螺旋焊管成型控制技術(shù)分析

劉洋

（大慶油田裝備制造集團(tuán)油田專用產(chǎn)品制造分公司螺旋焊管制造廠，黑龍江 大慶 163712）

螺旋焊管成型控制技術(shù)分析

劉洋

（大慶油田裝備制造集團(tuán)油田專用產(chǎn)品制造分公司螺旋焊管制造廠，黑龍江 大慶 163712）

螺旋焊管因?yàn)槌杀镜?、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到石油開采產(chǎn)業(yè)內(nèi)，焊接鋼管逐漸向大孔徑、高鋼級(jí)、大壁厚方向發(fā)展，而螺旋焊管完全可以滿足生產(chǎn)要求。就實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀來(lái)看，螺旋焊管成型受各項(xiàng)因素影響較大，如果無(wú)法進(jìn)行有效控制，將會(huì)影響實(shí)際應(yīng)用。本文結(jié)合螺旋焊管特點(diǎn)，對(duì)影響成型質(zhì)量原因以及控制技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析。

螺旋焊管；成型工藝；控制技術(shù)

螺旋焊管成型過(guò)程中受外界因素影響較大，為保證成型穩(wěn)定性高，必須要確定各影響因素，基于鋼管規(guī)格來(lái)對(duì)成型調(diào)整原則以及方法進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，并加強(qiáng)對(duì)原材料選擇的管理，保證成型輥與螺旋焊管成型角合理性，爭(zhēng)取最大程度上來(lái)提高焊管成型穩(wěn)定性，減少各類缺陷的產(chǎn)生，滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

1 螺旋焊管成型工藝

螺旋焊管生產(chǎn)即對(duì)熱軋帶鋼進(jìn)行拆卷、矯平、剪銑邊等工藝處理后，采用某成型角度進(jìn)入成型器內(nèi)彎曲，然后對(duì)成型后的管坯內(nèi)外焊接處理，最終得到焊管，如圖1。熱軋類帶卷為螺旋焊管生產(chǎn)原材料，對(duì)帶卷之間進(jìn)行對(duì)頭焊接處理，滿足連續(xù)化生產(chǎn)需求。因?yàn)槭苓\(yùn)輸工具限制較大，對(duì)于成型后的螺旋焊管還要進(jìn)行切斷處理，便于運(yùn)輸操作。現(xiàn)在螺旋焊管成型工藝已經(jīng)比較成熟，但是在生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)受到外部因素的干擾而產(chǎn)生各種質(zhì)量缺陷，為確保產(chǎn)品達(dá)到專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，就需要在工藝完成后對(duì)所得產(chǎn)品進(jìn)行平頭檢測(cè)和壓力檢測(cè)，確定其是否存在質(zhì)量缺陷。整個(gè)成型工藝中，要保證每道工序?qū)嵤┑囊?guī)范性，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，均會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，尤其是彎曲成型工序，是影響螺旋焊管產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。

圖1 螺旋焊管成型工藝

對(duì)螺旋焊管成型原理進(jìn)行分析，即通過(guò)三輥加載促使材料連續(xù)彎曲變形，得到理想尺寸。其中，螺旋焊管成型器為主要設(shè)備，可以按照成型機(jī)組定徑分為外抱式與內(nèi)承式兩種管坯定徑機(jī)組。其中，外抱式定徑機(jī)組成型輥梁徑向位置尺寸可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足不同規(guī)格螺旋焊管生產(chǎn)需求，具有更明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。內(nèi)承式定徑機(jī)組焊管成型工藝完成后，會(huì)殘余內(nèi)縮結(jié)構(gòu)應(yīng)力，可以將其看作為使用過(guò)程中的預(yù)應(yīng)力，與外抱式定徑機(jī)組管坯相比，其應(yīng)力狀態(tài)具有更大優(yōu)勢(shì)。但是對(duì)輥梁設(shè)備剛度以及安裝精度要求更高，成本投入更多，因此在實(shí)際生產(chǎn)中以外抱式定徑機(jī)組為主。

2 螺旋焊管成型控制技術(shù)難點(diǎn)

由于成型縫變化調(diào)整與反應(yīng)時(shí)間非常短，很容易因?yàn)榭刂撇划?dāng)而產(chǎn)生錯(cuò)邊、開縫、坡度鈍邊不均勻等問(wèn)題，造成螺旋焊管直徑、橢圓度以及直度等幾何尺寸與設(shè)計(jì)差異過(guò)大，無(wú)法達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。想要實(shí)現(xiàn)成型全過(guò)程控制，必須要對(duì)以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，確定各類缺陷產(chǎn)生的原因，然后從技術(shù)角度出發(fā)，對(duì)成型工藝進(jìn)行優(yōu)化，保證每道工序?qū)嵤┑囊?guī)范性與專業(yè)性，做好各項(xiàng)參數(shù)的控制，從根本上消除缺陷產(chǎn)生的可能性。

