и радиоактивный контроль. Различное оборудование для дефектоскопии имеет полную систему обнаружения, а применение цифровой технологии управления и электронно-вычислительных машин также обеспечивает надежность результатов испытаний. Инспекторам нужно только убедиться, что инспекционное оборудование работает нормально в соответствии с соответствующими рабочими процедурами, контролировать стабильность качества сварки, гарантировать отсутствие пропусков проверок и своевременно изолировать дефектные сварные трубы, которые превышают стандарт.
2 Быстрая оценка и диагностика качества сварки в режиме онлайн
2.1 Быстрая оценка и диагностика на начальном этапе настройки машины: Основными показателями оценки на начальном этапе настройки машины являются размерные переменные (такие как пластины, трубы, зазоры, объем экструзии, положение компонентов, высота и углы и т. д.), приборные переменные (состояние формовочной жидкости, мощность, напряжение тока и скорость и т. д.) и визуальные переменные (способы соединения пластин и формы сварки и т. д.). Размерные переменные и приборные переменные можно оценить напрямую, сравнивая измеренные значения в соответствии с числовым диапазоном, требуемым фактическими спецификациями процесса. Визуальные переменные, как правило, требуют от оператора сравнения соответствующих описаний или справочных чертежей во время обработки и проведения быстрой оценки и диагностики на основе фактического опыта оператора.
2.1.1 Экспресс-оценка и диагностика сварочных искр: Как правило, нормальное состояние сварки без большого количества искр и потемнений. Потемнение может быть диагностировано как слишком низкая мощность сварки или слишком высокая скорость сварки; большое количество брызг может быть диагностировано как слишком высокая мощность сварки или слишком малое расстояние между точкой сварки и точкой экструзии или угол сварки.
2.1.2 Быстрая оценка и диагностика сварочных заусенцев: Цвет сварного шва сразу после экструзионного ролика оранжево-красный. Красный и белый могут быть оценены как слишком высокая температура (мощность), а темно-красный можно оценить как слишком низкая температура (мощность). Сварной шов прямой и однородный, ширина заусенца большая, высота маленькая, вершина блестящая и гладкая, а выпуклые точки с небольшим прерывистым распределением на линии могут быть оценены как умеренная температура и экструзия. По тому, одинаков ли размер заусенцев, выступающих внутри и снаружи сварного шва, можно судить о том, является ли нагрев кромки материала равномерным. Если внешний выступ сварного шва толще, температура нагрева внешнего края выше, чем внутреннего края; и наоборот, температура внутреннего края выше. Если расплавленный материал, выдавливаемый наружным заусенцем, не находится посередине или внутренний заусенец периодически раскалывается или трескается, а положение инструмента нормальное, можно сделать вывод, что соединение пластин имеет неправильную кромку.
2.1.3 Быстрая оценка и диагностика цвета зоны термического влияния (HAZ): После удаления заусенцев по обе стороны от зоны термического влияния наблюдается чёткая и непрерывная прямая тонкая синяя линия. Критерием оценки является постепенное исчезновение цвета в области между двумя линиями и сохранение осевой однородности. Если цвет HAZ равномерно синий, температура сварки слишком высокая; если цвет светлее, температура сварки слишком низкая. Если ширина или форма внешнего сварного шва изменяется после удаления заусенцев, можно сделать вывод, что пластина соединена с неправильной кромкой.
2.2 Быстрая оценка и диагностика результатов тестирования небольших выборок:
2.2.1 Быстрая оценка и диагностика линии сплавления: В настоящее время не существует единого регламента по контролю ширины линии сплавления в разных странах. Существующие стандарты, как правило, являются внутренними стандартами контроля каждого предприятия. Например, компания Nippon Steel из Японии устанавливает ширину линии сплавления 0,02–0,2 мм, компания Kawasaki из Японии — 0,07–0,13 мм, компания Германии устанавливает ширину линии сплавления 0,02–0,12 мм, а компания PSP из Южной Кореи — 0,05–0,3 мм. В трубной промышленности моей страны когда-то считалось, что наиболее целесообразно контролировать ширину линии сплавления в диапазоне 0,02–0,11 мм. В некоторых литературных источниках также предлагается установить стандарт ширины линии сплавления в виде стандартного значения: fn = 0,02–0,14 мм, f0 ≈ fi = 1,3–3fn; Предупреждающее значение: fn = 0,01–0,02 мм или fn = 0,14–0,17 мм, f0 ≈ fi = 3–4fn; запрещенное значение: fn < 0,01 мм или fn > 0,17 мм, f0 ≈ fi > 4fn. Стандарт оценки прогиба или искажения линии сплавления составляет S ≤ t / 10. Как правило, не допускается, чтобы длина одного включения в области линии сплавления была ≥ 0,05t, а включения не допускаются в 15% области вблизи внутренней и внешней поверхностей. Конкретные стандарты приемки могут быть сформулированы каждым предприятием после обсуждения и анализа на основе собственной производственной практики. Форма линии сплавления тесно связана с такими параметрами, как энергия сварки, величина усилия выдавливания сварки и скорость сварки, и является важным показателем для оценки качества сварного шва.
