螺旋焊管成型控制技术分析

2017-08-30刘洋

中国设备工程 2017年16期

关键词：管径成型钢管

刘洋

（大庆油田装备制造集团油田专用产品制造分公司螺旋焊管制造厂，黑龙江大庆 163712）

螺旋焊管成型控制技术分析

刘洋

（大庆油田装备制造集团油田专用产品制造分公司螺旋焊管制造厂，黑龙江大庆 163712）

螺旋焊管因为成本低、生产效率高等优点，现在已经被广泛的应用到石油开采产业内，焊接钢管逐渐向大孔径、高钢级、大壁厚方向发展，而螺旋焊管完全可以满足生产要求。就实际生产现状来看，螺旋焊管成型受各项因素影响较大，如果无法进行有效控制，将会影响实际应用。本文结合螺旋焊管特点，对影响成型质量原因以及控制技术要点进行了分析。

螺旋焊管；成型工艺；控制技术

螺旋焊管成型过程中受外界因素影响较大，为保证成型稳定性高，必须要确定各影响因素，基于钢管规格来对成型调整原则以及方法进行调整优化，并加强对原材料选择的管理，保证成型辊与螺旋焊管成型角合理性，争取最大程度上来提高焊管成型稳定性，减少各类缺陷的产生，满足实际生产需求。

1 螺旋焊管成型工艺

螺旋焊管生产即对热轧带钢进行拆卷、矫平、剪铣边等工艺处理后，采用某成型角度进入成型器内弯曲，然后对成型后的管坯内外焊接处理，最终得到焊管，如图1。热轧类带卷为螺旋焊管生产原材料，对带卷之间进行对头焊接处理，满足连续化生产需求。因为受运输工具限制较大，对于成型后的螺旋焊管还要进行切断处理，便于运输操作。现在螺旋焊管成型工艺已经比较成熟，但是在生产过程中也会受到外部因素的干扰而产生各种质量缺陷，为确保产品达到专业标准，就需要在工艺完成后对所得产品进行平头检测和压力检测，确定其是否存在质量缺陷。整个成型工艺中，要保证每道工序实施的规范性，任何一个环节出现问题，均会对最终产品质量产生影响，尤其是弯曲成型工序，是影响螺旋焊管产品质量与生产效率的关键。

图1 螺旋焊管成型工艺

对螺旋焊管成型原理进行分析，即通过三辊加载促使材料连续弯曲变形，得到理想尺寸。其中，螺旋焊管成型器为主要设备，可以按照成型机组定径分为外抱式与内承式两种管坯定径机组。其中，外抱式定径机组成型辊梁径向位置尺寸可以根据实际情况进行调节，满足不同规格螺旋焊管生产需求，具有更明显的经济优势。内承式定径机组焊管成型工艺完成后，会残余内缩结构应力，可以将其看作为使用过程中的预应力，与外抱式定径机组管坯相比，其应力状态具有更大优势。但是对辊梁设备刚度以及安装精度要求更高，成本投入更多，因此在实际生产中以外抱式定径机组为主。

2 螺旋焊管成型控制技术难点

由于成型缝变化调整与反应时间非常短，很容易因为控制不当而产生错边、开缝、坡度钝边不均匀等问题，造成螺旋焊管直径、椭圆度以及直度等几何尺寸与设计差异过大，无法达到生产标准。想要实现成型全过程控制，必须要对以往生产经验进行总结，确定各类缺陷产生的原因，然后从技术角度出发，对成型工艺进行优化，保证每道工序实施的规范性与专业性，做好各项参数的控制，从根本上消除缺陷产生的可能性。

3 螺旋焊管常见成型缺陷

3.1 错边

焊管成型后出现错边缺陷，即钢带/钢板边缘间径向偏移，会对焊管直径产生影响，甚至还会造成焊缝增大，并且错边缺陷存在不可修复特点，一旦出现必定会造成钢管降级。导致此类问题出现的原因主要是为带钢“月牙弯”，且月牙弯越大错边量越明显。并且焊接辊顶的过紧也会造成错边，就以往生产经验分析，螺旋焊管成型时，焊接垫辊应偏向成型辊10～15mm处最佳，且高度以钢管下表面标高偏上一点最好，如果偏离距离过小便会产生正错边，而距离过大则会产生反错边。另外，生产过程中未对后桥输出辊道进行调整，导管间隙超出标准，导致外控辊压过紧而产生错边。

3.2 管径超标

管径超标主要为管径超差与椭圆度超标两个方面，其产生的原因主要为：第一，钢递送线位置偏差较大，带钢中心与理论递送中心之间将会产生一个夹角，随着夹角大小的变化，焊缝曲率也会发生变化，而产生椭圆度，同时产生错边后使得管径与设计产生差异。第二，带钢“月牙弯”使得钢管管径发生变化，根据成型角计算公式分析：cosα=B/πD（B表示带钢工作宽度，D表示钢管直径），可知月牙弯可使得成型角度增大，管径也会随之变大，相反则变小。第三，钢管成型过程中随着阻力的变化而使得管径大小产生差异，且成型阻力与管径呈正比相关。

