曹國(guó)富

（廣東省江門市儉美實(shí)業(yè)有限公司，廣東 江門529000）

在線彎曲異型管的種類與時(shí)鐘矯直法

曹國(guó)富

（廣東省江門市儉美實(shí)業(yè)有限公司，廣東 江門529000）

將異型管的彎曲類型細(xì)分為扭而不曲、曲而不扭和既扭又曲三類，并分別給出適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況的檢查方法；在分清彎曲類型的基礎(chǔ)上在線實(shí)施矯正，更有針對(duì)性地采用相應(yīng)的在線彎曲異型管的時(shí)鐘矯直法。即：將走出焊管機(jī)組矯直頭處的彎曲焊管之彎曲方向按時(shí)區(qū)進(jìn)行劃分，按彎曲的反向時(shí)區(qū)移動(dòng)矯直頭進(jìn)行矯直。時(shí)鐘矯直法在線矯直異型管形象直觀，不會(huì)犯方向性錯(cuò)誤，對(duì)焊管生產(chǎn)更具指導(dǎo)意義。

異型管；扭曲；分類；扭而不曲；曲而不扭；在線時(shí)鐘矯直法

異型管彎曲，不僅影響焊管正常生產(chǎn)、包裝與運(yùn)輸，更會(huì)給后續(xù)使用帶來(lái)無(wú)盡煩惱，如彎管后發(fā)生畸變、配件安裝后無(wú)法對(duì)位、強(qiáng)制焊接后殘余內(nèi)應(yīng)力大，導(dǎo)致構(gòu)件變形等。因此彎曲是異型管生產(chǎn)中不允許存在的缺陷之一，必須通過調(diào)整予以消除。

1 彎曲異型管的分類

從焊管生產(chǎn)實(shí)踐看，異型管彎曲有廣義和狹義之分，狹義彎曲指管體僅向一個(gè)方向彎，即管體曲而不扭。而廣義彎曲包括扭而不曲（扭轉(zhuǎn)）、曲而不扭（彎曲）和既扭又曲（扭曲）三類。其實(shí)，若以焊縫為標(biāo)志，圓管同樣存在廣義彎曲所說(shuō)的三種類型。

1.1 異型管扭轉(zhuǎn)

異型管扭轉(zhuǎn)即扭而不曲，系指與異型管棱邊或母線垂直的焊管兩斷面，其中任意一個(gè)面按幾何對(duì)稱中心投影到另一面上后，對(duì)稱中心重合且兩個(gè)投影面之間存在夾角α，如圖1所示。α稱為異型管的扭轉(zhuǎn)角，由（1）式定義

實(shí)踐中，扭轉(zhuǎn)角沒有實(shí)用價(jià)值，也不方便測(cè)量；通常根據(jù)擺動(dòng)值H值判定管體扭轉(zhuǎn)程度，H值越小越好；當(dāng)H=0時(shí)，說(shuō)明管體不扭轉(zhuǎn)。異型管扭轉(zhuǎn)的顯著特征是，管的棱邊為螺旋線，由于該螺旋線的導(dǎo)程通常若干倍于管長(zhǎng)（6 000 mm）、擺動(dòng)值H也小于B，故這條螺旋線看上去近似直線。

圖1 梳子管扭而不曲示意圖

1.2 異型管彎曲

異型管彎曲即曲而不扭，是指與棱邊或母線垂直的兩橫斷面之投影存在重疊，且投影的幾何中心僅發(fā)生橫向或者豎向偏移，參見圖2。重疊越少表示越彎曲，當(dāng)重疊量為負(fù)值時(shí)，表示已經(jīng)不重疊，說(shuō)明焊管很彎。管體彎曲度由（2）式確定。

式中，C為總彎曲度，適用于在線即時(shí)檢查；c為局部彎曲度，適用于離線精密檢查。

異型管的彎曲如圖2所示，有兩種基本形態(tài)，一是大面彎曲小面平直，二是小面彎曲大面平直。若結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際與孔型方位，還有上彎與下彎、左彎與右彎以及1:30、3:30、7:30、10:30等方向彎曲。判定異型管彎曲的方法有平臺(tái)檢驗(yàn)和孿生檢查兩種。

1.2.1 平臺(tái)檢驗(yàn)

截取1 m長(zhǎng)方矩管，處理干凈端面毛刺，放到機(jī)組臺(tái)面上，使管形成上凸弧，然后用塞尺塞縫隙，所塞進(jìn)最大值H就是異型管（圓管也適用）的最大彎曲度，單位是mm/m，見圖3和（2）式。一般標(biāo)準(zhǔn)允許異型管的彎曲度小于3 mm/m。

