螺旋預(yù)精焊機(jī)組鋼管切斷裝置的改進(jìn)與應(yīng)用

劉成坤，陳 銘

（寶雞鋼管克拉瑪依有限公司，新疆 克拉瑪依834000）

螺旋預(yù)精焊機(jī)組鋼管切斷裝置的改進(jìn)與應(yīng)用

劉成坤，陳 銘

（寶雞鋼管克拉瑪依有限公司，新疆 克拉瑪依834000）

針對螺旋縫預(yù)精焊管生產(chǎn)線預(yù)焊機(jī)組高速成型的工藝特點(diǎn)，為滿足預(yù)焊高速出管時厚壁鋼管切斷要求，保證預(yù)焊機(jī)組連續(xù)生產(chǎn)，對切斷裝置進(jìn)行了改進(jìn)，新增差速切割機(jī)構(gòu)，采用等離子雙槍切割工藝。改進(jìn)后的切斷裝置使用效果良好、運(yùn)行穩(wěn)定，完全滿足預(yù)焊高速出管的鋼管切斷要求。

鋼管；螺旋埋弧焊管；預(yù)精焊機(jī)組；切斷裝置；雙槍切割

0 前 言

隨著螺旋埋弧焊管預(yù)精焊工藝技術(shù)在我國的快速發(fā)展和工業(yè)化廣泛應(yīng)用，該技術(shù)日趨成熟。該技術(shù)能夠進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，特別是在厚壁、中大直徑鋼管生產(chǎn)中優(yōu)勢明顯。預(yù)精焊工藝特點(diǎn)之一是預(yù)焊機(jī)組出管速度快（成型預(yù)焊速度可達(dá)8 m/min），因此原切斷裝置已不能完全滿足預(yù)焊機(jī)組高速連續(xù)生產(chǎn)的切管要求，在厚壁鋼管生產(chǎn)時矛盾凸顯。為避免由此導(dǎo)致的預(yù)焊機(jī)組非正常停車，對切斷裝置進(jìn)行改進(jìn)十分必要。

1 原鋼管切斷裝置

1.1 原鋼管裝置結(jié)構(gòu)

原鋼管切斷裝置普遍被應(yīng)用于一步法工藝螺旋焊管機(jī)組，完全能滿足較低出管速度（焊速1～2 m/min）的鋼管切斷要求，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。裝置主要由小車軌道、切割車車體、跟蹤頂輪（電液推桿）、升降機(jī)構(gòu)以及割槍夾持架等組成。

圖1 原切斷裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作原理

根據(jù)鋼管規(guī)格調(diào)整割槍夾持架位置并緊固，等離子割槍在夾持架上調(diào)整定位，保證割槍處于合適的切割擊穿點(diǎn)位置。主機(jī)出管達(dá)到定尺長度時，開啟電液推桿頂起跟蹤頂輪，待切割小車與鋼管隨動同步運(yùn)行平穩(wěn)后，啟動等離子切割，待鋼管完全切斷后（切割小車行走一個鋼管螺距長度），關(guān)閉等離子切割，放下跟蹤頂輪與鋼管脫開，人工推動切割小車至初始位置，等待下根鋼管切斷。

1.3 存在的問題及解決思路

1.3.1 切割速度難以滿足需要

高預(yù)焊速度要求切割速度快，原有鋼管切斷裝置難以滿足高速切割要求。根據(jù)螺旋焊管生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)，可以推算出切割速度的關(guān)系如式（1）所示。

從式（1）可以看出，成型角越大，焊速越快，要求切割速度越快，對切割機(jī)的能力要求越高。

寶雞鋼管克拉瑪依有限公司在生產(chǎn)厚壁、大直徑鋼管時，通常采用性價比高、切割能力強(qiáng)的美國海寶HPR400等離子切割機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 HPR400等離子切割機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

以采用預(yù)精焊工藝生產(chǎn)φ1 219mm×18.4 mm鋼管為例，板寬1 545 mm，成型角65.8°，預(yù)焊速度4.5 m/min，則其要求的鋼管切割速度為因此， 生產(chǎn)該規(guī)格鋼管所需的切割速度為4.1 m/min。

通過表1可以看出，等離子切割機(jī)能力不能滿足生產(chǎn)φ1 219 mm×18.4 mm鋼管高速出管的切斷要求，如選用更大能力的等離子切割機(jī)，投資將會大大增加，經(jīng)濟(jì)性較差。

為解決該問題，可將切割槍隨鋼管同方向旋轉(zhuǎn)，且切割槍旋轉(zhuǎn)速度低于鋼管旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行切割。此時二者的線速度差值即為切割速度（差速切斷）。

1.3.2 原有成型橋長度不足

采用上述差速切割方式后，由于鋼管切斷時的有效行程變長，因此需要增加成型大橋長度。

一步法工藝螺旋焊管機(jī)組采用圖1所示切割裝置。小車行程在一個鋼管螺距長度完成切斷，預(yù)精焊工藝采用差速切割方式，小車行程將大于一個鋼管螺距長度才能完成切斷。這對于后擺式成型機(jī)組在工藝設(shè)計時，成型大橋總長度增加，必然加大車間跨度、增加建設(shè)成本。

解決該問題可采用雙槍或多槍同時切割方式，但考慮為保證各切割擊穿點(diǎn)處于鋼管同一圓周截面上不錯位，切割槍初始位置的調(diào)整對位難度等因素，采用雙槍切割方式更具可操作性和實用性。

