彭元超

（中石化石油機(jī)械公司沙市鋼管廠武漢分廠，湖北 武漢 4 3 0 0 4 0）

螺旋焊管成型設(shè)備對鋼管橢圓度的影響及控制

彭元超

（中石化石油機(jī)械公司沙市鋼管廠武漢分廠，湖北 武漢 4 3 0 0 4 0）

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。鋼管橢圓度對保證施工現(xiàn)場的施工質(zhì)量和精度有重要意義。根據(jù)G B/T 2 0 8 0 1.4壓力管道規(guī)范要求“直管段上兩對接環(huán)焊縫中心面間的距離，當(dāng)公稱直徑大于或等于1 5 0 m m時(shí)，應(yīng)不小于1 5 0 m m；當(dāng)公稱直徑小于1 5 0 m m時(shí)，應(yīng)不小于管子外徑?！庇捎跈E圓度的影響，在施工現(xiàn)場會(huì)采用變形的方式使鋼管強(qiáng)行對接。這樣就會(huì)造成焊縫的局部應(yīng)力過大，對整個(gè)管道安全和使用壽命帶來很大的影響。

焊管；焊縫；橢圓度；局部應(yīng)力

1 成型設(shè)備對鋼管橢圓度的影響

在鋼管生產(chǎn)過程中，影響鋼管橢圓度的因素有很多種，例如原料自身月牙彎、對頭質(zhì)量不好導(dǎo)致鋼帶的跑偏、后部精整工序?qū)E圓度的影響、鋼管堆碼導(dǎo)致鋼管橢圓度變化等。但螺旋鋼管成型設(shè)備對鋼管橢圓度的影響則是根本的，也是至關(guān)重要的，具體分析如下。

1.1 預(yù)彎輥對鋼管橢圓度的影響

預(yù)彎輥是將帶鋼的邊部進(jìn)行彎曲的一個(gè)裝置，又稱為卷邊輥或翻邊機(jī)。它的作用是為了消除成型過程中產(chǎn)生的所謂“竹節(jié)”現(xiàn)象。預(yù)彎輥的曲率是否合適直接影響到鋼管橢圓度。預(yù)彎輥的曲率近似計(jì)算公式：

式中，δs——帶鋼屈服強(qiáng)度；

k1——形狀系數(shù)，k1=1.5；

k——相對強(qiáng)化模數(shù)

材料延長率；

E——彈性模量，E=2 1 0 0 0 MP a；

h——帶鋼厚度

λ——擬合圓曲線上的弦 ，

α——成型中角；

v——泊松比，v=0.3；

R——鋼管外半徑；

ρ預(yù)——預(yù)彎輥的曲率。

由本廠生產(chǎn)的三批鋼管規(guī)格為：φ3 2 5×8、φ4 0 6×7.1、φ5 5 9×1 1的理論曲率，見表1。

表1 預(yù)彎輥曲率與鋼管橢圓度統(tǒng)計(jì)表

由于本廠采用的是兩輥預(yù)彎，預(yù)彎輥的曲率是一個(gè)定值ρ=1 5 0 mm，表1中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：預(yù)彎輥的實(shí)際曲率越接近理論曲率，所生產(chǎn)鋼管的橢圓度越小。

1.2 三輥彎板機(jī)對鋼管橢圓度的影響

三輥彎板機(jī)是由1#輥、2#輥、3#及導(dǎo)向的0#輥組成。其中：1#、2#、3#輥的位置和2#輥下壓量直接影響鋼管的橢圓度。

（1）1#、2#、3#輥位置的影響。控制好鋼管在成型器里面的橢圓度，三輥的位置布置十分重要。我廠在生產(chǎn)φ5 5 9×1 1規(guī)格鋼管時(shí)，就曾經(jīng)出現(xiàn)過3#輥?zhàn)詈笠粋€(gè)輥?zhàn)优霾坏阶杂蛇呥吘壓?#輥第一個(gè)輥?zhàn)与x遞送邊太遠(yuǎn)的情況，致使2#輥起到了反預(yù)彎的作用，從而造成鋼管橢圓度在焊縫周圍超標(biāo)的現(xiàn)象。

（2）2#輥下壓量的影響。2#輥下壓量對鋼管的橢圓度的影響很大，2#下壓量過大，取彈復(fù)樣后開口會(huì)產(chǎn)生內(nèi)凹，2#輥下壓量過小，取彈復(fù)樣后會(huì)產(chǎn)生向外開張）。在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對2#輥下壓量反復(fù)進(jìn)行調(diào)整，才能達(dá)到滿意效果。

