螺旋埋弧焊管橢圓度的控制

1、螺旋埋弧焊管橢圓度的控制螺旋埋弧焊管橢圓度的控制唐成建,桑秋祥,劉偉(寶雞鋼管公司資陽(yáng)鋼管廠,四川資陽(yáng)641300)摘要:介紹了鋼管橢圓度超標(biāo)對(duì)管道現(xiàn)場(chǎng)施工的影響,分析了螺旋埋弧焊管橢圓度超標(biāo)的影響因素.針對(duì)螺旋埋弧焊管機(jī)組橢圓度的控制提出了可行的調(diào)控或消減措施,即通過(guò)優(yōu)化成型調(diào)型工藝參數(shù),改進(jìn)預(yù)彎裝置控制成型縫翹嘴,改進(jìn)機(jī)械夾輥裝置保證銑邊質(zhì)量等措施,有效控制螺旋埋弧焊管橢圓度超標(biāo),對(duì)改善螺旋埋弧焊管的制造質(zhì)量具有一定的指導(dǎo)意義.關(guān)鍵詞:螺旋埋弧焊管;橢圓度;原因分析;控制措施中圖分類(lèi)號(hào):tg445文獻(xiàn)標(biāo)志碼:b文章編號(hào):10013938(2012)02005204ovalitycontro

2、lofsawhpipetangcheng-jian,sangqiuxiang,liuwei(cnpcbaojipetroleumsteelpipeco.,ltd.,ziygsteelpipeo,ziyng641300,sichuan,china)abstract:inthisarticle,itintroducedtheeffectofsteelpipeovalityexceedingstandardonpipelinesiteoperation,analyzedinfluencefactorsforovalityexceedingstandardofsawhpipe.aimingatcont

3、rolsawhpipeovality,somefeasiblemeasureswereputforward,suchasadjustingprocessparametersbyoptimizingforming,controllingweldpeakbyimprovingprebendingdevice,improvingmechanicalclaprollertoguaranteemillingedgequalityandetc.effectivelycontrolovalityexceedingstandardiswithsomedirectivesignificanceforimprov

4、ingmanufacturingqualityofsawhpipe.keywords:sawhpipe;ovality;causeanalysis;controlmeasures螺旋埋弧焊管的橢圓度是指鋼管同一橫截面上測(cè)量的最大直徑和最小直徑的差值,是鋼管管端重要的幾何尺寸.隨著管線建設(shè)工程對(duì)管材質(zhì)量要求越來(lái)越高,鋼管橢圓度逐步成為一個(gè)重要的質(zhì)量指標(biāo).同gb廠r9711.21999及aptspec5l(43版)相比,apispec5l(44版)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)螺旋埋弧焊管橢圓度的測(cè)量頻次及方法做了明確要求:每工作班每4h至少應(yīng)檢測(cè)一次鋼管的橢圓度,對(duì)d219.1mm(8.625in)的鋼管,直徑和橢圓度

5、偏差計(jì)算可由計(jì)算內(nèi)徑(規(guī)定外徑減去兩倍的規(guī)定壁厚)或者測(cè)量?jī)?nèi)徑確定,而不采用規(guī)定外徑.因此,有效控制鋼管橢圓度非常重要.重要意義.管線施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接鋼管時(shí),由于橢圓度的存在,鋼管管端曲率不規(guī)整,在工地采取強(qiáng)制變形方法進(jìn)行鋼管對(duì)接會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力,造成鋼管應(yīng)力集中,降低了管線運(yùn)行的安全性和可靠性,影響管線服役壽命.管線施工規(guī)范要求對(duì)口處螺旋焊縫必須錯(cuò)開(kāi)一定距離,橢圓度較大的圓弧段與另一鋼管較理想的圓弧段對(duì)縫時(shí),因管端坡口不平整產(chǎn)生環(huán)焊縫對(duì)縫錯(cuò)邊,安裝時(shí)壓縫困難,鋼管對(duì)口難度加大,組對(duì)一道口需要多次進(jìn)行調(diào)整,降低了鋼管對(duì)接的穩(wěn)定性,延緩了管道施工進(jìn)度.2橢圓度超標(biāo)原因分析1橢圓度超標(biāo)的影響2.1前橋帶