2 切斷裝置的改進(jìn)

針對原裝置在高速預(yù)焊生產(chǎn)時鋼管切斷存在的問題，依據(jù)上述的改進(jìn)思路，對切斷裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。

2.1 改進(jìn)措施及改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

改進(jìn)措施主要包括新增差速切割機(jī)構(gòu)，采用雙槍切割工藝，切割車移動采用直線導(dǎo)軌、電動復(fù)位，差速機(jī)構(gòu)升降采用渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)、直線導(dǎo)軌導(dǎo)向等。具體措施及改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)見表2。

表2 改進(jìn)措施及改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

2.2 改進(jìn)后切割裝置結(jié)構(gòu)

改進(jìn)后裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由小車直線導(dǎo)軌、跟蹤頂輪裝置、割槍夾持架、繞線架、差速機(jī)構(gòu)直線導(dǎo)軌、差速機(jī)構(gòu)升降裝置、切割車車體、小車復(fù)位驅(qū)動裝置、差速機(jī)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)（轉(zhuǎn)速無級可調(diào)）、差速齒圈以及齒圈支承導(dǎo)向輪等構(gòu)成。

圖2 改進(jìn)后的切斷裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 改進(jìn)后裝置工作原理

雙槍差速切割方式工作原理及步驟：①根據(jù)鋼管直徑，手動調(diào)節(jié)差速機(jī)構(gòu)升降裝置，差速機(jī)構(gòu)處于合適工藝位置；②調(diào)整兩把切割槍位置，并在割槍夾持架上固定，兩把割槍各完成大致半個鋼管圓周的切割量；③主機(jī)出管達(dá)到定尺長度時，開啟電液推桿頂起跟蹤頂輪裝置，切割小車與鋼管同步隨動運(yùn)行平穩(wěn)后，開啟差速機(jī)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動差速齒圈與出管旋轉(zhuǎn)方向同向轉(zhuǎn)動（差速齒圈、割槍夾持架及切割槍、繞線架為一體，同時旋轉(zhuǎn)），啟動等離子切割；④待鋼管完全切斷后，關(guān)閉等離子切割，開啟差速機(jī)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)使切割槍復(fù)位，放下跟蹤頂輪與鋼管脫開，開啟小車復(fù)位驅(qū)動裝置，小車復(fù)位。最后電動脫開小車復(fù)位驅(qū)動裝置的齒輪、齒條嚙合，等待下根鋼管切斷。

該裝置還可根據(jù)生產(chǎn)鋼管的壁厚、焊接（遞送）速度、螺距長短等實際情況，靈活選擇單槍同步切割、單槍差速切割、雙槍同步切割方式，工作原理與雙槍差速切割方式的區(qū)別如下：①單槍同步切割時，差速機(jī)構(gòu)停用，一把切割槍工作；②單槍差速切割時，差速機(jī)構(gòu)啟用，一把切割槍工作；③雙槍同步切割時，差速機(jī)構(gòu)停用，兩把切割槍工作。

3 實際應(yīng)用情況及未來改進(jìn)方向

鋼管切斷裝置改進(jìn)后，實際應(yīng)用在兩步法生產(chǎn)X80鋼φ1 219mm×18.4 mm規(guī)格鋼管中。使用期間裝置運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，切割質(zhì)量穩(wěn)定，使用效果良好，滿足厚壁、預(yù)焊高速出管的鋼管切斷要求，為預(yù)焊機(jī)組高速、連續(xù)生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

根據(jù)實際生產(chǎn)使用情況，提出未來改進(jìn)方向：①在采用雙槍切割時，優(yōu)化兩把切割槍初始位置的快速、精準(zhǔn)調(diào)整定位方法，使兩個切割擊穿點(diǎn)處于鋼管同一圓周截面上，盡可能不產(chǎn)生錯位；②在采用差速切割時，優(yōu)化安裝布置切割把線，進(jìn)一步減小把線對繞線架的阻力，使差速機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)阻力更小、運(yùn)行更加平穩(wěn)。

［1］畢宗岳.管線鋼管焊接技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2013.

［2］辛希賢，徐學(xué)利，高惠臨，等.管線鋼的焊接[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1997.

［3］張文鉞.焊接冶金學(xué)（基本原理）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［4］美國金屬學(xué)會.金屬手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984.

［5］李亞江.焊接組織性能與質(zhì)量控制[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

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［8］顧紀(jì)清，陽代軍.管道焊接技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［9］聞邦椿.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

［10］機(jī)械工程師手冊編委會.機(jī)械工程師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

Improvement and Application of Steel Pipe Cutting Device for the Spiral Two-step Welding Unit

LIU Chengkun，CHEN Ming
（Karamay Steel Pipe Co.,Ltd.of BSG Group,Karamay 834000，Xinjiang，China）

According to the high-speed forming process characteristics of the pre-welding unit of spiral two-step welding production line,in order to meet cutting demands for heavy wall thickness steel pipe,and ensure pre-welding unit production continuously,the improvement design for cutting device was carried out.It added a new differential-speed cutting mechanism and adopted plasma double-torch cutting process.The improved cutting device is with good application result,stable operation,which can fully meet requirements of cutting steel pipe.

steel pipe;SAWH pipe;two-step welding units;cutting device；double-torch cutting

TG82

B

1001－3938（2015）05-0043-03

劉成坤（1968—），男，高級工程師，主要從事螺旋焊管制造工藝、裝備技術(shù)及質(zhì)量管理工作。

2015-01-09

張 歌