고주파 튜브 밀 기계는 어떻게 작동하며 어떤 산업에 기계가 필요합니까?

A 고주파 튜브 밀 기계 는 일련의 성형 롤러를 통해 스트립을 점진적으로 구부린 다음 고주파 전기 저항 또는 유도 용접을 사용하여 열린 심을 융합하여 평면 강철 스트립을 원형, 정사각형 또는 직사각형 튜브로 성형하는 연속 롤 성형 및 용접 생산 라인입니다. 모델 및 재료에 따라 분당 10~120m의 속도로 완성된 용접 강철 튜브를 생산합니다. 이는 전 세계적으로 구조용 강관, 중공 형강, 가구용 배관, 자동차 부품 및 정밀 기계 배관에 대한 지배적인 제조 기술로 대체 용접 방법에 비해 높은 출력 속도, 좁은 열 영향 영역 및 일관된 용접 품질로 선택되었습니다.

이 기사에서는 고주파 튜브 밀 기계 각 생산 단계에서 작동하는 주요 사양의 의미, HF 튜브 밀을 대체 생산 방법과 비교하는 방법, 이를 사용하는 업계, 새로운 생산 라인을 위한 기계를 선택할 때 평가해야 할 사항 등을 설명합니다.

고주파 튜브 밀 기계의 작동 방식: 단계별

고주파 튜브 밀 기계는 풀기, 성형, 용접, 크기 조정, 교정 및 절단 등 6가지 순차적 생산 단계를 통해 평강 스트립을 처리하며 모두 단일 연속 생산 라인에 통합됩니다. 기계 사양을 평가하고 생산 문제를 진단하려면 각 단계를 이해하는 것이 필수적입니다.

1단계: 풀림 및 스트립 공급

이 공정은 유압 언코일러에 로드된 강철 스트립 코일로 시작됩니다. 언코일러는 기계 용량에 따라 일반적으로 무게가 3톤에서 20톤 사이인 코일을 고정하고 제어되고 일정한 장력으로 스트립을 라인에 공급합니다. 언코일러와 성형 섹션 사이의 루핑 피트 또는 어큐뮬레이터는 하나의 코일이 소진되고 새 코일이 스트립 결합을 통해 로드될 때 발생하는 짧은 중단을 흡수하여 용접 섹션을 중단하지 않고 밀이 계속 작동할 수 있도록 합니다.

2단계: 성형 - 스트립을 개방형 튜브로 성형

플랫 스트립은 밀을 따라 점진적으로 배열된 일련의 수평 및 수직 롤 스탠드를 통과합니다. 각 스탠드는 대상 튜브 프로파일을 향해 스트립을 점진적으로 구부립니다. 전형적인 고주파 튜브 밀 기계 튜브 직경 범위와 벽 두께에 따라 8~20개의 성형 롤 스탠드를 사용합니다. 성형 섹션에서는 용접 준비가 완료된 오픈 심 튜브(본질적으로 좁은 세로 간격이 있는 원통형)를 생성합니다.

롤 툴링은 각 튜브 크기에 따라 다르며 제품 치수 간 전환 시 변경되어야 합니다. 최신 기계의 퀵 체인지 툴링 시스템은 전환 시간을 몇 시간에서 30분 미만으로 줄여줍니다. 이는 다양한 튜브 크기를 생산하는 시설에서 중요한 요소입니다.

3단계: 고주파 용접 - 솔기 닫기

이것이 정의 단계이다. 고주파 튜브 밀 기계 . 대부분의 산업 모델에서 200kHz ~ 400kHz 사이의 주파수에서 작동하는 고주파 전류는 스트립 가장자리가 압착 롤(압력 롤 또는 용접 롤이라고도 함) 세트로 수렴될 때 스트립 가장자리에 적용됩니다. 고주파 전류는 표피 효과에 의해 스트립 가장자리를 따라 이동하여 전체 재료 단면을 통하지 않고 솔기 가장자리에 정확하게 열을 집중시킵니다.