6、鋼遞送線偏移鋼管橢圓度對(duì)保證管道施工質(zhì)量和進(jìn)度具有前橋帶鋼遞送線偏移會(huì)造成成型不穩(wěn),導(dǎo)致管徑變化.在帶鋼彎曲變形過(guò)程中,三輥彎板機(jī)的每排輥平行于鋼管中心線,沿垂直于成型縫方向剖開(kāi),鋼管的剖切面是一個(gè)橢圓,如圖1所示.圖1螺旋埋弧焊雷成型示意圖圖l中,ot為理論成型角,ot為實(shí)際成型角;橢圓的長(zhǎng)軸口:d/cosa,橢圓的短軸b=d;遞送線偏移夾角:lol.帶鋼遞送線偏移后,帶鋼中心與理論遞送中心形成夾角,0變化,橢圓長(zhǎng)軸a就隨之變化,焊縫b處的曲率增大,鋼管橢圓度隨之產(chǎn)生.2.2管體輸出中心與成型器測(cè)圓中心不一致鋼管在輸出輥道上偏離成型器中心后,在飛銑小車(chē)定尺切割前,隨著管體陸續(xù)生成,管坯在成型

7、框架內(nèi)竄動(dòng),局部扭矩加劇,螺旋焊縫上形成的應(yīng)力(切向應(yīng)力和法向應(yīng)力oct)增大,造成成型錯(cuò)邊,開(kāi)縫,管徑變化,影響鋼管橢圓度,如圖2所示.圖2螺旋焊縫受力分析圖圖2中:管壁工作應(yīng)力=pd/2t,軸向應(yīng)力2=1/2,(1)式中:p工作壓力,mpa;t一鋼管公稱(chēng)壁厚,mm;d一鋼管公稱(chēng)外徑,mm.根據(jù)三角函數(shù)可知:oa1=1cos20t+2sin2a,=2sin(cosc.2.3月牙彎對(duì)鋼管橢圓度的影響鋼帶月牙彎包括原料自身月牙彎和對(duì)頭時(shí)所產(chǎn)生的人為月牙彎.如果鋼帶在進(jìn)入成型器前未能消除月牙彎,會(huì)引起成型角度的變化,導(dǎo)致成唐成建等:螺旋埋弧焊管橢圓度的控制型縫錯(cuò)邊,搭邊和開(kāi)縫,此時(shí)雖然對(duì)成型縫的松

8、緊情況進(jìn)行了微調(diào),鋼管直徑和橢圓度還是有些變化.通過(guò)成型角度計(jì)算公式coso/=b/rd可知,月牙彎引起的成型角度變大,鋼管直徑越大,反之越小,因此消除和控制鋼帶月牙彎對(duì)控制鋼管橢圓度十分重要.2.4成型調(diào)型參數(shù)不準(zhǔn)確螺旋埋弧焊管成型過(guò)程中,帶鋼在遞送機(jī)牽引力的帶動(dòng)下沿著遞送線進(jìn)入成型器,如果框架內(nèi)輥安裝不到位或推力,阻力過(guò)大,鋼帶經(jīng)三輥彎板機(jī)充分變形后未與外控輥貼圓,會(huì)造成管坯在成型器內(nèi)竄動(dòng),鋼管直徑隨之不規(guī)則變化,同時(shí)焊接質(zhì)量也會(huì)由于成型的不穩(wěn)定而形成焊偏,夾雜,未焊透,咬邊等焊接缺陷,嚴(yán)重影響鋼管質(zhì)量.2.5成型縫撅嘴導(dǎo)致鋼管橢圓度產(chǎn)生鋼帶進(jìn)入三輥彎板機(jī)進(jìn)行彎曲變形時(shí),外層受拉應(yīng)力,內(nèi)層

9、受壓應(yīng)力,當(dāng)已充分變形的自由邊與變形不夠充分的遞送邊嚙合時(shí),使成型縫邊緣向上撅起,產(chǎn)生成型縫撅嘴.成型縫撅嘴處管徑經(jīng)測(cè)量明顯比平滑管體大,因此成型縫撅嘴越嚴(yán)重,鋼管橢圓度越大.另外,撅嘴缺陷產(chǎn)生的橢圓度與鋼管一般的平滑橢圓度的受力特點(diǎn)完全不同,平滑橢圓度是光滑,連續(xù)的直徑變化,無(wú)尺寸突變,而撅嘴則是嚴(yán)重的尺寸突變?nèi)毕?撅嘴處的應(yīng)力集中嚴(yán)重,屬于一次應(yīng)力性質(zhì),因此應(yīng)盡量控制成型縫撅嘴,以保證鋼管橢圓度.2.6后部精整工序?qū)E圓度的影響鋼管進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)及管端坡口倒棱時(shí),鋼管兩端工裝夾具在受力狀態(tài)下不對(duì)心,管端受力不勻,從而導(dǎo)致管端直徑發(fā)生變化.2.7鋼管堆碼導(dǎo)致鋼管橢圓度變化鋼管入庫(kù)堆放時(shí),由于

