劉洋

（大慶油田裝備制造集團油田專用產(chǎn)品制造分公司螺旋焊管制造廠，黑龍江 大慶 163712）

螺旋焊管成型控制技術(shù)分析

劉洋

（大慶油田裝備制造集團油田專用產(chǎn)品制造分公司螺旋焊管制造廠，黑龍江 大慶 163712）

螺旋焊管因為成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到石油開采產(chǎn)業(yè)內(nèi)，焊接鋼管逐漸向大孔徑、高鋼級、大壁厚方向發(fā)展，而螺旋焊管完全可以滿足生產(chǎn)要求。就實際生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，螺旋焊管成型受各項因素影響較大，如果無法進行有效控制，將會影響實際應(yīng)用。本文結(jié)合螺旋焊管特點，對影響成型質(zhì)量原因以及控制技術(shù)要點進行了分析。

螺旋焊管；成型工藝；控制技術(shù)

螺旋焊管成型過程中受外界因素影響較大，為保證成型穩(wěn)定性高，必須要確定各影響因素，基于鋼管規(guī)格來對成型調(diào)整原則以及方法進行調(diào)整優(yōu)化，并加強對原材料選擇的管理，保證成型輥與螺旋焊管成型角合理性，爭取最大程度上來提高焊管成型穩(wěn)定性，減少各類缺陷的產(chǎn)生，滿足實際生產(chǎn)需求。

1 螺旋焊管成型工藝

螺旋焊管生產(chǎn)即對熱軋帶鋼進行拆卷、矯平、剪銑邊等工藝處理后，采用某成型角度進入成型器內(nèi)彎曲，然后對成型后的管坯內(nèi)外焊接處理，最終得到焊管，如圖1。熱軋類帶卷為螺旋焊管生產(chǎn)原材料，對帶卷之間進行對頭焊接處理，滿足連續(xù)化生產(chǎn)需求。因為受運輸工具限制較大，對于成型后的螺旋焊管還要進行切斷處理，便于運輸操作。現(xiàn)在螺旋焊管成型工藝已經(jīng)比較成熟，但是在生產(chǎn)過程中也會受到外部因素的干擾而產(chǎn)生各種質(zhì)量缺陷，為確保產(chǎn)品達到專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，就需要在工藝完成后對所得產(chǎn)品進行平頭檢測和壓力檢測，確定其是否存在質(zhì)量缺陷。整個成型工藝中，要保證每道工序?qū)嵤┑囊?guī)范性，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，均會對最終產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，尤其是彎曲成型工序，是影響螺旋焊管產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。

圖1 螺旋焊管成型工藝

對螺旋焊管成型原理進行分析，即通過三輥加載促使材料連續(xù)彎曲變形，得到理想尺寸。其中，螺旋焊管成型器為主要設(shè)備，可以按照成型機組定徑分為外抱式與內(nèi)承式兩種管坯定徑機組。其中，外抱式定徑機組成型輥梁徑向位置尺寸可以根據(jù)實際情況進行調(diào)節(jié)，滿足不同規(guī)格螺旋焊管生產(chǎn)需求，具有更明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。內(nèi)承式定徑機組焊管成型工藝完成后，會殘余內(nèi)縮結(jié)構(gòu)應(yīng)力，可以將其看作為使用過程中的預(yù)應(yīng)力，與外抱式定徑機組管坯相比，其應(yīng)力狀態(tài)具有更大優(yōu)勢。但是對輥梁設(shè)備剛度以及安裝精度要求更高，成本投入更多，因此在實際生產(chǎn)中以外抱式定徑機組為主。

2 螺旋焊管成型控制技術(shù)難點

由于成型縫變化調(diào)整與反應(yīng)時間非常短，很容易因為控制不當(dāng)而產(chǎn)生錯邊、開縫、坡度鈍邊不均勻等問題，造成螺旋焊管直徑、橢圓度以及直度等幾何尺寸與設(shè)計差異過大，無法達到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。想要實現(xiàn)成型全過程控制，必須要對以往生產(chǎn)經(jīng)驗進行總結(jié)，確定各類缺陷產(chǎn)生的原因，然后從技術(shù)角度出發(fā)，對成型工藝進行優(yōu)化，保證每道工序?qū)嵤┑囊?guī)范性與專業(yè)性，做好各項參數(shù)的控制，從根本上消除缺陷產(chǎn)生的可能性。