3 螺旋焊管常見(jiàn)成型缺陷

3.1 錯(cuò)邊

焊管成型后出現(xiàn)錯(cuò)邊缺陷，即鋼帶/鋼板邊緣間徑向偏移，會(huì)對(duì)焊管直徑產(chǎn)生影響，甚至還會(huì)造成焊縫增大，并且錯(cuò)邊缺陷存在不可修復(fù)特點(diǎn)，一旦出現(xiàn)必定會(huì)造成鋼管降級(jí)。導(dǎo)致此類問(wèn)題出現(xiàn)的原因主要是為帶鋼“月牙彎”，且月牙彎越大錯(cuò)邊量越明顯。并且焊接輥?lái)數(shù)倪^(guò)緊也會(huì)造成錯(cuò)邊，就以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)分析，螺旋焊管成型時(shí)，焊接墊輥應(yīng)偏向成型輥10～15mm處最佳，且高度以鋼管下表面標(biāo)高偏上一點(diǎn)最好，如果偏離距離過(guò)小便會(huì)產(chǎn)生正錯(cuò)邊，而距離過(guò)大則會(huì)產(chǎn)生反錯(cuò)邊。另外，生產(chǎn)過(guò)程中未對(duì)后橋輸出輥道進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)管間隙超出標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致外控輥壓過(guò)緊而產(chǎn)生錯(cuò)邊。

3.2 管徑超標(biāo)

管徑超標(biāo)主要為管徑超差與橢圓度超標(biāo)兩個(gè)方面，其產(chǎn)生的原因主要為：第一，鋼遞送線位置偏差較大，帶鋼中心與理論遞送中心之間將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)夾角，隨著夾角大小的變化，焊縫曲率也會(huì)發(fā)生變化，而產(chǎn)生橢圓度，同時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)邊后使得管徑與設(shè)計(jì)產(chǎn)生差異。第二，帶鋼“月牙彎”使得鋼管管徑發(fā)生變化，根據(jù)成型角計(jì)算公式分析：cosα=B/πD（B表示帶鋼工作寬度，D表示鋼管直徑），可知月牙彎可使得成型角度增大，管徑也會(huì)隨之變大，相反則變小。第三，鋼管成型過(guò)程中隨著阻力的變化而使得管徑大小產(chǎn)生差異，且成型阻力與管徑呈正比相關(guān)。

3.3 噘嘴

噘嘴即竹節(jié)缺陷，在螺旋焊管成型工藝中比較常見(jiàn)，即鋼管兩個(gè)咬合邊咬合以后，經(jīng)常會(huì)因?yàn)楦鞣N因素限制，造成成型縫遞送一邊或者兩個(gè)邊向外翹起，是影響焊管質(zhì)量的關(guān)鍵因素，必須要采取措施進(jìn)行避免。對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，可以確定帶鋼成型過(guò)程中，受側(cè)壓輥和內(nèi)壓輥影響，出現(xiàn)彈性變形問(wèn)題，內(nèi)部擠壓外部拉伸，使得母材在變形過(guò)程中橫向擴(kuò)張，焊管成型后便會(huì)出現(xiàn)邊緣外翻的問(wèn)題?；蛘呤且?yàn)殂娺叢痪鶆蛞约颁摪邂g邊形狀不合理，使得焊管成型過(guò)程中成型縫外緊內(nèi)松，出現(xiàn)噘嘴缺陷。另外，選擇成型輥不合適，造成排輥間隙過(guò)大，帶鋼變形不完全而產(chǎn)生噘嘴缺陷。

3.4 裂紋

裂紋主要表現(xiàn)在焊縫以及熱影響區(qū)內(nèi)部或者表面，對(duì)鋼管耐腐蝕性影響較大，是導(dǎo)致焊管使用壽命縮短的重要原因。造成裂紋缺陷產(chǎn)生的主要原因是應(yīng)力影響，因?yàn)槁菪腹茉诔尚蛥^(qū)內(nèi)焊作業(yè)，受到應(yīng)力影響鋼管會(huì)在焊接過(guò)程中產(chǎn)生變形，然后受遞送力影響最終形成裂紋。并且，在鋼管成型過(guò)程中，一般需要將內(nèi)焊焊槍固定在輥臂上，同時(shí)其余輥位置必須要保證焊槍可以順利放入，這樣就會(huì)造成成型輥無(wú)法達(dá)到遞送線邊緣位置，帶鋼邊緣位置遞送變形力缺失，使得成型縫兩側(cè)鋼板變形曲率產(chǎn)生差異最終形成裂縫。另外，如果焊管焊接作業(yè)速度過(guò)快，以及成型角度比較小時(shí)，會(huì)加大鋼管成型的難度，經(jīng)常會(huì)因?yàn)殇摴艹尚筒蛔銡堄鄳?yīng)力過(guò)大產(chǎn)生裂紋。

4 螺旋焊管成型控制要點(diǎn)