가장자리가 단조 용접 온도(탄소강의 경우 섭씨 약 1,300~1,400도)에 도달하면 압력 롤이 제어된 단조 압력 하에서 가장자리를 함께 눌러 충전재 없이 두 가장자리를 이음매 없는 금속 결합으로 융합합니다. 전체 가열 및 융합 과정은 밀리초 단위로 이루어지며 용접 라인 양쪽에 일반적으로 1~4mm 너비의 좁은 열 영향부(HAZ)가 생성됩니다. 이는 아크 용접이나 가스 용접 방법으로 생성되는 HAZ보다 훨씬 더 좁습니다.

튜브밀에는 두 가지 HF 용접 방법이 사용됩니다.

• HF 접촉 용접: 전류는 슬라이딩 구리 접점(슈 또는 접점이라고도 함)을 통해 스트립 가장자리로 전달됩니다. 이 방법은 탄소강 및 스테인레스강 튜브 생산에 효율적이고 널리 사용됩니다. 접점 마모는 유지 관리 고려사항입니다.
• HF 유도 용접: 열린 솔기 주위에 위치한 유도 코일에 의해 스트립 가장자리에 전류가 유도됩니다. 스트립과 물리적인 접촉이 이루어지지 않아 접촉 마모가 제거되고 생산 속도가 빨라집니다. 얇은 벽 튜브, 작은 직경의 정밀 튜브, 구리 또는 알루미늄 튜브 생산에는 유도 용접이 선호됩니다.

4단계: 용접 비드 제거(스카핑)

단조 용접 공정에서는 용접 이음매를 따라 작은 외부 압출 금속 비드가 생성됩니다. 스카핑 도구(초경 또는 공구강 블레이드)는 용접 롤 직후에 튜브 표면과 같은 높이로 이 비드를 제거합니다. 내부 표면이 중요한 용도로 사용되는 튜브에서는 내부 스카핑 도구가 해당 내부 비드를 제거합니다. 스카프 품질은 완성된 튜브의 표면 마감과 후속 툴링의 수명에 직접적인 영향을 미칩니다.

5단계: 크기 조정, 교정 및 프로필 수정

용접 후 튜브는 튜브를 정확한 최종 외경(OD)과 벽 두께 공차로 줄이는 일련의 롤 스탠드인 사이징 섹션을 통과합니다. 사이징 섹션에서는 성형 중에 발생한 작은 타원도 수정합니다. 정사각형 및 직사각형 중공 섹션(SHS 및 RHS)의 경우 크기 조정 섹션 뒤의 추가 프로파일링 스탠드가 원형 튜브를 최종 각도 형태로 구동합니다.

교정 섹션이 이어지며 오프셋 롤을 사용하여 튜브가 컷오프 스테이션에 도달하기 전에 튜브에서 잔여 보우 또는 캠버를 제거합니다.

6단계: 플라잉 컷오프

연속 용접된 튜브는 라인 속도로 튜브와 함께 이동하는 플라잉 컷오프 톱이나 다이 가속 컷오프 프레스로 지정된 길이로 절단되어 밀을 멈추지 않고 절단을 완료합니다. 플라잉 컷오프 시스템은 일반 생산 속도에서 절단 길이에 대해 ± 1mm ​​이내의 치수 정확도를 유지합니다. 절단 후 완성된 튜브는 런아웃 테이블이나 번들링 시스템에 수집됩니다.

고주파 튜브 밀 기계의 주요 사양 설명

고주파 튜브 밀 기계의 각 사양 번호가 실제로 생산 측면에서 의미하는 바를 이해하는 것은 기계를 제품 범위 및 출력 요구 사항에 맞추는 데 필수적입니다.

표 1: 고주파 튜브 밀 기계의 주요 기술 사양과 일반적인 범위, 각 사양이 제어하는 내용 및 실제 생산에 미치는 영향.

고주파 튜브 밀과 대체 튜브 생산 방법 비교

고주파 용접은 표준 구조 및 기계 배관에 대한 가장 중요한 상업적 지표, 특히 생산 속도, 에너지 효율성 및 톤당 비용 전반에 걸쳐 서브머지드 아크 용접(SAW), 레이저 용접 및 심리스 튜브 생산을 능가합니다.

표 2: 속도, 열 영향부 폭, 용접 품질, 소모품 요구 사항 및 최상의 응용 분야 전반에 걸쳐 4가지 대체 튜브 생산 방법에 대한 고주파 튜브 밀 기계 용접의 비교.

