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(寶雞鋼管公司資陽鋼管廠,四川資陽641300)摘要:介紹了鋼管橢圓度超標(biāo)對管道現(xiàn)場施工的影響,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;控制措施中圖分類號:tg445文獻(xiàn)標(biāo)志碼:b文章編號: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)工程對管材質(zhì)量要求越來越高,鋼管橢圓度逐步成為一個重要的質(zhì)量指標(biāo).同gb廠r9711.21999及aptspec5l(43版)相比,apispec5l(44版)標(biāo)準(zhǔn)對螺旋埋弧焊管橢圓度的測量頻次及方法做了明確要求:每工作班每4h至少應(yīng)檢測一次鋼管的橢圓度,對d219.1mm(8.625in)的鋼管,直徑和橢圓度

5、偏差計算可由計算內(nèi)徑(規(guī)定外徑減去兩倍的規(guī)定壁厚)或者測量內(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)場對接鋼管時,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)行鋼管對接會產(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)范要求對口處螺旋焊縫必須錯開一定距離,橢圓度較大的圓弧段與另一鋼管較理想的圓弧段對縫時,因管端坡口不平整產(chǎn)生環(huán)焊縫對縫錯邊,安裝時壓縫困難,鋼管對口難度加大,組對一道口需要多次進(jìn)行調(diào)整,降低了鋼管對接的穩(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造成成型不穩(wěn),導(dǎo)致管徑變化.在帶鋼彎曲變形過程中,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,鋼管的剖切面是一個橢圓,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,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,造成成型錯邊,開縫,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一鋼管公稱壁厚,mm;d一鋼管公稱外徑,mm.根據(jù)三角函數(shù)可知:oa1=1cos20t+2sin2a,=2sin(cosc.2.3月牙彎對鋼管橢圓度的影響鋼帶月牙彎包括原料自身月牙彎和對頭時所產(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邊,搭邊和開縫,此時雖然對成型縫的松

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.通過成型角度計算公式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程中,帶鋼在遞送機(jī)牽引力的帶動下沿著遞送線進(jìn)入成型器,如果框架內(nèi)輥安裝不到位或推力,阻力過大,鋼帶經(jīng)三輥彎板機(jī)充分變形后未與外控輥貼圓,會造成管坯在成型器內(nèi)竄動,鋼管直徑隨之不規(guī)則變化,同時焊接質(zhì)量也會由于成型的不穩(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,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,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)行靜水壓試驗及管端坡口倒棱時,鋼管兩端工裝夾具在受力狀態(tài)下不對心,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堆放時,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,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,板頭板尾對接質(zhì)量差及管體因氣候變化熱脹冷縮,都會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)牽引力的帶動下,鋼帶邊緣要與遞送線保持一致并通過成型器轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)中心.然而傳統(tǒng)的用于糾偏的液壓立輥或電動立輥只能控制鋼帶往遞送邊或自由邊方向的跑偏,卻無法對鋼帶上下方向的竄動(波浪)進(jìn)行調(diào)整.進(jìn)行銑邊作業(yè)時,坡口角度及鈍邊得不到保證,會引起帶鋼工作寬度變化,形成月牙彎,因此需要設(shè)計可調(diào)式機(jī)械夾輥對帶鋼上下方向的竄動進(jìn)行控制,以消除月牙彎對成型的影響,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)面或通過地腳螺栓連接底座,下夾輥固定,上夾輥通過可調(diào)絲桿對夾輥間隙進(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,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,防止管徑變化.如果調(diào)整的輸出輥道中心與成型器測圓中心不一致,連續(xù)鋼管越長,管坯應(yīng)力逐漸加大,會引起成型和焊接質(zhì)量的不穩(wěn)定.另外,輸出輥道使用時應(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)退采用絲桿傳動機(jī)構(gòu)手動調(diào)整,通過調(diào)整2預(yù)彎輥的壓下量和3預(yù)彎輥的進(jìn)退量來滿足不同鋼管規(guī)格和成型角對鋼帶邊緣預(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,應(yīng)通過精確測圓使

14、外控輥,2彎板輥和3彎板輥與鋼管中心對心,貼圓;對成型小輥的間隙,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)過程中還要經(jīng)常檢查測量成型數(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)長期觀察發(fā)現(xiàn),生產(chǎn)小規(guī)格鋼管(d<529mm)時,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,對穩(wěn)定成型起反作用,此時可退開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,鋼管在臨時垛位堆放時,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,管垛底層應(yīng)鋪草墊,同時在管體套上編織尼龍繩,且在管長方向應(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)語鋼管橢圓度的控制是為管道施工對接環(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)的試驗研究j.重型機(jī)械,1999(o5):1822.作者簡介: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)(2)為達(dá)到焊管技術(shù)要求,在對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x65m鋼管時,參照焊縫正火熱處理理論指導(dǎo)工藝參數(shù),設(shè)計并制定了實(shí)際的焊縫正火熱處理工藝參數(shù).(4)焊縫經(jīng)過模擬正火熱處理后取樣做理化性能試驗.金相微光顯微組織分析和理化檢驗驗證,焊縫熱處理工藝參數(shù)適合,焊縫各項指標(biāo)均超過標(biāo)準(zhǔn)要求且未見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