10、自身重力的影響,鋼管互相擠壓,堆碼越高,鋼管承受的擠壓力越大,受擠壓力方向管體變形就越明顯,這種現(xiàn)象在堆放薄壁低材質(zhì)鋼管時(shí)更加嚴(yán)重,容易導(dǎo)致低層鋼管橢圓度超標(biāo);且吊運(yùn)管垛上鋼管時(shí)存在較大的安全隱患,一旦垮垛,后果將不堪設(shè)想.綜合看來(lái),影響鋼管橢圓度的因素很多,除了以上幾點(diǎn),鋼帶強(qiáng)度的分布不均,板頭板尾對(duì)接質(zhì)量差及管體因氣候變化熱脹冷縮,都會(huì)加劇螺旋埋弧焊管的橢圓度,甚至超標(biāo).hanguan?53?3螺旋埋弧焊管橢圓度的控制措施減緩螺旋埋弧焊管橢圓度最常見(jiàn)的方法是采用管端冷擴(kuò)徑工藝,在提高管端屈服強(qiáng)度的同時(shí)提高管端的尺寸精度.從根本上講,確保成型穩(wěn)定性,提高主機(jī)鋼管質(zhì)量才是控制橢圓度的關(guān)鍵環(huán)節(jié).

11、3.1改進(jìn)立輥夾輥裝置在遞送機(jī)牽引力的帶動(dòng)下,鋼帶邊緣要與遞送線保持一致并通過(guò)成型器轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)中心.然而傳統(tǒng)的用于糾偏的液壓立輥或電動(dòng)立輥只能控制鋼帶往遞送邊或自由邊方向的跑偏,卻無(wú)法對(duì)鋼帶上下方向的竄動(dòng)(波浪)進(jìn)行調(diào)整.進(jìn)行銑邊作業(yè)時(shí),坡口角度及鈍邊得不到保證,會(huì)引起帶鋼工作寬度變化,形成月牙彎,因此需要設(shè)計(jì)可調(diào)式機(jī)械夾輥對(duì)帶鋼上下方向的竄動(dòng)進(jìn)行控制,以消除月牙彎對(duì)成型的影響,提高鋼管成型縫嚙合穩(wěn)定性,保障鋼管橢圓度在允許范圍內(nèi).設(shè)計(jì)加工的可調(diào)式機(jī)械夾輥裝置如圖3所示,該裝置可直接焊接于立輥側(cè)面或通過(guò)地腳螺栓連接底座,下夾輥固定,上夾輥通過(guò)可調(diào)絲桿對(duì)夾輥間隙進(jìn)行調(diào)節(jié),滿足生產(chǎn)不同壁厚和材質(zhì)鋼管

12、的需要,該裝置能有效控制鋼帶上下竄動(dòng),消除月牙彎,保證銑邊質(zhì)量.圖3可調(diào)式機(jī)械夾輥裝置示意圖3.2輸出輥道中心與成型器測(cè)圓中心保持一致輸出輥道的作用是使鋼管切斷下線前,管體中心線與成型器測(cè)圓中心線能夠始終保持一致,以減緩管坯在成型框架內(nèi)的竄動(dòng),防止管徑變化.如果調(diào)整的輸出輥道中心與成型器測(cè)圓中心不一致,連續(xù)鋼管越長(zhǎng),管坯應(yīng)力逐漸加大,會(huì)引起成型和焊接質(zhì)量的不穩(wěn)定.另外,輸出輥道使用時(shí)應(yīng)滿足以下要求:輸出輥道沿鋼管軸向可調(diào)弧度能滿足機(jī)組生產(chǎn)極限成型角度鋼管的需要,避免支架擦傷,撞傷管體;連續(xù)鋼管在切斷過(guò)程中,接觸輪的線速度和方向應(yīng)盡量與鋼管線速度和方向保持一致.3.3改進(jìn)鋼帶邊緣預(yù)彎裝置,減緩成

13、型縫撅嘴成型之前對(duì)鋼帶邊緣進(jìn)行預(yù)彎是防止成型縫撅嘴的有效措施,改進(jìn)預(yù)彎裝置對(duì)改善預(yù)彎效果非常重要.采用三輥預(yù)彎裝置,裝置基本結(jié)構(gòu)如圖4所示.該裝置主要由箱體,上預(yù)彎輥壓下機(jī)構(gòu),蝸輪蝸桿減速器,上下預(yù)彎輥,3預(yù)彎輥進(jìn)退機(jī)構(gòu)圖4三輥預(yù)彎裝置結(jié)構(gòu)示意圖等部件組成.裝置可在其底座上沿鋼帶寬度方向整體進(jìn)退,以調(diào)節(jié)鋼帶預(yù)彎寬度和彎曲點(diǎn)位置.2預(yù)彎輥的升降采用電機(jī)和蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)整,3預(yù)彎輥在鋼帶寬度方向上的進(jìn)退采用絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)手動(dòng)調(diào)整,通過(guò)調(diào)整2預(yù)彎輥的壓下量和3預(yù)彎輥的進(jìn)退量來(lái)滿足不同鋼管規(guī)格和成型角對(duì)鋼帶邊緣預(yù)彎要求.3.4優(yōu)化成型調(diào)型工藝參數(shù)每次調(diào)型換道,尤其是調(diào)試新品種鋼管時(shí),應(yīng)通過(guò)精確測(cè)圓使