국제철강통계국(ISSB)이 집계한 생산 데이터에 따르면, HF 용접관은 전 세계 용접강관 생산량의 약 65~70%를 차지하며, 고주파 튜브 밀 기계 압도적인 차이로 압도적인 기술을 보유하고 있습니다. 빠른 속도, 충진재 없음, 톤당 낮은 에너지 소비, 연속 작동 능력이 결합되어 대부분의 구조적 및 기계적 튜브 응용 분야에서 가장 비용 효율적인 선택이 됩니다.

어떤 산업에서 고주파 튜브 밀 기계를 사용합니까?

고주파 튜브 밀 기계는 최소 12개 주요 산업 부문에 튜브 및 파이프를 공급하며, 건설, 자동차 및 에너지 인프라는 볼륨 기준으로 3대 소비자입니다.

건설 및 구조용 철강

구조적 중공 단면(원형, 정사각형(SHS) 및 직사각형(RHS))은 다음에서 생성됩니다. 고주파 튜브 밀 기계s 건축골조, 기둥, 트러스, 안전장벽, 비계, 가설공사 등에 사용됩니다. 세계철강협회(World Steel Association)의 최근 업계 보고서(2023)에 따르면 전 세계 구조용 튜브 시장은 연간 3,500만 톤을 초과했으며, HF 용접 섹션이 해당 볼륨의 대부분을 차지했습니다. 구조용 튜브의 범위는 일반적으로 OD 20mm ~ 400mm이며 벽 두께는 1.5mm ~ 16mm입니다.

자동차 제조

정밀 HF 용접 튜브는 자동차 시트 프레임, 도어 빔, 배기 시스템, 섀시 서브프레임 및 롤 케이지에 광범위하게 사용됩니다. 자동차 부문에서는 엄격한 치수 공차(OD 공차는 일반적으로 ±0.1mm), 일관된 기계적 특성, 후속 벤딩, 하이드로포밍 및 페인팅 공정과 호환되는 표면 마감 품질을 요구합니다. 전용 자동차 튜브 밀 라인은 일반적으로 가장 엄격한 품질 관리를 위해 유도 용접을 사용하여 더 높은 속도 범위(60~120m/min)에서 작동합니다.

석유, 가스, 에너지 인프라

고주파 튜브밀 기계에서 생산된 HF 용접 API 등급 강관은 석유 및 가스 수집 라인, 분배 파이프라인, 케이싱 및 파일링에 사용됩니다. 직경이 큰 본선 송전 파이프는 일반적으로 SAW 용접을 사용하지만 대부분의 유정, 집결 및 분배 파이프는 HF 용접되어 21.3mm(3/4인치)에서 508mm(20인치), API 5L 및 API 5CT 사양까지 직경을 포괄합니다.

가구 및 건축 금속 가공

의자 프레임, 테이블 다리, 선반 시스템, 난간 및 건축 장식 요소를 위한 얇은 벽의 원형 및 사각형 튜브는 작은 직경의 HF 튜브 밀(OD 범위 10~76mm, 벽 두께 0.5~2mm)에 가장 많이 사용되는 응용 분야 중 하나입니다. 이 라인은 사전 어닐링 또는 아연 도금 스트립에서 매우 빠른 속도(종종 60~100m/min)로 작동하여 추가 표면 처리가 필요 없는 튜브를 생산합니다.

농업, 광업, 일반 엔지니어링

관개 시스템, 농업 장비 프레임, 컨베이어 시스템, 광산 샤프트 지지 구조물 및 일반 제조는 모두 표준 구조 및 기계 구성 요소로 HF 용접 튜브를 사용합니다. 이러한 응용 분야에서는 일반적으로 가장 일반적으로 설치되는 유형인 OD 범위 25~219mm의 중간 범위 튜브 밀을 사용합니다. 고주파 튜브 밀 기계 전 세계적으로.

HF 접촉 용접과 HF 유도 용접: 어느 것을 선택해야 합니까?

튜브 밀 기계에서 접촉 용접과 유도 HF 용접 사이의 선택은 가장 중요한 구성 결정 중 하나이며 주로 튜브 크기 범위, 재료 및 적용 분야의 생산 속도 목표에 따라 달라집니다.

