När man på plats vid kallstansning upptäcker sprickor i huvudet, på flänskanten eller i rundningsradien, är mångas första reaktion att kontrollera materialet eller kallstansverktygen.
Men de ställen på färdiga produkter där defekter syns, är ofta bara där defekterna till slut blir synliga, och behöver alltså inte vara deras ursprungliga bildningsplats.
Vissa defekter uppstår under omgjutningen och valsningen, andra kommer från transport och omlastning, medan ytterligare några tillkommer under syrning, dragningsprocessen, genomledning, matning och klippning.
Ytdefekter kan både vara nedärvade från tidigare processer och återuppstå i mellanliggande arbetsmoment. Kallstansning ändrar endast defektens utseende och kan inte återställa den redan skadade materialkontinuiteten.
Defektens väg: Omgjuten ingot → Valst bandjärn → Transport och omlastning → Syrning och omformning → Dragningsprocess och genomledning → Kallstansning och formning
I. Stöpningsskedet: Defekter kan börja under stångjärnets yta
Stångjärnet utgör utgångspunkten för trådrullen. Ovanliga vibrationsmönster, nedgrävda luftfickor, slagginkläderingar, skorvor och gropar kan alla bli ursprung till efterföljande ytddefekter.
Figur 1: Ovanliga vibrationsmönster på stöptjärn. Normala, ytliga vibrationsmönster utgör inte per se en defekt; det är när mönstren blir ovanligt djupa eller när sprickor eller slagg åtföljer deras bas, som risken ökar märkbart.
Figur 2: Efter slipning avslöjas nedgrävd luftficka. Vid valsning kan luftfickan pressas ihop eller förlängas i valsrättningen; om dess inre vägg oxiderats avgör om den därefter kan återföras på ett tillförlitligt sätt.
Figur 3: Slagginklädering på eller nära ytan av stöptjärnen. Slaggen deformeras inte i samklang med stålmaterialet och kan vid valsning krossas, förlängas och övergå till skorvor, vikningar eller linjära defekter.
Figur 4: Skorva på stångjärnets yta. Flakliknande metallavlagringar kan vid efterföljande valsning tryckas tunna och rullas in i grundmaterialet; ytan ser då ut att vara jämnvalsad, men den interna gränsytan har kanske inte återförenats ordentligt.
Figur 5: Grop på stångjärnets yta. Begreppet ”grop” beskriver bara utseendet; den specifika orsaken måste bedömas utifrån oxiderna på gropens botten, de uppvikta kanterna och de omkringliggande sprickorna.
Ytdefekter på stångjärnet kan vid valsprocessen pressas ihop, förlängas eller ändra riktning. Att ytan sedan framstår som jämn innebär inte att tidigare materialopphör har försvunnit.
II. Valserietappen: Defekter kan förlängas och även återskapas
Sprickor i stålstycket kan övergå till längsgående sprickor i trådrullen, knotar och slagginkläningar kan pressas tunnare och förlängas, och underhudsluftfickor kan också bilda avbrutna linjära oregelbundheter.
Valserietappen i sig kan också orsaka defekter. Oegentligheter vid formfyllning, ledningsanordningar eller valsskivor kan leda till öronbildning; dessa öron kan sedan tryckas tillbaka in i materialytan i efterföljande valsvirvor och skapa vikningar. Oxidskal eller främmande partiklar som pressas in i grundmaterialet lämnar också kvar lokala områden med kontinuitetsbrott.
Figur 6: Tväravsnitt av en vikningsdefekt. Ytmetall är utformad som en tungliknande infällning, och gränsytan har inte bildat någon pålitlig sammanväxning. Att ytan tillfälligt är sluten innebär inte att den interna defekten är borttagen.
Figur 7: Knot på trådrullens yta. Jämfört med vanliga repor förekommer det ofta flakliknande fasthängande material, lokala uppvikningar eller spår av lossning vid knoterna.
Figur 8: Tväravsnitt av en spricka på trådrullens yta. Sprickan sträcker sig från ytan in mot kärnan; om den åtföljs av oxidation, karburationsförlopp eller ovanligt mikrostrukturtillstånd kräver detta ytterligare analys.
