Tecnologia di controllo della variazione dello spessore della parete del tubo in acciaio senza saldatura

Ridurre la quantità di variazione, o ottenere una maggiore consistenza dello spessore della parete, può fare la differenza tra soddisfare o meno i requisiti di un cliente. Aiuta anche a ridurre o addirittura eliminare la necessità del cliente di processi successivi come la lavorazione.

Il tubo senza saldatura viene in genere prodotto su un mulino a perforazione a due rulli. In alcuni casi questo passaggio da solo è sufficiente per produrre un tubo che soddisfi le esigenze del cliente. tuttavia, se la consistenza dello spessore della parete necessita di un ulteriore miglioramento dopo la perforazione, un produttore di tubi può utilizzare apparecchiature aggiuntive e fasi del processo. Due di questi tipi di apparecchiature sono un mulino allungatore a laminazione incrociata (comunemente noto con il suo nome commerciale, come un mulino Assel o Diescher), e un banco di trafilatura a freddo.

Panoramica delle tre fasi del processo

La produzione di tubi senza saldatura di solito inizia con la laminazione incrociata a caldo in un mulino piercer. Il piercing è la prima fase del processo per realizzare un tubo con una parete di alta qualità. Questo passaggio è solitamente seguito da uno o più processi di allungamento che possono migliorare la qualità della parete aumentando anche la lunghezza del tubo. Dopo che il tubo lascia il mulino senza saldatura e si raffredda, può essere finito su un banco di trafilatura a freddo come terzo passaggio per migliorare le tolleranze delle pareti.

Piercer Mill. La maggior parte dell'attenzione sulla qualità delle pareti senza giunture è rivolta al piercer mill. Questa attenzione è giustificata perché il piercer mill ha l'effetto maggiore sulla variazione della parete. È possibile ottimizzare i tubi prodotti da un piercer mill 7 A 10 variazione percentuale della parete.

Sebbene un guscio trafitto possa avere meno di 10 variazione percentuale della parete, questa quantità di variazione è per una sezione di parete relativamente spessa. Per esempio, il raggiungimento di una tolleranza della parete di ±10 percento produce un tubo con uno spessore dell'intervallo di parete di 13.5 mm (0.531 in.) A 16.5 mm (0.650 in.) o più quando ordinato a 15 mm (0.590 in.). Un'ulteriore lavorazione da parte di un mulino allungatore può essere richiesta per requisiti più severi dei clienti.

Mulino allungatore. Cinque tipi principali di mulini allungatori sono utilizzati nell'industria della produzione di tubi: il mulino per tubi a mandrino, la panca a spinta, il mulino a spina, il mulino dimagrante, e il mulino allungatore a laminazione incrociata. Cinquant'anni di utilizzo in tutto il settore lo hanno dimostrato, di questi mulini allungatori, l'allungatore a laminazione incrociata fornisce il miglioramento più significativo nella tolleranza della parete del tubo prodotto su un piercer mill. Un mulino con allungatore a laminazione incrociata utilizza rulli di lavoro sul diametro esterno e un mandrino sul diametro interno (Tabella C.61—Riepilogo dei metodi NDE per tubi senza saldatura e corpo di tubi saldati Figura 1).

Panca trafilata a freddo. Disegnare su una panca è un metodo di finitura a freddo che migliora la dimensione della parete del tubo senza saldatura. Nel processo del banco di traino, prima il tubo viene infilato in modo lasco su un mandrino fissato a un'asta. Quindi un gruppo pinza afferra il tubo e lo tira attraverso una matrice fissa in carburo o acciaio per utensili. Il risultato è un tubo personalizzato con un ottimo controllo dimensionale. La tolleranza OD tipica è ±0,1 mm (±0,004 pollici), che è circa un decimo della tolleranza di un tipico tubo senza saldatura rifinito a caldo.

Ulteriori vantaggi del processo di imbutitura includono una migliore finitura superficiale, la capacità di fornire tolleranze ID, e migliorate proprietà meccaniche. Tubi prodotti con questo processo richiedono una lavorazione minima o aggiuntiva e sono considerati prodotti a valore aggiunto.