표 3: 8가지 운영 및 경제적 요소에 걸쳐 튜브 밀 기계의 HF 접촉 용접과 HF 유도 용접 구성을 직접 비교합니다.

생산 라인에 적합한 고주파 튜브밀 기계를 선택하는 방법

올바른 고주파 튜브 밀 기계를 선택하려면 기계 사양을 평가하기 전에 제품 범위, 목표 생산량, 사용 가능한 원자재 공급 및 현장 인프라를 정의해야 합니다. 이러한 기반이 없는 기계를 선택하면 비용이 많이 드는 과잉 사양이 발생하거나 생산 수요를 충족할 수 없는 라인이 발생하게 됩니다.

1단계: 제품 범위 정의

생산에 필요한 튜브 크기(최소 OD, 최대 OD, 벽 두께 범위) 및 재료(탄소강 등급, 스테인리스 등급, 알루미늄, 구리)의 전체 범위를 설정합니다. 너무 좁은 제품 범위에 대해 지정된 공장은 시장을 제한할 것입니다. 너무 광범위하게 지정하면 극단적으로 용량이 적게 사용됩니다. 업계 관행은 기본 제품(최대 볼륨 크기 및 등급)을 설계 중심점으로 지정하고 극한 크기를 보조 기능으로 처리하는 것입니다.

2단계: 필요한 출력 용량 계산

판매 예측에서 거꾸로 작업하십시오. 50mm OD x 2mm 벽 탄소강 튜브를 월 5,000톤 생산해야 하는 경우 필요한 시간당 톤 생산량과 이를 달성하는 데 필요한 라인 속도를 계산하십시오. 현실적인 가동 시간을 고려하십시오(계획된 유지 관리, 코일 교체 및 제품 교체를 포함하여 잘 운영되는 튜브 밀의 경우 일반적으로 70~80% 효율성). 이는 HF 용접기 전력 선택과 필요한 성형 스탠드 수를 결정합니다.

3단계: 사이트 인프라 평가

A 고주파 튜브 밀 기계 500kW HF 용접기를 사용하려면 상당한 전기 공급 인프라가 필요합니다(일반적으로 전용 변압기 포함 10kV ~ 35kV 공급). HF 용접기, 롤 툴링 및 유압 시스템용 냉각수는 충분한 양과 적절한 온도 및 품질로 제공되어야 합니다. 밀 구조물, 언코일러, 코일 보관을 위한 바닥 적재 용량도 확인해야 합니다. 인프라 요구 사항을 간과하는 것은 신규 튜브 공장 프로젝트에서 흔하고 비용이 많이 드는 실수입니다.

4단계: 툴링 및 전환 시스템 평가

생산 일정에 제품 크기가 자주 변경되는 경우 툴링 시스템과 전환 시간이 중요한 경제적 요인이 됩니다. 전체 변경에 6~8시간이 소요되는 공장에서는 크기 변경당 1~2교대 생산 손실이 발생합니다. 최신 퀵 체인지 툴링 시스템(사전 설정된 롤 카세트, 유압식 롤 잠금, 전동식 조정)을 사용하면 이 시간을 30~60분으로 줄일 수 있으며 이는 다중 제품 작업의 수익성에 획기적인 변화를 가져옵니다. 선택하기 전에 각 툴링 시스템 옵션에서 전환으로 인해 손실된 연간 생산 시간을 계산하십시오.

5단계: 품질 관리 및 검사 시스템 지정

API, EN, ASTM 또는 JIS 사양 애플리케이션용 튜브의 경우 통합 품질 시스템은 선택 사항이 아닙니다. 최소 요구 사항은 다음과 같습니다: 용접 스테이션 직후의 와전류 또는 초음파 용접 심 테스트; 사이징 섹션의 레이저 OD 측정; 초음파 측정을 통한 벽 두께 모니터링; 자동 차단 제어를 통한 길이 측정. 자동차 Tier 1 공급업체에 공급하는 튜브 밀에는 일반적으로 밀 제어 PLC와 통합된 100% 치수 기록 및 전체 추적 시스템이 필요합니다.

고주파 튜브 밀 기계의 중요한 유지 관리 영역

고주파 튜브 밀 기계에서 가장 큰 영향을 미치는 세 가지 유지 관리 영역은 HF 용접기 전원 장치, 롤 툴링 및 베어링 어셈블리, 냉각수 시스템입니다. 이 중 하나라도 실패하면 전체 생산 라인이 중단됩니다.