圖3 機(jī)組臺(tái)面檢查焊管彎曲度的方法

1.2.2 孿生檢查

所謂孿生檢查是指，隨機(jī)抽取兩支剛生產(chǎn)出的管子，以焊縫為標(biāo)志，將其相向而置或相對(duì)而置，如圖4所示，則二者之間最大間隙S的一半就是此管的彎曲值，彎曲度參見（3）式。

圖4 異型管彎曲度的孿生檢查法

1.3 異型管扭曲

異型管扭曲系指異型管既彎又扭，扭曲的特征是，與異型管棱邊垂直的兩斷面之投影面，它們的幾何對(duì)稱中心不重合，而且兩投影面存在夾角，如圖5所示。扭曲程度由幾何對(duì)稱中心錯(cuò)位距H′和擺動(dòng)值H共同確定，其中，H′表示彎的程度，H表示扭的幅度。

圖5 矩形管扭曲示意

總之，無(wú)論異型管存在哪種類型的彎曲，特別是超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或超出使用要求的彎曲，都必須通過在線矯直裝置予以矯正。另外，需要指出的是，彎曲的異型管一旦離線后，再要進(jìn)行矯正，將是一件費(fèi)時(shí)費(fèi)力的事，而且頭尾存在矯直盲區(qū)，效果遠(yuǎn)不如在線矯直的好。

2 異型管彎曲的在線時(shí)鐘矯直法

異型管彎曲的在線時(shí)鐘矯直法是指將走出焊管機(jī)組矯直頭處的彎曲焊管之彎曲方向按時(shí)區(qū)進(jìn)行劃分，按彎曲的反向時(shí)區(qū)移動(dòng)矯直頭進(jìn)行矯直，如圖6所示；這里的移動(dòng)，既包括矯直頭上下左右的位移，也包括矯直頭的偏轉(zhuǎn)。

圖6 時(shí)鐘矯直法原理圖

2.1 焊管矯直的基本原理

焊管矯直的基本原理是彎曲原理的逆定理和矯枉必須過正原理。以四輥矯直頭為例，末兩道定徑輥與四輥矯直頭構(gòu)成一個(gè)力系，三個(gè)施力點(diǎn)至少有一個(gè)不在同一直線上，將定徑機(jī)末兩道定徑輥之施力點(diǎn)看成兩個(gè)位置固定的支點(diǎn)，通過改變矯直輥位置達(dá)到改變兩個(gè)固定支點(diǎn)的施力效果，實(shí)現(xiàn)矯直目的。

在矯直原理示意圖7中，若焊管（虛線）出定徑機(jī)后向3:00點(diǎn)鐘方向彎曲，要想改變這種狀態(tài)，基本途徑有①重新調(diào)整定徑軋輥，通過改變諸如A、B兩點(diǎn)的水平位置，改變定徑機(jī)中焊管的縱向應(yīng)力狀況，達(dá)到修正彎曲的目的。該方法應(yīng)該作為最后的調(diào)整手段。②固定B、C兩點(diǎn)力的大小和方向不變，將次末道定徑輥（通常是立輥）A向彎曲的反方向即向9:00點(diǎn)鐘方向橫移，該方法僅適用于側(cè)彎。③固定FA、FB兩道定徑輥的施力（此時(shí)可以看著是矯直力）大小和方向不變，減小+FC，即，將矯直頭向9:00點(diǎn)鐘方向移動(dòng)，對(duì)焊管施加一個(gè)反向矯直力，達(dá)到調(diào)直目標(biāo)。

圖7 焊管在線矯直原理圖

通過改變矯直頭位置的方法進(jìn)行矯直，即使焊管出現(xiàn)向1:30或10:30等任意方向彎曲的情況，也能憑借矯直頭上的上下左右整體快速移動(dòng)和偏轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行直角坐標(biāo)式與極坐標(biāo)式移動(dòng)，將焊管矯直，詳見焊管機(jī)組在線矯直頭的時(shí)鐘法矯直原理（見圖6），圖6中時(shí)鐘中心的圓即為焊管機(jī)組軋制中心，亦可理解為經(jīng)過矯直并達(dá)到直度的焊管。