Неблагоприятные последствия Толстая линия сплавления Температура сварки слишком высока, и обезуглероживание поверхности металла увеличивается. В большинстве случаев это вызвано недостаточным давлением прессования. В центре линии сплавления часто образуются очевидные серые пятна или оксидные включения. Плохая форма Причина диагностики Тонкая линия сплавления Давление прессования слишком велико, и расплавленный металл чрезмерно выдавливается. Сварной шов склонен к холодной сварке и отказу от испытания на сплющивание. Неровная линия сплавления Давление прессования сильно дисбалансировано Есть линии сплавления или S-образные линии сплавления, наклоненные в разных направлениях, сложная термическая деформация и высокое внутреннее напряжение. В линии сплавления есть оксидные включения или серые пятна. Плохая параллельность кромки пластины или слишком малое давление прессования, так что окисленный поверхностный слой металла кромки пластины не может быть эффективно выдавлен. Серые пятна или оксидные включения часто становятся источником трещин при растрескивании сварного шва.
2.2.2 Быстрая оценка и диагностика линии потока при сварке: Линия потока при сварке является важнейшей металлографической характеристикой при оценке качества сварного шва. Это особая форма кристаллической структуры, образованной выдавливанием локально расплавленного или полурасплавленного металла в условиях сварки. Она является всесторонним отражением таких факторов, как величина усилия выдавливания, направление выдавливания, подводимое тепло и скорость сварки во время сварки. В разных странах нет единого стандарта для угла подъема линий потока. В настоящее время каждая страна использует свой собственный внутренний стандарт контроля. Например, японская компания Nippon Steel устанавливает, что он составляет 40°~70°, немецкая — что внутренняя стенка составляет 60°, а внешняя — 65°, а соответствующая информация в моей стране указывает, что он составляет 50°~70°. Существуют также документы, которые предлагают, чтобы стандарт оценки угла линии потока следовал следующим принципам, то есть стандартное значение: 45°~75°, крайняя разница ≤10°; Предупреждающее значение: 40°~45° или 75°~80°, предельное отклонение 10°~15°; запрещенное значение: <40° или >85°, предельное отклонение ≥15°. В зоне линии тока сварки не должно быть крючкообразной сегрегации, а расстояние между осевой линией линии тока и осевой линией толщины стенки должно быть
Если кромки пластин не параллельны, легко возникает несоосность сварного шва, что приводит к однонаправленной потере металла шва и концентрации напряжений, а также увеличивается вероятность дефектов в сварном шве. Асимметрия угла обтекания. Параллельность кромок пластин недостаточна, и легко образуется положительная V-образная форма или перевернутая V-образная форма. Если кромки пластин не параллельны, распределение высокочастотного напряжения становится неравномерным, локальный перепад температур значительным, и синхронный контакт кромок пластин для достижения плотной сварки невозможен.
Если кромка пластины имеет форму положительной буквы «V», внутренняя кромка сварного шва должна соприкасаться с внешней кромкой, поэтому плотность тока на внутренней кромке должна быть больше, а температура нагрева – выше, чем на внешней. При одинаковых условиях давления прессования угол подъёма линий тока металла внутренней стенки, которая первой соприкасается, больше, в то время как угол подъёма линий тока металла внешней стенки меньше, а в тяжёлых случаях линии тока вообще не отображаются.
Напротив, когда кромка листа имеет форму перевёрнутой буквы «V», внешний заусенец больше внутреннего, а угол наклона его линии обтекания значительно больше угла наклона внутренней стенки свариваемой трубы. Недостаточная параллельность кромки листа может привести к изгибу кромки прокатанного листа, что легко приводит к её волнистости и увеличивает вероятность образования серых пятен. В то же время, сварной шов может сместиться во время формовки и продолжиться до точки сварки, что приведёт к сварке или растрескиванию затвердевающего металла шва.
2.2.3 Экспресс-оценка и диагностика состояния барабана для сварки и других изделий: Ширина барабана для сварки зависит от температуры сварки, давления прессования, толщины стальной полосы, обрезки стальной полосы, сварочного цикла и т.д. и может быть использована в качестве контрольного показателя для оценки качества сварки. В статье предлагается, что идеальная форма барабана для сварки имеет ширину в центре hn= (1/4~1/3) t, а также ширину внутренней и внешней стенки h0≈hi≈(1,5~2,2)hn. Аналогичным образом, каждое предприятие по производству сварных труб может самостоятельно определить, включать ли этот параметр в оценку или уточнить область оценки, исходя из собственных производственных реалий.