• HF 용접기 전원 장치: 솔리드 스테이트 IGBT 인버터 기반 HF 발전기(현재 산업 표준, 기존 진공관 발전기를 대체)에는 깨끗하고 안정적인 전원 공급 장치와 적절한 냉각이 필요합니다. 커패시터 뱅크, 출력 변압기, 작업 코일 또는 접점 어셈블리는 주요 마모 구성 요소입니다. 예정된 검사 간격은 일반적으로 생산 시간 500~1,000시간마다입니다.
• 롤 툴링 및 베어링: 성형 및 사이징 롤은 점진적으로 마모되므로 생산 톤수에 따라 일정에 따라 검사하고 재연마하거나 교체해야 합니다. 롤 스탠드의 베어링 고장은 튜브 밀에서 계획되지 않은 가동 중지 시간을 발생시키는 가장 일반적인 원인입니다. 중요한 롤 스탠드 드라이브의 진동 모니터링 시스템은 베어링 성능 저하에 대한 조기 경고를 제공할 수 있습니다.
• 냉각수 시스템: HF 용접기, 작업 코일, 용접 롤 및 스카핑 영역에는 모두 냉각수가 필요합니다. 오염, 스케일링 또는 흐름 감소로 인해 HF 용접기 작동이 중단되거나 용접 영역 구성품의 마모가 가속화될 수 있습니다. 개방형 냉각 시스템보다 여과 및 전도도 모니터링 기능을 갖춘 전용 폐쇄 루프 냉각 회로를 강력히 권장합니다.
• 스카프 툴링: 스카핑 블레이드는 빠르게 마모되므로 강철 등급과 생산 속도에 따라 정기적으로 검사하고 교체해야 합니다. 마모된 스카핑 도구로 인해 용접 비드가 솟아올라 후속 툴링이 손상되고 튜브 치수 품질에 영향을 미칩니다.

자주 묻는 질문: 고주파 튜브 밀 기계

고주파 튜브 밀 기계는 어떤 재료를 처리할 수 있습니까?

가장 일반적인 재료는 저탄소 및 중탄소강(S235, S355, Q235, Q345 및 API 5L 등급 B 및 X42~X70에 해당하는 등급)입니다. 스테인레스강(등급 304, 316, 430)은 HF 유도 압연기에서 널리 가공됩니다. 알루미늄 합금과 구리는 비철 재료용으로 특별히 구성된 밀에서 유도 용접을 사용하여 가공되며, 성형 툴링 형상이 조정되었습니다. 고강도 저합금(HSLA)강은 HAZ 경화를 방지하기 위해 용접 매개변수를 주의 깊게 제어해야 합니다.

교대당 고주파 튜브 밀 기계의 일반적인 생산량은 얼마입니까?

출력은 튜브 크기와 벽 두께에 따라 크게 달라집니다. 실제적인 예로, 40m/min의 속도로 48.3mm OD x 3.2mm 벽 탄소강 튜브를 생산하는 중급 공장은 정상 조건에서 시간당 약 3.5~4.0톤을 생산합니다. 75% 효율성으로 8시간 교대를 하면 교대당 약 21~24톤에 해당합니다. 100m/분의 속도로 20mm OD x 1.0mm 벽을 실행하는 소직경 고속 가구 튜브 밀은 시간당 약 1.8톤을 생산합니다. 이는 더 높은 라인 속도에도 불구하고 벽이 얇고 직경이 작은 제품의 경우 시간당 톤수가 훨씬 더 낮다는 것을 보여줍니다.

튜브 밀을 한 튜브 크기에서 다른 크기로 변경하는 데 얼마나 걸리나요?

개별 롤 변경이 있는 기존 밀에서는 주요 변경(대규모 OD 변경)에 6~12시간이 걸릴 수 있습니다. 사소한 변경(동일한 롤 제품군 내에서 작은 OD 조정)에는 2~4시간이 걸릴 수 있습니다. 신속하게 변경 가능한 사전 설정 카세트 툴링 시스템을 갖춘 공장에서는 주요 변경 시간을 30~90분으로 줄일 수 있습니다. 전환 시간은 짧은 생산 실행의 경제적 생존 가능성에 직접적인 영향을 미칩니다. 다양한 크기를 생산하는 공장에서는 경쟁력을 유지하기 위해 빠르게 변화하는 툴링이 필요합니다.

