规避专利的努力
共和钢铁公司对Johnston专利的垄断权对其他生产商造成了极大的不便。很多钢管制造商受电阻焊接钢管日益增长的规模的激励,开始寻找他们自己的焊接方法以避免共和钢铁公司的侵权处罚。在众多方法中,最典型的是直流焊接法和Harmatta工艺。
直流焊接法
为了避免侵犯Johnston专利,很多直流焊管厂逐步建立,其中芝加哥的Clayton Mark公司是典型代表。
直流焊机与Johnston工艺相比有很多突出优点, 如在焊接时没有飞溅,钢管内表面光滑洁净,焊缝非常小且均匀,有更高的焊接速度。其缺点是生产成本高(约是低频交流电焊机的3倍),主要原因维护成本很高(从低压电源到电极辊间的大电流造成电火花)和功率效率不高。此焊机因此多用于生产精密机械结构钢管。
Harmatta工艺
通过改变电流输入方法和轧辊布置方式出现了很多新工艺设备,其中之一由Johann Harmatta发明,德国专利号NO.444851,并于1927年公布。
应用此专利的商业化工厂约在1929年建设,此工厂因其特殊的技术特征而值得特别关注。下面将介绍此项专利的焊接原理和特殊技术。
电极辊由硬质钢合金制成独立辊,从正上方接触到开缝钢管的顶部,后面水平布置有两对焊接轧辊,对钢管施加边部压力。因钢带表面不干净或有氧化皮而电流不足时,在主电极辊前面设置一个较小的辅助电极辊。辅助电极辊可以随时启停以调整输入电流。
电流导入原理是把每个电极辊和焊接辊都连接到电源,焊接电流由电极辊从接触点导入,流向两边的焊接辊的接触点,从焊接辊流出形成回路。这样两个边部都有电流通过,形成对边部的集中加热,因为只有边部达到了高温,焊接辊可以施加很大的挤压力,这样能获得良好的焊接质量。此工艺在电流效率上也有优势。
Harmatta工艺一个突出优点是适用于厚型管,因为电流路径长,有足够时间加热厚型钢管。只要根据材料厚度、钢级和焊接速度来正确设置电极辊和焊接辊之间的距离, 就可以加工比Johnston方法厚得多的钢管。
为了提高电流效率, 需要对钢带进行酸洗。Harmatta工艺不像Johnston工艺那样对焊接环境敏感,所以可以不用对钢带边部进行修边处理。短钢带可以使用气焊或电焊进行剪切对焊后顺序连接起来,卷成大钢卷,然后进行连续生产。
钢带首先通过成型辊基本轧制成圆形,然后通过喇叭形模,几乎成型为圆形。然后钢管通过一个钟形模,拔制成准确的圆形。紧接其后是顶部的电极辊和两侧布置的焊接辊,形成一个独立的焊接机构,然后是定径辊对钢管进行外围校正和矫直。最后采用连续链条式拔机拉出,形成连续生产。
当时Johnston方法能轧制的最大管101.6mm(4in) , 最大壁厚5.5mm, 而Harmatta工艺法能生产最大外径203.2mm(8in) , 最大壁厚6~8mm的钢管。Harmatta工艺因此适用生产中直径钢管。与Johnston方法相比,Harmatta工艺的最大缺点是焊接速度慢。拥有6~8台Harmatta设备的工厂, 在单班时的年产量约4000t、三班生产的年产量约12000t。