14、外控輥,2彎板輥和3彎板輥與鋼管中心對(duì)心,貼圓;對(duì)成型小輥的間隙,角度和前后位置等主要工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,不斷優(yōu)化總結(jié);生產(chǎn)過(guò)程中還要經(jīng)常檢查測(cè)量成型數(shù)據(jù)的變化,保證成型框架內(nèi)小輥輥面貼圓,受力均勻.經(jīng)長(zhǎng)期觀察發(fā)現(xiàn),生產(chǎn)小規(guī)格鋼管(d<529mm)時(shí),4輥距離3輥太近,參與了彎板機(jī)變形,增加了成型復(fù)雜因素,對(duì)穩(wěn)定成型起反作用,此時(shí)可退開(kāi)4#外控輥,不參與貼圓.3.5鋼管堆碼應(yīng)符合堆放要求鋼管堆放按騎縫排列,根據(jù)鋼管外徑分別控制堆放高度:(1)d529mm,高度5層;(2)529mm<d813mm,高度4層;(3)d>1016nq_m,高度3層.另外,鋼管在臨時(shí)垛位堆放時(shí),管垛底

15、層應(yīng)采用草墊或沙袋作為垛梁,防止鋼管損傷及跨垛.防腐管堆放時(shí),管垛底層應(yīng)鋪草墊,同時(shí)在管體套上編織尼龍繩,且在管長(zhǎng)方向應(yīng)附有2道唐成建等:螺旋埋弧焊管橢圓度的控制以上保護(hù)繩,避免因防腐層之間磨擦而損傷.4結(jié)語(yǔ)鋼管橢圓度的控制是為管道施工對(duì)接環(huán)焊提供質(zhì)量保證,而橢圓度超標(biāo)是螺旋埋弧焊管必然存在的缺欠.通過(guò)優(yōu)化成型調(diào)型工藝參數(shù),改進(jìn)預(yù)彎裝置控制成型縫撅嘴以及改進(jìn)機(jī)械夾輥裝置保證銑邊質(zhì)量,能有效提高成型焊接質(zhì)量,保證螺旋埋弧焊管的橢圓度符合要求.參考文獻(xiàn):1apispec5l,管線鋼管規(guī)范(第44版)s.2劉成坤.螺旋焊管成型縫翹嘴的分析與控制j.焊管,2008,31(o1):74-75.3楊林元,

16、潘學(xué)民.用中徑和橢圓度量規(guī)替代螺紋工作量規(guī)的可行性分析j.鋼管,2003,32(02):3335.4劉鴻文.材料力學(xué)m.北京:人民教育出版社出版,1979.5付正榮,螺旋焊管冷擴(kuò)徑技術(shù)的試驗(yàn)研究j.重型機(jī)械,1999(o5):1822.作者簡(jiǎn)介:唐成建(1981一),男,機(jī)械工程師,主要從事螺旋埋弧焊管成型技術(shù)工作.收稿日期:2011_06一lo編輯:羅剛(上接第51頁(yè))(2)為達(dá)到焊管技術(shù)要求,在對(duì)焊縫模擬正火熱處理工藝進(jìn)行物理學(xué)原理及金屬學(xué)原理分析后,提出了焊縫正火熱處理各階段理論指導(dǎo)工藝參數(shù).(3)在生產(chǎn)規(guī)格508mltix9.5mm12000mnl,鋼級(jí)x65m鋼管時(shí),參照焊縫正火熱處理理論指導(dǎo)工藝參數(shù),設(shè)計(jì)并制定了實(shí)際的焊縫正火熱處理工藝參數(shù).(4)焊縫經(jīng)過(guò)模擬正火熱處理后取樣做理化性能試驗(yàn).金相微光顯微組織分析和理化檢驗(yàn)驗(yàn)證,焊縫熱處理工藝參數(shù)適合,焊縫各項(xiàng)指標(biāo)均超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求且未見(jiàn)回火馬氏體或三次滲碳體.參考文獻(xiàn):1劉志儒.金屬感應(yīng)熱處理m.1版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1985.2崔忠圻,劉北興.金屬學(xué)與熱處理原理m-3版.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2007.3apispec5l,管