2.3 Быстрая оценка и диагностика больших образцов и этапы полной инспекции: Большие образцы и полная инспекция, как правило, проводятся в соответствии со стандартами инспекции, указанными в технических требованиях к продукту. Оператор может быстро выполнить соответствующую оценку и диагностику путем визуального осмотра или записи соответствующих данных инспекции. Основное внимание при оценке и диагностике неразрушающего контроля при полной инспекции уделяется калибровке дефектов и стандартизированной эксплуатации оборудования. Если на этих двух этапах обнаружены проблемы качества, соответствующие отделы, такие как проектирование, технологический процесс и качество, должны быть привлечены для всестороннего анализа причин дефектов. При необходимости следует всесторонне рассмотреть возможные проблемы в звеньях конструкции, таких как сырье, формовка и сварка, и провести анализ первопричин в сочетании с реальным производством. Для устранения дефектов качества, которые могут возникнуть на этом этапе, следует принять различные меры, включая оптимизацию конструкции и оптимизацию процесса.
3 Интеграция, оптимизация и перспектива структуры системы
Система быстрой оценки и диагностики качества сварного шва в режиме онлайн для прямошовных сварных труб с высокочастотной сваркой может быть разделена на четыре этапа: предварительная оценка и диагностика настройки машины, оценка и диагностика небольшой выборки, оценка и диагностика большой выборки и полная оценка и диагностика. Среди них, предварительная стадия настройки машины гарантирует, что значения каждой точки контроля процесса соответствуют требованиям спецификации процесса; стадия оценки небольшой выборки дополнительно оптимизирует данные настройки машины в соответствии с данными металлографического контроля. Если данные контроля небольшой выборки после предварительной настройки машины соответствуют требованиям спецификации процесса, можно сразу начинать серийное производство. В противном случае, дальнейшая тонкая настройка выполняется в диапазоне спецификаций предварительной настройки машины до тех пор, пока требования не будут выполнены; стадия оценки большой выборки фокусируется на проверке характеристик процесса, таких как прочность и ударная вязкость сварного шва. Если он не соответствует соответствующим требованиям, после устранения случайных факторов необходимо провести полный анализ причинно-следственной связи проектирования, производства и испытаний, а также дополнить или улучшить соответствующее оборудование конструкции или параметры процесса, чтобы гарантировать, что все последующие этапы производства соответствуют требованиям; На этапе комплексного контроля основное внимание уделяется контролю качества сварного шва, предотвращению дефектов сварки, вызванных неопределенными факторами, а также их маркировке и изоляции для обеспечения соответствия качества всех сварных труб, покидающих завод.
В реальном производстве, как правило, только при первом изготовлении сварной трубы с определённой спецификацией первоначальная настройка, точная настройка и повторная настройка выполняются на протяжении всего этапа до тех пор, пока требования не будут выполнены, после чего проводится испытание и подтверждение большого образца, а также принимаются меры по контролю и мониторингу всей линии для обеспечения качества сварного шва. С непрерывным накоплением фактического производственного опыта, когда те же или похожие трубы, которые были произведены ранее, производятся партиями, данные контроля, записанные ранее, фактически повторяются или имитируются, и настройка машины часто может быть завершена на одном этапе. Последующие этапы оценки малого образца, большого образца и всей линии больше предназначены для повторного подтверждения или мониторинга в режиме реального времени. Фактическая настройка и преимущества эффективности производства становятся более очевидными.
На всем этапе оценки и диагностики, если могут быть применены соответствующие методы работы, рекомендованные в этом исследовании, и постоянное совершенствование и оптимизация могут быть проведены в сочетании с реальным производством, настройка соответствующих параметров продукта может быть выполнена упорядоченным, эффективным и удобным образом, чтобы гарантировать качество онлайн-сварки. Если дополнить соответствующие статистические данные или инструменты программного обеспечения, все параметры данных могут быть автоматически подсчитаны, проанализированы, оценены и диагностированы непосредственно в интерфейсе эксплуатации производства трубопровода, что еще больше повышает эффективность обработки данных и научно руководит соответствующей операцией регулировки машины. В то же время постоянное накопление и улучшение соответствующих параметров и опыта эксплуатации в системе оценки и диагностики на каждом этапе не только поможет неуклонно повышать качество и эффективность производства трубопроводов, но и послужит основой данных для последующего постепенного продвижения и применения автоматизированного производства в трубопроводе, способствуя дальнейшему повышению качества и эффективности производства.
Время публикации: 12 марта 2025 г.