3.3 噘嘴

噘嘴即竹节缺陷，在螺旋焊管成型工艺中比较常见，即钢管两个咬合边咬合以后，经常会因为各种因素限制，造成成型缝递送一边或者两个边向外翘起，是影响焊管质量的关键因素，必须要采取措施进行避免。对其产生原因进行分析，可以确定带钢成型过程中，受侧压辊和内压辊影响，出现弹性变形问题，内部挤压外部拉伸，使得母材在变形过程中横向扩张，焊管成型后便会出现边缘外翻的问题。或者是因为铣边不均匀以及钢板钝边形状不合理，使得焊管成型过程中成型缝外紧内松，出现噘嘴缺陷。另外，选择成型辊不合适，造成排辊间隙过大，带钢变形不完全而产生噘嘴缺陷。

3.4 裂纹

裂纹主要表现在焊缝以及热影响区内部或者表面，对钢管耐腐蚀性影响较大，是导致焊管使用寿命缩短的重要原因。造成裂纹缺陷产生的主要原因是应力影响，因为螺旋焊管在成型区内焊作业，受到应力影响钢管会在焊接过程中产生变形，然后受递送力影响最终形成裂纹。并且，在钢管成型过程中，一般需要将内焊焊枪固定在辊臂上，同时其余辊位置必须要保证焊枪可以顺利放入，这样就会造成成型辊无法达到递送线边缘位置，带钢边缘位置递送变形力缺失，使得成型缝两侧钢板变形曲率产生差异最终形成裂缝。另外，如果焊管焊接作业速度过快，以及成型角度比较小时，会加大钢管成型的难度，经常会因为钢管成型不足残余应力过大产生裂纹。

4 螺旋焊管成型控制要点

4.1 成型工艺参数控制

为减少各类成型缺陷的产生，需要对生产工艺进行优化，保证各项参数设定的合理性。基于带钢生产宽度范围要求，对于大管径钢管的生产应选择应用较大成型角度，相对应小管径钢管则可以选择应用较小成型角度。就我国螺旋焊管成型生产现状来看，大部分机组成型角度选定为40°～76°之间，综合经济性与效率性元素分析，最佳应控制在40°～66°范围内。总结以往生产经验分析，一般直径小于914mm的钢管成型角度最佳应在45°～48°左右；直径大于914mm的钢管成型角度则应控制在52°～56°左右。对各类规格的钢管进行调型时，可选择应用成型样筒调整，提高外控辊、侧压辊以及内压辊位置的精确性。为避免工艺参数与设计差异过大，需要在整个成型过程中对各项数据进行监控，并通过对成型器的调整来保证成型辊辊面受力的均匀性。

4.2 成型辊与焊垫辊控制

对成型侧压辊以及内压辊进行合理布置，保证三个辊始终保持在一条螺旋线上，将原来的一整条燕尾板更改为一条固定一条活动的组合形式，以此来保证钢板边缘有成型辊来维持带钢边缘的充分变形。同时，通过科学设置来保证成型器成型辊可以承受成型压力，并搭配较小直径轴承辊，提高辊子排列密度，争取最大程度上来减少成型变形盲区。

4.3 带钢板质量控制

为避免成型缺陷对焊管质量的影响，在选择带钢板材料时，要尽量减少选择带钢的“月牙弯”，并加强对带钢对头质量的验收，搭配科学合理的焊接参数，最大程度上来降低焊缝余高。还应尽量利用铣边机来取代圆盘剪生产，尤其是大壁厚钢管成型时，可以铣出钝边与坡口，来保证螺旋焊管焊接质量，对焊管成型合缝质量进行控制。另外，为避免带钢跑造成坡口与钝边处理不佳，而产生变化影响产品成型稳定性，需要将成型导板机构设置在铣边机前后位置，与边立辊相互配合，能够避免带钢板的攒动，同时还可以解决侧立辊对钢板上下波动产生的缺陷问题。

4.4 预弯装置应用

通过预弯装置的应用，能够对螺旋焊管成型噘嘴缺陷进行有效预防。传统二辊预弯装置实际应用效果比较差，现在多选择应用三辊弯板，在原有上下两辊基础上增设了侧向辊。就装置结构特点分析，上辊外形多为锥形，下辊为普通圆柱形，可根据钢带厚度以及预弯宽度来进行灵活调整。侧向辊为鼓形，且可根据工艺要求对其高度横向进行调节，可以满足不同规格钢管成型生产工艺需求，具有良好的预弯效果。