在圖6中，將出矯直頭的管頭彎曲方向分成八個(gè)大時(shí)區(qū)，每個(gè)大時(shí)區(qū)都有各自的代表符號(hào)；紅、黑箭線所指方向表示焊管出矯直頭時(shí)管頭彎曲方向與矯直頭的施力方向，時(shí)區(qū)符號(hào)等同于直角坐標(biāo)系中的x橫軸和z豎軸的移動(dòng)方向， “+”表示矯直頭需要向12:00點(diǎn)鐘或者向3:00點(diǎn)鐘方向調(diào)節(jié)， “-”表示矯直頭需要向6:00點(diǎn)鐘或者向9:00點(diǎn)鐘方向調(diào)節(jié)。如出矯直頭時(shí)管頭向10:30的方向翹，那就應(yīng)該將矯直頭向著4:30方向調(diào)節(jié)。具體操作時(shí)，在將矯直輥向3:00點(diǎn)鐘方向調(diào)整的同時(shí)，將矯直輥向6:00點(diǎn)鐘方向調(diào)整，從而合成出4:30的方向。

2.2 焊管彎曲方向的判據(jù)

圓管必須以焊縫為參照，結(jié)合焊縫在焊管機(jī)組中的適時(shí)位置進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，避免越調(diào)越彎；異型管則選擇焊縫所在面作參照進(jìn)行調(diào)整，這樣調(diào)整不會(huì)犯方向性錯(cuò)誤。

2.3 焊管在線直度的循環(huán)

焊管矯直絕非一勞永逸，在焊管生產(chǎn)過程中，受管坯材料、操作經(jīng)驗(yàn)、焊接工藝、設(shè)備狀況、軋輥?zhàn)儎?dòng)及冷卻波動(dòng)等可見與不可見因素影響，其中任何一個(gè)微小變化，都可能引起焊管直度發(fā)生變化，需要進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。毫不夸張地說(shuō)，在一個(gè)焊管生產(chǎn)周期內(nèi)，矯直頭是焊管機(jī)組上動(dòng)作頻率最高的機(jī)構(gòu)之一；整個(gè)生產(chǎn)過程中，焊管直度就是在“彎曲→矯直→再?gòu)澢俪C直”這樣一個(gè)過程中不斷循環(huán)，直至該生產(chǎn)周期結(jié)束，如圖8所示，總生產(chǎn)量為三個(gè)生產(chǎn)過程的面積積分之和：

圖8 生產(chǎn)過程焊管直度 “周期性”變化示意

不同矯直周期的區(qū)別在于：如果管坯厚度、寬度、硬度以及機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，操作工駕馭生產(chǎn)工藝的能力強(qiáng)，設(shè)備性能優(yōu)異，那么，直的焊管維持時(shí)間較長(zhǎng)；否則就會(huì)頻繁彎曲、頻繁矯直，而且矯直愈頻繁，管子的總體直度就愈差。

3 直度調(diào)整

3.1 扭轉(zhuǎn)異型管的調(diào)整

3.1.1 扭轉(zhuǎn)異型管的現(xiàn)場(chǎng)判斷

在生產(chǎn)場(chǎng)地附近找一處長(zhǎng)度大于6 m且較平坦地段，橫向放置兩個(gè)長(zhǎng)度超過管面最大寬度、相距3～5 m的管頭，將待檢查焊管的任一平面置于管頭上，面對(duì)機(jī)組出口方向，首先讓近機(jī)組一端管平面與管頭完全接觸，然后嘗試擺動(dòng)遠(yuǎn)離機(jī)組端管端，并觀察擺動(dòng)狀況，如圖9所示。

圖9 扭轉(zhuǎn)管的離線檢查

3.1.2 扭轉(zhuǎn)異型管的在線矯正

在圖9中，若擺動(dòng)值H在右側(cè)，則表示管體向左扭轉(zhuǎn)，應(yīng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)土耳其頭；反之，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)土耳其頭。粗調(diào)時(shí)，動(dòng)作幅度可大一點(diǎn)，經(jīng)過反復(fù)多次精調(diào)后，動(dòng)作幅度要逐漸變小，而且，每動(dòng)作一次都需要按圖9所示方法檢查一次，直至擺動(dòng)管體時(shí)管子不再晃動(dòng)即H=0為止。必須指出，一旦扭轉(zhuǎn)調(diào)好后，包括材料硬軟、厚薄、冷卻液、焊縫位置、焊接速度、去除毛刺深度、公差等都不要輕易改變；其中任意一項(xiàng)發(fā)生變化，都要再次檢查管體扭轉(zhuǎn)?；蛘撸催^來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)過程中，若發(fā)現(xiàn)如焊縫位置發(fā)生了變化，那么，管體彎曲狀況極有可能已經(jīng)發(fā)生了變化。