Vikningar och sprickor kan ibland se likartade ut, men deras bildningsmekanismer skiljer sig. En vikning uppstår när delar av metallen rullas in utan att bindningen blir tillförlitlig, medan en spricka innebär att grundmaterialets kontinuitet redan brutits. Dessa två typer av defekter får därför inte enkelt behandlas som samma sak vid återspårning.
III. Transport och omlastning: Brott mellan kontaktfläckar kan också bli utgångspunkt för sprickbildning
När trådrullar hamnar i kollisioner, dras eller gnids mot varandra vid lyft, avvikning, lagring och transport kan det uppstå repor, tryckmärken och metalluppvikningar. Sådana skador är vanligtvis lokala och slumpmässiga, och tenderar att koncentreras till trådrullens yttre ring eller de platser där lyftkontakt sker.
Figur 9: Rep- och stötskador orsakade vid transport eller omlastning. Deras riktning och position är oftast icke exakt bestämda, vilket skiljer sig från de kontinuerliga längsgående reporna som uppstår i trådlysmoduler.
För produkter med normal deformation behöver mindre skador inte omedelbart orsaka avvikelser; når emellertid produkter med hög deformation, komplexa huvudtyper eller tunna flänsar, kan skadepunkterna bli punkter med anspända deformationer och förstärkas under kallstansprocessen.
IV. Syrningsskedet: Både avslöjar fel och kan lämna bakter med sig
Efter syrningen, då oxidskiktet avlägsnats, börjar tidigare dolda sprickor, vikningar, skavningar och gropar gradvis visa sig. Därför innebär upptäckten av defekter efter syrning inte nödvändigtvis att dessa uppstått under just den processen.
Om oxidskiktet inte rengjorts ordentligt kan återstående oxiders påverka uniformiteten hos fosfateringsfilmen och vid trådlysningsprocessen eventuellt krossas, lossna eller tryckas in i ståltrådens yta.
Figur 10: Oxidskiftsrester efter syrning. De mörka längsgående bältena måste skiljas från resterande oxid i vikningar eller sprickor; man får inte basera slutsatser enbart på färgen.
Felaktig kontroll vid syrningen kan även orsaka punktsår och ojämnheter på ytan. För att avgöra om problemen egentligen är ursprungliga defekter som blivit synliga eller nybildade under syrningsprocessen, bör prover från både före och efter syrningen sparas för jämförelse.
V. Ommaskning och trådlysningsprocessen: Längsgående dragmärken – ett ofta underskattat nyttillkommet fel
Ommaskningsprocessen innebär inte bara ändringar av materialens dimensioner, utan kan också direkt skada ståltrådens yta.
Slitage på trådlysningsformarna, förekomst av oxidskivor eller metallspån i formhålen, tillfällig misslyckad smörjning samt taggar eller onormal kontakt vid genomföringshjul och ledningsdelar kan alla orsaka kontinuerliga eller intermittent förekommande längsgående dragmärken.
Figur 11: Lokala dragmärken som uppstår vid ommaskning och trådlysningsprocessen. Defekterna följer ståltrådens längdriktning och åtföljs av ränder, uppvräkta metallytor eller lokala avskalningar.
För korta, sporadiska dragmärken bör man undersöka främst hårdare främmande partiklar, tillfälliga klisteravlagringar och lokala kontaktytor. Om defekterna istället förekommer kontinuerligt över långa sträckor och på ungefär samma position runt omkretsen, bör man särskilt kontrollera trådlysningsformarna, ledningshjulen och genomföringspunkterna.
Längsgående märken behöver dock inte nödvändigtvis komma från trådlysningsprocessen. Rullningssprickor, vikningar och kvarvarande oxidskikt kan vidare bearbetas under lyssningen och erhålla likartade utseenden. Det viktiga är att fastställa om defekten redan existerade innan lyssningsprocessen eller om den först uppstod efter någon specifik form eller genomföringspunkt.
I detta kapitel diskuteras endast ytskador som orsakats av trådlysningsprocessen. Hur neddragninggraden, antalet lysningsgångar och bearbetningshärdning påverkar kallstävningsegenskaperna behandlas separat i kapitel sex.
