用于生产钢管的 Whitehouse钟形模对接焊法虽历经改进,但还是单支的,非连续的生产方式并没有根本性的改变。直到20世纪20年代末,一种连续对接焊管生产工艺(CBW)终于出现。这种工艺在我国成为连续炉焊工艺。此生产工艺起源于英国,是美国持续的追求高速度和大批量钢管生产的必然结果。20世纪40年代之后,大量的新CBW工艺机组的建成,标志着一个新的钢管生产时代开始了。旧的生产工艺(对接焊和搭边焊)与新生产工艺(连续对接焊)相互竞争,一直到20世纪60年代才结束,最终旧的生产工艺退出历史舞台。
1 Fretz-Moon法的起源
打开焊管连续生产之路的是美国人John W.Moon及他的德国赞助者S.F.Frelz。当时Moon与英国最大的钢管制造商Stewarts and Llovds Ltd达成一个协议。对传统的对接焊管机组的建设和操作进行技术支持。据说那时John W.Moon诞生了连续焊接工艺的想法,他开始着手自己设计设备,但是为了把他的想法付诸实践,他的合作者Frelz给予了必要的大力支持。
1911年,Frelz和Moon建成了非常小的模拟机组并进行试验。模拟机组几乎与玩具一样大小,一个长3m的重油燃烧再加热炉,一个带有76.2mm直径轧辊的成型机,只能生产外径10.3mm的钢管,尽管如此,他们的试验成果却是惊人的。
1921年两人成立了新公司,即Frelz-Moon钢管公司。成为唯一的新工艺推广公司,不久他们就建立了新的工厂。
Moon分别在1921年和1922年申请了专利:美国1476537号专利—制造钢管的装置;1476632号专利—制造钢管的方法:这个新的生产方法就是著名的 Frelz-Moon焊管工艺。
第一条Frelz-Moon焊管机组生产钢管的规格范围是10.3mm-25.4mm,位于宾西法尼亚洲的巴特勒,筹建于1922年,第二年开始投产。1924年筹建了用第二条生产线,能生产钢管的范围为30.9-63.5mm。
Frelz和Moon主要想生产的产品是镀锌、电镀或涂瓷漆的导管。据说每年两个工厂生产的产品总计达6万t。与现在的钢管厂规模相比也许不算高,然而连续对接焊接工艺的出现开创了生产率的新纪元,震惊了当时的世界。Frelz和Moon工厂的秘密对外界一直保护了很多年,直到1932年,几乎是该技术出现10年之后,才在美国发布了一个完整的工厂照片。
2 CBW工艺和基本原理
2.1 CBW工艺
以1924年筹建的第二条CBW焊管生产线为例,简单介绍连续对接焊管生产工艺和技术参数。
该生产线采用的带钢规格:宽32mm-235mm;厚1.7mm-4.0mm;长9lm-457m。生产钢管的规格范围为9.66mm-63.5mm,主要品种为各种导管;生产线速度46m-70m/min
主要工艺装备如下:①开卷机;②闪光焊钢带对接机;③隧道式加热炉:炉长125m,80个烧嘴,采用天然气和焦炉煤气:④成型的焊接轧机:共6机架,其中3架为平辊和立辊组合式机架,轧集集体传动;⑤飞锯;⑥定径机;当时尚未设定径机,由成型系统进行定径。
制管时,钢板在加热炉中加热到对接焊所需的温度(1300℃-1350℃),然后进入第一对立式成型辊,弯成270°;再经过第二对水平式焊接辊成型为圆形,并通过一定减径量进行挤压形成焊缝;之后通过平立交替的4对轧辊逐渐减径,起到定径作用。
Frelz-Moon工艺的关键在于带钢的温度控制,边部温度要高于中部温度,既能实现焊接又要保证带钢整体母材不会因温度过高而融化,还要保证钢带能承受加热和变形过程而不撕裂。
为了产生所需要的钢带边部和中部温度差异,在钢带边缘处集中设置燃烧嘴,在炉子出口和焊接机架间设置高压空气(或氢气)吹风机,使得钢板边缘氧化更充分而温度提高,同时清理钢带边部氧化铁皮。