3.2 彎曲異型管的調(diào)整

現(xiàn)以45°斜出方矩管為例，說(shuō)明調(diào)整方法。首先，調(diào)整工要在心中建立如圖10所示的坐標(biāo)系，由于土耳其頭不具備直接斜向快升與快降功能，因此，在調(diào)整45°斜出方矩管彎曲時(shí)，必須根據(jù)圖6所示時(shí)鐘法快速分別沿x軸和z軸兩個(gè)方向移動(dòng)土耳其頭，才能達(dá)成工藝目標(biāo)。倘若大面如圖10所示向10:30方向彎曲，那么，一方面要將土耳其頭向x軸正方向橫移，同時(shí)要將土耳其頭向z軸負(fù)方向下調(diào)，從而合成出向4:30方向移動(dòng)。

圖10 45°斜出矩形管的時(shí)鐘矯直法

需要提醒操作人員注意的是，在調(diào)整小面彎曲時(shí)，同等彎曲度的情況下，糾偏調(diào)整幅度應(yīng)該比大面的大，因?yàn)樾∶婢哂懈髲澗亍?/p>

3.3 扭曲異型管的調(diào)整

彎曲的焊管，絕大部分都是以扭曲的形態(tài)出現(xiàn)。異型管扭曲的調(diào)整分三步進(jìn)行：首先，根據(jù)本節(jié)3.2所述粗調(diào)消除焊管的彎曲；然后根據(jù)3.1所述粗調(diào)消除焊管的扭轉(zhuǎn)；最后重復(fù)上述一、二兩步進(jìn)行精心微調(diào)，直至平直。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）理清人們對(duì)焊管彎曲的理解。在部分調(diào)整工的潛意識(shí)里，焊管彎曲僅局限于對(duì)圓管的認(rèn)知，并潛移默化地影響異型管直度的矯正，形成重視直度調(diào)整、忽視矯正管體扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)狀。其實(shí)，異型管扭轉(zhuǎn)缺陷對(duì)焊管后續(xù)使用的影響比單純彎曲缺陷還要嚴(yán)重。

（2）在批量生產(chǎn)的情況下，要想完全消除異型管的彎曲幾乎不可能。因?yàn)楫?dāng)管坯硬軟、厚薄、寬窄、設(shè)備潤(rùn)滑、磨損、精度、電壓波動(dòng)、運(yùn)行波動(dòng)等一系列隱性因素發(fā)生變動(dòng)時(shí)，操作者往往難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，期間所生產(chǎn)的焊管或多或少存在彎曲問題，只是沒有嚴(yán)重到一定程度而已。這一事實(shí)警醒人們，在異型管生產(chǎn)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)上述因素發(fā)生變化，必須立即檢查管體彎曲狀況，同時(shí)，必須嚴(yán)格根據(jù)工藝規(guī)定的抽查頻率檢查焊管彎曲情況，以便早發(fā)現(xiàn)、早處理、杜絕批量彎曲缺陷產(chǎn)生。

（3）根據(jù)時(shí)鐘矯直法原理在線矯正異型管，形象直觀，不會(huì)犯方向性錯(cuò)誤。在分清彎曲類型的基礎(chǔ)上在線實(shí)施矯正，更有針對(duì)性，對(duì)焊管生產(chǎn)更具指導(dǎo)意義。

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Online Bending Special Pipe Kinds and Clock Straightening Method

CAO Guofu
（Guangdong Jiangmen Jianmei Industry Co.,Ltd.,Jiangmen 529000,Guangdong,China）

The special pipe bending was divided into three kinds,including twisting without bending,bending without twisting,and both twisting and bending,it respectively gave inspection methods to adapt to actual production situation.Implementing online correction based on distinguishing bending kinds,adopted corresponding clock straightening method.It meaned that the bending direction of bending pipe is divided according to timezone,moving straightening head to straighten according to reverse timezone.Clock straightening method is intuitive;it doesn’t make wrong direction,which has more guiding significance for welded pipe production.

special pipe;twisting;classification;twisting without bending;bending without twistin；online clock straightening method

TG333

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.07.008

曹國(guó)富（1957—），男，長(zhǎng)期從事焊管生產(chǎn)工藝、孔型設(shè)計(jì)及生產(chǎn)管理工作，發(fā)表論文40余篇。

2016-02-17

羅 剛