3 螺旋焊管常見成型缺陷

3.1 錯邊

焊管成型后出現(xiàn)錯邊缺陷，即鋼帶/鋼板邊緣間徑向偏移，會對焊管直徑產(chǎn)生影響，甚至還會造成焊縫增大，并且錯邊缺陷存在不可修復(fù)特點，一旦出現(xiàn)必定會造成鋼管降級。導(dǎo)致此類問題出現(xiàn)的原因主要是為帶鋼“月牙彎”，且月牙彎越大錯邊量越明顯。并且焊接輥頂?shù)倪^緊也會造成錯邊，就以往生產(chǎn)經(jīng)驗分析，螺旋焊管成型時，焊接墊輥應(yīng)偏向成型輥10～15mm處最佳，且高度以鋼管下表面標(biāo)高偏上一點最好，如果偏離距離過小便會產(chǎn)生正錯邊，而距離過大則會產(chǎn)生反錯邊。另外，生產(chǎn)過程中未對后橋輸出輥道進行調(diào)整，導(dǎo)管間隙超出標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致外控輥壓過緊而產(chǎn)生錯邊。

3.2 管徑超標(biāo)

管徑超標(biāo)主要為管徑超差與橢圓度超標(biāo)兩個方面，其產(chǎn)生的原因主要為：第一，鋼遞送線位置偏差較大，帶鋼中心與理論遞送中心之間將會產(chǎn)生一個夾角，隨著夾角大小的變化，焊縫曲率也會發(fā)生變化，而產(chǎn)生橢圓度，同時產(chǎn)生錯邊后使得管徑與設(shè)計產(chǎn)生差異。第二，帶鋼“月牙彎”使得鋼管管徑發(fā)生變化，根據(jù)成型角計算公式分析：cosα=B/πD（B表示帶鋼工作寬度，D表示鋼管直徑），可知月牙彎可使得成型角度增大，管徑也會隨之變大，相反則變小。第三，鋼管成型過程中隨著阻力的變化而使得管徑大小產(chǎn)生差異，且成型阻力與管徑呈正比相關(guān)。

3.3 噘嘴

噘嘴即竹節(jié)缺陷，在螺旋焊管成型工藝中比較常見，即鋼管兩個咬合邊咬合以后，經(jīng)常會因為各種因素限制，造成成型縫遞送一邊或者兩個邊向外翹起，是影響焊管質(zhì)量的關(guān)鍵因素，必須要采取措施進行避免。對其產(chǎn)生原因進行分析，可以確定帶鋼成型過程中，受側(cè)壓輥和內(nèi)壓輥影響，出現(xiàn)彈性變形問題，內(nèi)部擠壓外部拉伸，使得母材在變形過程中橫向擴張，焊管成型后便會出現(xiàn)邊緣外翻的問題?；蛘呤且驗殂娺叢痪鶆蛞约颁摪邂g邊形狀不合理，使得焊管成型過程中成型縫外緊內(nèi)松，出現(xiàn)噘嘴缺陷。另外，選擇成型輥不合適，造成排輥間隙過大，帶鋼變形不完全而產(chǎn)生噘嘴缺陷。

3.4 裂紋

裂紋主要表現(xiàn)在焊縫以及熱影響區(qū)內(nèi)部或者表面，對鋼管耐腐蝕性影響較大，是導(dǎo)致焊管使用壽命縮短的重要原因。造成裂紋缺陷產(chǎn)生的主要原因是應(yīng)力影響，因為螺旋焊管在成型區(qū)內(nèi)焊作業(yè)，受到應(yīng)力影響鋼管會在焊接過程中產(chǎn)生變形，然后受遞送力影響最終形成裂紋。并且，在鋼管成型過程中，一般需要將內(nèi)焊焊槍固定在輥臂上，同時其余輥位置必須要保證焊槍可以順利放入，這樣就會造成成型輥無法達到遞送線邊緣位置，帶鋼邊緣位置遞送變形力缺失，使得成型縫兩側(cè)鋼板變形曲率產(chǎn)生差異最終形成裂縫。另外，如果焊管焊接作業(yè)速度過快，以及成型角度比較小時，會加大鋼管成型的難度，經(jīng)常會因為鋼管成型不足殘余應(yīng)力過大產(chǎn)生裂紋。