4.1 成型工藝參數(shù)控制

為減少各類成型缺陷的產(chǎn)生，需要對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，保證各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定的合理性?；趲т撋a(chǎn)寬度范圍要求，對(duì)于大管徑鋼管的生產(chǎn)應(yīng)選擇應(yīng)用較大成型角度，相對(duì)應(yīng)小管徑鋼管則可以選擇應(yīng)用較小成型角度。就我國(guó)螺旋焊管成型生產(chǎn)現(xiàn)狀來(lái)看，大部分機(jī)組成型角度選定為40°～76°之間，綜合經(jīng)濟(jì)性與效率性元素分析，最佳應(yīng)控制在40°～66°范圍內(nèi)?？偨Y(jié)以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)分析，一般直徑小于914mm的鋼管成型角度最佳應(yīng)在45°～48°左右；直徑大于914mm的鋼管成型角度則應(yīng)控制在52°～56°左右。對(duì)各類規(guī)格的鋼管進(jìn)行調(diào)型時(shí)，可選擇應(yīng)用成型樣筒調(diào)整，提高外控輥、側(cè)壓輥以及內(nèi)壓輥位置的精確性。為避免工藝參數(shù)與設(shè)計(jì)差異過(guò)大，需要在整個(gè)成型過(guò)程中對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，并通過(guò)對(duì)成型器的調(diào)整來(lái)保證成型輥輥面受力的均勻性。

4.2 成型輥與焊墊輥控制

對(duì)成型側(cè)壓輥以及內(nèi)壓輥進(jìn)行合理布置，保證三個(gè)輥始終保持在一條螺旋線上，將原來(lái)的一整條燕尾板更改為一條固定一條活動(dòng)的組合形式，以此來(lái)保證鋼板邊緣有成型輥來(lái)維持帶鋼邊緣的充分變形。同時(shí)，通過(guò)科學(xué)設(shè)置來(lái)保證成型器成型輥可以承受成型壓力，并搭配較小直徑軸承輥，提高輥?zhàn)优帕忻芏龋瑺?zhēng)取最大程度上來(lái)減少成型變形盲區(qū)。

4.3 帶鋼板質(zhì)量控制

為避免成型缺陷對(duì)焊管質(zhì)量的影響，在選擇帶鋼板材料時(shí)，要盡量減少選擇帶鋼的“月牙彎”，并加強(qiáng)對(duì)帶鋼對(duì)頭質(zhì)量的驗(yàn)收，搭配科學(xué)合理的焊接參數(shù)，最大程度上來(lái)降低焊縫余高。還應(yīng)盡量利用銑邊機(jī)來(lái)取代圓盤剪生產(chǎn)，尤其是大壁厚鋼管成型時(shí)，可以銑出鈍邊與坡口，來(lái)保證螺旋焊管焊接質(zhì)量，對(duì)焊管成型合縫質(zhì)量進(jìn)行控制。另外，為避免帶鋼跑造成坡口與鈍邊處理不佳，而產(chǎn)生變化影響產(chǎn)品成型穩(wěn)定性，需要將成型導(dǎo)板機(jī)構(gòu)設(shè)置在銑邊機(jī)前后位置，與邊立輥相互配合，能夠避免帶鋼板的攢動(dòng)，同時(shí)還可以解決側(cè)立輥對(duì)鋼板上下波動(dòng)產(chǎn)生的缺陷問(wèn)題。

4.4 預(yù)彎裝置應(yīng)用

通過(guò)預(yù)彎裝置的應(yīng)用，能夠?qū)β菪腹艹尚袜僮烊毕葸M(jìn)行有效預(yù)防。傳統(tǒng)二輥預(yù)彎裝置實(shí)際應(yīng)用效果比較差，現(xiàn)在多選擇應(yīng)用三輥彎板，在原有上下兩輥基礎(chǔ)上增設(shè)了側(cè)向輥。就裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，上輥外形多為錐形，下輥為普通圓柱形，可根據(jù)鋼帶厚度以及預(yù)彎寬度來(lái)進(jìn)行靈活調(diào)整。側(cè)向輥為鼓形，且可根據(jù)工藝要求對(duì)其高度橫向進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以滿足不同規(guī)格鋼管成型生產(chǎn)工藝需求，具有良好的預(yù)彎效果。

5 結(jié)語(yǔ)

螺旋焊管成型過(guò)程中因?yàn)楦饕蛩馗蓴_產(chǎn)生缺陷的概率比較大，為提高產(chǎn)品成型質(zhì)量，達(dá)到專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，必須要對(duì)整個(gè)成型過(guò)程進(jìn)行控制，保證各道工序以及每項(xiàng)參數(shù)的科學(xué)性，做好成型器的選擇與配置，從根源上消除各類隱患，提高產(chǎn)品生產(chǎn)綜合效益。

[1]玉向?qū)帲菪腹艹尚涂刂萍夹g(shù)研究[D]．山東大學(xué),2015．

[2]李福金．螺旋焊管關(guān)鍵成型工藝參數(shù)仿真研究[D]．燕山大學(xué),2015．

[3]馬利芳．螺旋焊管成型縫“桃形尖”缺欠的控制[J]．鋼管,2008,(05):44-50．

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1671-0711（2017）08（下）-0131-02