Linee guida per l'allungamento a rulli incrociati

Per allungamento incrociato, due requisiti principali riguardano il guscio perforato. Questi stanno riempiendo la sezione dell'altezza della gobba 80 A 90 percentuale del suo design e massimizzare la presa laterale di ingresso. Entrambi i requisiti sono correlati al progetto del roll pass nello stabilimento di Assel.3

Figura 2
La gobba del rullo si trova vicino al centro del rullo di lavoro. È importante abbinare la sezione del tubo che entra nel mulino con le caratteristiche di progettazione dei rulli di lavoro. Disegno per gentile concessione di Copperweld, Shelby, Ohio.
Riempire la gobba. Gobba è un termine generico per la regione vicino al centro del rullo di lavoro che contiene un profilo rialzato (Tabella C.61—Riepilogo dei metodi NDE per tubi senza saldatura e corpo di tubi saldati Figura 2). Il riempimento della gobba consiste nel misurare il muro perforato e quindi confrontarlo con la dimensione della gobba nota dalla stampa. Il piercer mill viene quindi regolato per ottenere il valore corretto. Per esempio, se il design della gobba è 8 mm (0.315 in.), il guscio trafitto dovrebbe misurare 7 mm (0.276 in.) più della dimensione del cliente (perché 7 è 90 percentuale di 8).

Questa relazione è importante nella produzione di tubi a parete sottile perché la tolleranza della parete per i tubi meccanici è basata sulla percentuale (secondo la norma ASTM A519). Le tolleranze per i tubi a parete più sottile sono più difficili da ottenere perché, per esempio, 5 percentuale di 5 mm (0.197 in.) è una dimensione molto più stretta di 5 percentuale di 10 mm (0.394 in.). I produttori di tubi devono capire che se la capacità del mulino lo è 1 mm (0.040 in.) di variazione della parete, questo potrebbe rappresentare la metà della tolleranza commerciale per le sezioni a parete media (Valore Cp di 2.0) e variazione fuori tolleranza per sezioni a parete sottile (Cp inferiore a 1.0).

Il guscio del piercer mill deve essere ridotto nello spessore della parete per garantire un corretto riempimento dell'altezza della gobba. Per tubi a parete estremamente sottile, i produttori potrebbero scoprire che il miglioramento della qualità nel laminatoio incrociato può essere difficile se non impossibile da ottenere perché il guscio forato ha troppe variazioni. Per alcune misure di tubo, la variazione della parete in percentuale può essere aumentata anziché diminuita nel piercer mill. La percentuale di variazione è determinata da un calcolo accurato. Sebbene la variazione dimensionale totale diminuisca il numeratore, il denominatore diminuisce a una velocità maggiore perché il tubo del laminatoio allungatore a laminazione incrociata ha 50 A 75 percento in meno di spessore della parete rispetto al tubo del piercer mill.

Impugnatura a scorrimento incrociato. Il secondo requisito è mantenere la migliore presa nel processo di laminazione incrociata. La presa è definita come il numero di spirali del tubo prima della linea centrale della gobba nel design del passaggio del rullo del laminatoio con allungatore a laminazione incrociata, in termini semplici, il guscio perforato dovrebbe entrare in contatto con la faccia del rullo all'inizio del processo in modo che l'alimentazione del tubo sia stabilita prima che incontri la zona di lavoro nella sezione della gobba. Il lavoro svolto nella sezione della gobba richiede una quantità estrema di energia, fino a diverse migliaia di cavalli. La forza lavoro è applicata in una sezione molto breve, Generalmente 15 A 25 mm (meno di 1 in.) largo. Se il tubo non è afferrato correttamente, girerà invece di alimentarsi, oppure può alimentarsi in modo irregolare attraverso la zona di lavoro, creando variazione.

Nella maggior parte dei casi la condizione migliore per il guscio forato si ottiene producendo il diametro esterno massimo che si adatterà correttamente alla faccia del rullo del laminatoio a laminazione trasversale. Solitamente questa relazione viene risolta regolando la configurazione del piercer mill per produrre la corretta dimensione del tubo. Ma in alcuni casi potrebbe essere necessario aumentare o diminuire leggermente l'angolo divergente del mulino allungatore per garantire che il guscio si adatti e aderisca correttamente.