4 螺旋焊管成型控制要點

4.1 成型工藝參數(shù)控制

為減少各類成型缺陷的產(chǎn)生，需要對生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化，保證各項參數(shù)設(shè)定的合理性。基于帶鋼生產(chǎn)寬度范圍要求，對于大管徑鋼管的生產(chǎn)應(yīng)選擇應(yīng)用較大成型角度，相對應(yīng)小管徑鋼管則可以選擇應(yīng)用較小成型角度。就我國螺旋焊管成型生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，大部分機組成型角度選定為40°～76°之間，綜合經(jīng)濟性與效率性元素分析，最佳應(yīng)控制在40°～66°范圍內(nèi)?？偨Y(jié)以往生產(chǎn)經(jīng)驗分析，一般直徑小于914mm的鋼管成型角度最佳應(yīng)在45°～48°左右；直徑大于914mm的鋼管成型角度則應(yīng)控制在52°～56°左右。對各類規(guī)格的鋼管進行調(diào)型時，可選擇應(yīng)用成型樣筒調(diào)整，提高外控輥、側(cè)壓輥以及內(nèi)壓輥位置的精確性。為避免工藝參數(shù)與設(shè)計差異過大，需要在整個成型過程中對各項數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，并通過對成型器的調(diào)整來保證成型輥輥面受力的均勻性。

4.2 成型輥與焊墊輥控制

對成型側(cè)壓輥以及內(nèi)壓輥進行合理布置，保證三個輥始終保持在一條螺旋線上，將原來的一整條燕尾板更改為一條固定一條活動的組合形式，以此來保證鋼板邊緣有成型輥來維持帶鋼邊緣的充分變形。同時，通過科學(xué)設(shè)置來保證成型器成型輥可以承受成型壓力，并搭配較小直徑軸承輥，提高輥子排列密度，爭取最大程度上來減少成型變形盲區(qū)。

4.3 帶鋼板質(zhì)量控制

為避免成型缺陷對焊管質(zhì)量的影響，在選擇帶鋼板材料時，要盡量減少選擇帶鋼的“月牙彎”，并加強對帶鋼對頭質(zhì)量的驗收，搭配科學(xué)合理的焊接參數(shù)，最大程度上來降低焊縫余高。還應(yīng)盡量利用銑邊機來取代圓盤剪生產(chǎn)，尤其是大壁厚鋼管成型時，可以銑出鈍邊與坡口，來保證螺旋焊管焊接質(zhì)量，對焊管成型合縫質(zhì)量進行控制。另外，為避免帶鋼跑造成坡口與鈍邊處理不佳，而產(chǎn)生變化影響產(chǎn)品成型穩(wěn)定性，需要將成型導(dǎo)板機構(gòu)設(shè)置在銑邊機前后位置，與邊立輥相互配合，能夠避免帶鋼板的攢動，同時還可以解決側(cè)立輥對鋼板上下波動產(chǎn)生的缺陷問題。

4.4 預(yù)彎裝置應(yīng)用

通過預(yù)彎裝置的應(yīng)用，能夠?qū)β菪腹艹尚袜僮烊毕葸M行有效預(yù)防。傳統(tǒng)二輥預(yù)彎裝置實際應(yīng)用效果比較差，現(xiàn)在多選擇應(yīng)用三輥彎板，在原有上下兩輥基礎(chǔ)上增設(shè)了側(cè)向輥。就裝置結(jié)構(gòu)特點分析，上輥外形多為錐形，下輥為普通圓柱形，可根據(jù)鋼帶厚度以及預(yù)彎寬度來進行靈活調(diào)整。側(cè)向輥為鼓形，且可根據(jù)工藝要求對其高度橫向進行調(diào)節(jié)，可以滿足不同規(guī)格鋼管成型生產(chǎn)工藝需求，具有良好的預(yù)彎效果。

5 結(jié)語

螺旋焊管成型過程中因為各因素干擾產(chǎn)生缺陷的概率比較大，為提高產(chǎn)品成型質(zhì)量，達到專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，必須要對整個成型過程進行控制，保證各道工序以及每項參數(shù)的科學(xué)性，做好成型器的選擇與配置，從根源上消除各類隱患，提高產(chǎn)品生產(chǎn)綜合效益。

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[2]李福金．螺旋焊管關(guān)鍵成型工藝參數(shù)仿真研究[D]．燕山大學(xué),2015．

[3]馬利芳．螺旋焊管成型縫“桃形尖”缺欠的控制[J]．鋼管,2008,(05):44-50．

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1671-0711（2017）08（下）-0131-02