1.3 外控裝置對鋼管橢圓度的影響

我廠使用的外控裝置為外控式成型器，該設(shè)備是根據(jù)三輥彎板變形的不足量彎曲原理制成。外控裝置與形成的管筒坯外表面相接觸，并給予一定壓力，以確保管筒的導(dǎo)向外徑精確。

當(dāng)管筒坯經(jīng)過三輥預(yù)彎機(jī)不足量變形后未與外控裝置充分接觸就會(huì)產(chǎn)生管坯在成型器內(nèi)竄動(dòng)，從而直接影響鋼管的橢圓度。

2 合理調(diào)整或改進(jìn)成型設(shè)備是控制鋼管橢圓度的有效手段

2.1 改進(jìn)預(yù)彎形式

針對不同規(guī)格的鋼管就必須采用與之相適應(yīng)的預(yù)彎曲率?，F(xiàn)在很多廠家采用三輥預(yù)彎的形式，預(yù)彎曲率就可以調(diào)整，但大多數(shù)還是采用經(jīng)驗(yàn)法來調(diào)整和控制預(yù)彎曲率。若采用公式（1）進(jìn)行定量計(jì)算，則可以更好更快地使預(yù)彎曲率接近理想值，有效控制鋼管的橢圓度。

2.2 調(diào)整三輥彎板機(jī)

（1）根據(jù)不同規(guī)格的鋼管選擇合適的1#輥、2#輥、3#輥位置：1#輥第一個(gè)輥?zhàn)泳噙f送邊L=(1 5±5)mm，2#輥?zhàn)詈笠粋€(gè)與帶鋼接觸的小輥距自由邊邊緣N=(1 5±5)mm，3#輥距自由邊邊緣M=(1 5±5)mm。在保證上述的條件下，2#第一個(gè)輥盡量靠近遞送邊。

（2）對2#輥下壓量進(jìn)行定量調(diào)整。在鋼管成型過程中，2#輥?zhàn)饔糜阡搸У氖芰^程很復(fù)雜，計(jì)算出2#輥下壓量對鋼管內(nèi)應(yīng)力的影響難度較大，因此通過對開口量和內(nèi)應(yīng)力的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，來確定2#輥下壓量。

由微積分推導(dǎo)出以下公式：

可見由此計(jì)算的殘余應(yīng)力公式中y是以鋼管環(huán)切的中性線為基準(zhǔn)原點(diǎn)，與鋼管厚度方向的位置有關(guān)系。

鋼管內(nèi)表面的y=0，故σr=0 （4）

式中：

σr——鋼管最大殘余應(yīng)力， MP a；

S——鋼管彈復(fù)后的開口量，mm；

a——鋼管壁厚， mm；

E——彈性模量，MP a；

D——鋼管外徑，mm；

R——鋼管半徑，mm。

對φ5 5 9×1 1的2#輥下壓量、彈復(fù)后的開口量及殘余應(yīng)力對比可以看出殘余應(yīng)力隨著2#輥下壓量的增加逐漸減少，這樣我們適當(dāng)?shù)脑黾?#輥下壓量，減少鋼管的殘余應(yīng)力，從而保證鋼管的橢圓度在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍之內(nèi)。

2.3 外控裝置的合理布置

將外控裝置中的4#~8#輥位置通過計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行優(yōu)化，盡可能減少變形盲區(qū)。同時(shí)盡可能的將外控輥的中心線和鋼管中心線相重合，保證鋼管在成型過程中管坯不在外控裝置內(nèi)竄動(dòng)。經(jīng)過長期觀察發(fā)現(xiàn)，在做小管徑鋼管時(shí)，由于4#輥和3#輥距離太近，也參與了三輥預(yù)彎機(jī)的成型過程，影響了鋼管的正常成型。在實(shí)際生產(chǎn)中拆除4#輥后，較好地保證了鋼管橢圓度。

3 結(jié)語

沙市鋼管廠在生產(chǎn)L NGφ5 5 9×1 1的過程中，曾遇到了鋼管橢圓度超差的問題，我們在全面分析成型設(shè)備對鋼管橢圓度的影響后，有針對性地采取相應(yīng)措施，較好地解決了鋼管橢圓度超差的問題。由以上分析可知，在其他管型的生產(chǎn)過程中，通過對螺旋焊管設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和改造，能夠有效避免成型設(shè)備對橢圓度的影響，滿足高壓油氣管線對鋼管橢圓度越來越嚴(yán)格的要求，保證油氣管線的工程質(zhì)量。

[1]G B/T 2 0 8 0 1.4-2 0 0 6 .壓力管道規(guī)范[S]. 工業(yè)管道第4部分. [2]中國石油化工集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn). Q/S H C G 2 4.2-2 0 1 2[S].

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