Esperimenti condotti sulla qualità della parete dei tubi prelevati direttamente da un mulino allungatore sono stati utilizzati per determinare se i tubi avevano una qualità della parete migliore rispetto ai tubi ulteriormente lavorati da un mulino calibratore o un mulino riduttore di stiramento. È stato determinato che nel processo di riduzione delle dimensioni, le forze longitudinali e di compressione agiscono sulla parete e possono aumentare la variazione della parete. I tubi prelevati direttamente da un laminatoio allungatore a laminazione incrociata hanno una consistenza dello spessore della parete superiore e una migliore qualità della superficie perché non sono esposti alle condizioni di laminazione nel laminatoio di dimensionamento. Tubi che sono passati attraverso un mulino di dimensionamento, però, può avere una variazione della parete ridotta mediante trafilatura a freddo su un banco di traino.

Linee guida per la trafilatura a freddo

Il successo nella lavorazione di tubi trafilati a freddo senza saldatura dipende dal mantenimento di un'elevata qualità delle pareti del mulino a caldo senza saldatura e dalla corretta selezione degli utensili da banco trafilati a freddo (set di mandrini e matrici).

Sono tre i punti principali che riguardano il disegno del tubo forato:

• È necessaria una certa riduzione del muro per garantire che il mandrino aderisca al muro all'inizio dell'estrazione e quindi posizioni correttamente il mandrino nel supporto della matrice durante l'estrazione. Se la parete in ingresso è troppo irregolare o troppo chiara, il mandrino non avanzerà nel cuscinetto dello stampo, e il tubo risultante non avrà buone tolleranze per la dimensione esterna, dimensione interna, e lo spessore della parete.
• Il disegno al banco è limitato a un massimo 40 riduzione percentuale della superficie. Se il muro in entrata è troppo pesante, può causare il cedimento del metallo piuttosto che cedere durante la trafilatura, in particolare per gli acciai legati da tempra.
• Il disegno è un processo longitudinale. Esiste un potenziale limitato per correggere gravi variazioni longitudinali della parete perché la matrice e il mandrino sono liberi e seguiranno la variazione della parete anziché correggerla.

La trafilatura a freddo può essere ottimizzata selezionando il profilo dello stampo più appropriato (Tabella C.61—Riepilogo dei metodi NDE per tubi senza saldatura e corpo di tubi saldati Figura 3). Nessun design unico funziona meglio per tutti i tubi senza saldatura perché il design dipende da molti fattori, come lo spessore della parete, grado d'acciaio, superare i requisiti di riduzione, e disegnare i limiti del banco.

Figura 3
Tre principali profili di trafilatura a freddo sono raggi, dritto, e miscela dritta/raggio, o combinazione

Lo sono tre profili di dado:

• Matrice del raggio: l'ingresso della matrice è un arco senza angoli acuti o superfici piane.
• Matrice dritta: l'ingresso della matrice ha un piatto, superficie angolare, tipicamente 10 A 20 gradi per lato.
• Matrice combinata: l'ingresso della matrice combina superfici piatte e miscele di raggi.

Per ogni ordine di produzione disegnato, un diagramma di controllo statistico o un metodo t-test di Student può essere completato e utilizzato per ottimizzare il profilo e la dimensione dello stampo come record permanente.

Per la maggior parte dei tubi senza saldatura, un dado raggio produce la migliore qualità della parete. Perché la matrice del raggio ha un profilo di ingresso più graduale e una miscela regolare nella sezione del cuscinetto, il disegno del tubo è più coerente e si traduce in dimensioni di qualità superiore. Ma c'è uno svantaggio in questo tipo di dado: A causa del profilo di ingresso graduale, solo una piccola riduzione della DE può essere effettuata sul tubo. Il tubo senza saldatura deve essere personalizzato per utilizzare questo tipo di filiera, sommando le spese di cambio formato.

Raggiungere la coerenza in modo coerente

Il raggiungimento della coerenza richiede l'analisi del processo a ritroso, dalla fine all'inizio. Lo spessore della parete del prodotto finito specificato dal cliente fornisce le dimensioni finali per il tubo lavorato dal banco di trafilatura, che guida la selezione della matrice e del mandrino. Questa selezione determina la dimensione corretta del tubo del mulino senza saldatura, che determina la corretta configurazione e parametri operativi.