VI. Kallstävningens första fas: Det sista nybildade felet som ofta förbises
När materialet har kommit in i kallstävningsmaskinen men innan själva formningen inletts, kan det fortfarande uppstå nya ytskador. Genomföringshjulen, rätningssystemet och matningsaggregaten kan repa ståltråden; slitage, bitar och taggar på klipphåven eller klippmoddellerna kan dessutom skada emballagens ändytor eller sidoytor.
Om defekterna konsekvent dyker upp i samma riktning och på samma plats, eller om de tydligt förändras när man byter genomföringshjul eller klipphåv, får man inte nöja sig med att enbart kontrollera materialcertifikatet och originaltrådrullen.
7. Varför “ärvas” defekterna ända fram till färdig produkten?
Trådutdragningen gör att materialet förlängs i längsgående riktning, medan kallformningen orsakar axiell kompression och radial rörelse av materialet. Befintliga defekter kan dras ut, pressas ihop eller tillfälligt stängas, men de kan också följa med materialets rörelse till huvudet, flänsen eller R-hörnet och åter öppnas i områden med hög deformation.
Figur 12 Sprickbildning vid flänsgrensen på en kallformad färdigprodukt. Bilden visar var defekten slutligen har blottats; man kan dock inte enbart utifrån utseendet sluta sig till att defekten definitivt härrör från materialet.
När en längsgående defekt på trådrullen når den färdiga produkten behåller den inte alltid sin ursprungliga raka form. Den kan istället visa sig som sprickor vid huvudets kant, veckningar i flänsen, sprickor i R-hörnet eller lokala inbukningar. Vilken specifik position defekten uppträder i beror på produktens konstruktion, skärriktningen samt materialets strömningsbanor.
Defekten kopieras inte enkelt över till den färdiga produkten utan förändrar sin form vid varje bearbetningssteg och fortsätter därefter att existera.
8. Nyckeln till att avgöra defektens ursprung är att hitta dess “första framträdande”
Genom att enbart undersöka de färdiga delarna som redan har spruckit räcker det vanligtvis inte för att avgöra vilket bearbetningssteg defekten härrör från. En mer effektiv metod är att bygga upp en provkedja från stålstav, spole, efter syrning behandlat material, utdragna halvfabrikat, kallformningsråmaterial och slutligen den färdiga produkten, för att hitta det stadium där defekten för första gången uppträder.
Är avvikelsen koncentrerad till en viss del av spolen eller förekommer kontinuerligt längs hela rullen? Är defektens riktning och position runtom cirkeln konstant? Förändras situationen när verktyg, ledhjul eller klippskär byts ut? Finns det oxidation, karburationsförlust eller ovanliga metallströmningsspår inne i sprickorna? Dessa observationer kan ge vägledning vid sökandet, men de bör alltid kombineras med processprotokoll och kan inte användas isolerat.
Ingenjörsyttråd
Ytddefekter kan härledas från stålbrukets kontinuerliga gjutning, valsning, transport, syrning och ombearbetning via utdragning, men de kan även uppstå under kallformningsprocessens ledning, matning och klippning.
Var den färdiga produkten spricker betyder inte att defekten också bildades just där.
Färdigproduktsdefekten är ett resultat; först när man hittar det stadium där defekten för första gången uppträder kommer man närmare dess egentliga ursprung.
Avsikten med att spåra defekter är inte främst att fastställa ansvar, utan att bygga en fullständig beviskedja över alla bearbetningssteg.
Om du också möter problem som knottror på spoltråden, längsgående skador, veckningar eller sporadiska sprickor vid kallformning kan du skicka mig information om materialklass, dimensioner, bilder på defekterna, berörda arbetsstationer samt deras fördelning. Jag kan då hjälpa dig att bedöma om det bäst lönar sig att börja spaningen hos stålverket angående råmaterialet, vid transportens skyddsåtgärder, i syrningen/omformningen eller hos kallformningsutrustningen.
Nästa avsnitts förhandsvisning
Kapitel 6: “Varför uppvisar samma material olika beteende efter utdragning inför kallformning?”
I nästa kapitel fokuserar vi på hur neddragninggraden, antalet utdragningsgångar och bearbetningshärdning påverkar det faktiska tillståndet hos materialet när det slutligen anländer till kallformningsmaskinen.