고체 HF 발생기와 진공관 발생기의 차이점은 무엇입니까?

진공관(3극관) HF 발생기는 튜브 밀 용접을 위한 독창적인 기술이었으며 여전히 많은 오래된 공장에서 사용되고 있습니다. 견고하지만 에너지 효율이 낮고(일반적으로 전기 효율 55~65%) 고가의 소모품인 진공관을 정기적으로 교체해야 합니다. 솔리드 스테이트 IGBT 인버터 발전기(새 설치의 현재 표준)는 85~92%의 전기 효율을 달성하고, 소모성 튜브가 없으며, 더 나은 주파수 안정성을 제공하고, 용접 매개변수 조정에 더 빠른 응답을 제공합니다. 일반적으로 에너지 절약만으로 고체 발전기의 비용 프리미엄은 생산 후 2~4년 이내에 회복됩니다.

단일 고주파 튜브 밀 기계로 원형 및 사각형 튜브를 모두 생산할 수 있습니까?

예, 이는 매우 일반적인 구성입니다. 튜브는 먼저 원형 섹션(용접 공정에 가장 효율적인 형상)으로 형성 및 용접된 다음 사이징 섹션 뒤에 위치한 정사각형 또는 직사각형 프로파일링 스탠드를 통과합니다. 원형 출력과 정사각형 또는 직사각형 출력 사이를 전환하려면 프로파일링 툴링 변경이 필요하며, 잘 설계된 밀에서는 일반적으로 30~60분이 소요됩니다. 많은 공장에서는 서로 다른 생산 순서로 동일한 라인에서 원형, 정사각형 및 직사각형 섹션을 운영합니다.

고주파 튜브밀 기계에서 생산된 튜브에는 어떤 국제 표준이 적용됩니까?

적용 가능한 표준은 제품 및 시장 목적지에 따라 다릅니다. 일반적으로 참조되는 표준에는 EN 10210 및 EN 10219(유럽 구조 중공 섹션); ASTM A500 및 ASTM A513(북미 구조 및 기계 튜빙); API 5L(석유 및 가스 라인 파이프); API 5CT(케이싱 및 튜브); JIS G3444 및 JIS G3466(일본 구조용 튜브); 및 GB/T 6728 및 GB/T 3091(중국 표준). 규제 시장에 공급하는 공장은 생산하는 각 제품에 대해 관련 표준에 명시된 치수 공차, 기계적 특성 요구 사항 및 테스트 빈도를 충족할 수 있어야 합니다.

결론: 고주파 튜브 밀 기계가 강철 튜브 생산을 지배하는 이유

고주파 튜브 밀 기계는 연속적인 고속 출력과 뛰어난 용접 품질, 소모성 충진재 없음, 좁은 열 영향 영역, 플랫 스트립에서 완성된 절단 튜브까지 완전히 통합된 생산 프로세스를 모두 하나의 컴팩트 라인에 결합하기 때문에 세계에서 가장 지배적인 튜브 생산 기술이 되었습니다.

새로운 튜브 생산 투자의 경우 HF 접촉 대 유도 용접, 용접기 전력 등급, 튜브 크기 범위, 툴링 시스템 및 품질 모니터링 통합과 같은 기본적인 결정은 모두 명확하게 정의된 제품 전략 및 출력 목표에서 이루어져야 합니다. 잘못 지정됨 고주파 튜브 밀 기계 시장을 제한하거나 자본을 불완전하게 만들 것입니다. 귀하의 생산 요구 사항에 정확하게 맞는 제품은 수십 년 동안 안정적이고 비용 효율적인 출력을 제공할 것입니다.

첫 번째 튜브 밀 투자를 평가하든, 노후화된 장비를 업그레이드하든, 기존 생산 라인을 확장하든, 이 가이드의 기술 프레임워크는 구매를 결정하기 전에 사양을 평가하고, 구성을 비교하고, 장비 공급업체에 올바른 질문을 하기 위한 기초를 제공합니다.