曹文軍， 王冬虎， 王新宇， 雷 浩

（寶雞石油輸送管有限公司， 陜西 寶雞 721008）

0 前 言

隨著螺旋焊管朝著大直徑、 厚壁、 高鋼級(jí)的方向發(fā)展， 鋼管成型難度也不斷增大。 前擺式螺旋焊管機(jī)組管坯成型過程質(zhì)量控制要優(yōu)于后擺式機(jī)組， 主要得益于機(jī)組的鋼帶遞送線中心定位方式對(duì)于鋼帶 “鐮刀彎” 的適應(yīng)性更強(qiáng)， 而采用邊緣定位方式的后擺式螺旋焊管機(jī)組不具備這些優(yōu)點(diǎn)， 尤其是大直徑鋼管生產(chǎn)中長期存在的成型器入口位置不穩(wěn)定帶來的管坯成型縫質(zhì)量問題。 本研究是在保留后擺式機(jī)組局部區(qū)段鋼帶邊緣定位方式不變的前提下， 對(duì)局部區(qū)段遞送線中心定位方式進(jìn)行改造， 從而提升機(jī)組成型能力。

1 后擺式螺旋焊管機(jī)組成型工藝

1.1 鋼帶邊緣定位工藝

螺旋焊管機(jī)組拆卷后， 鋼帶進(jìn)入成型器向左螺旋前進(jìn)卷成管坯， 這種旋轉(zhuǎn)出管的方式稱為左旋成型。 左旋成型時(shí)， 鋼帶左側(cè)邊緣先通過焊墊輥中心點(diǎn)， 等待鋼帶右邊緣旋轉(zhuǎn)一周后相互嚙合卷成管坯。 鋼帶左側(cè)邊緣始終通過成型器轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)中心的遞送線定位方式稱之為鋼帶邊緣定位， 通常后擺式螺旋焊管機(jī)組都是采用鋼帶邊緣定位方式。

圖1 所示是后擺式邊緣定位焊管機(jī)組。 換道時(shí)鋼帶工作寬度的增加和減少可以通過自由邊（鋼帶右側(cè)綠色線條） 上限位立輥的進(jìn)退數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。 通過設(shè)備安裝中心線（紅色線條） 對(duì)比可看出， 鋼帶自由邊距離設(shè)備右邊還有空間， 而鋼帶左邊灰色邊緣已接近設(shè)備邊緣極限。

圖1 后擺式邊緣定位焊管機(jī)組示意圖

為改進(jìn)鋼帶儲(chǔ)料工藝方式， 近10 年來出現(xiàn)了帶飛焊小車的焊管機(jī)組。 鋼帶對(duì)接工作中， 小車在坑道里可通過離合器隨鋼帶同步移動(dòng)， 小車上的矯平機(jī)、 遞送機(jī)等雖然可以靈活調(diào)整， 實(shí)現(xiàn)與鋼帶對(duì)中的功能， 但是部分設(shè)備如拉輥、 立輥、 拆卷機(jī)等仍是左側(cè)鋼帶遞送線邊緣定位。

任何形式的焊管機(jī)組成型工藝， 都要確保鋼帶進(jìn)入成型器之前保持其邊緣平直無波浪且與遞送線吻合。 即使其他工序上的遞送位置略微跑偏， 也要保證該段位置的相對(duì)準(zhǔn)確， 確保成型入口處鋼帶位于機(jī)組遞送線位置。 但事實(shí)上， 后擺機(jī)組銑邊機(jī)前后區(qū)段的鋼帶右側(cè)單邊“波浪” 頻繁出現(xiàn)。 可以通過利用活套儲(chǔ)料坑和增加機(jī)組距離的方式， 降低鋼帶 “鐮刀彎”對(duì)成型工藝的影響。

1.2 鋼帶邊緣定位工藝存在的問題

1.2.1 對(duì)大直徑鋼管適應(yīng)性差

大直徑鋼管一般具有較大成型角和壁厚， 而后擺機(jī)組距離較長， 對(duì)于較小成型角生產(chǎn)工藝，單位鋼管長度上“鐮刀彎” 長度較短， 使成型器內(nèi)荒管的自由邊加工余量減少， 成型縫問題就較少； 而對(duì)于較大成型角的生產(chǎn)工藝， 單位鋼管長度上的“鐮刀彎” 長度較長， 使得成型器內(nèi)荒管的自由邊加工余量增加， 且大成型角成型縫松緊程度相對(duì)入口位置變化較敏感。 另外， 較薄鋼帶“鐮刀彎” 造成一側(cè)“波浪”， 但大壁厚鋼帶彎度會(huì)直接造成遞送線位置偏離， 因此較大規(guī)格鋼管的成型縫穩(wěn)定性會(huì)大大降低， 此時(shí)遞送線控制難度加大， 鋼帶邊緣定位工藝的缺點(diǎn)就會(huì)突顯出來。

1.2.2 對(duì)有彎度的鋼帶適應(yīng)性差

受鋼廠原料限制， 一半數(shù)量的鋼帶板型為不理想狀態(tài)， 即存在鋼帶 “鐮刀彎”。 GB/T 709—2019 要求， 鋼帶不銑邊時(shí)每5 000 mm 長度范圍允許出現(xiàn)弦高≤20 mm 側(cè)向彎度， 尤其是鋼帶頭尾部7～8 m 長度存在嚴(yán)重的 “鐮刀彎”， 這種現(xiàn)象稱為鋼帶側(cè)向彎度， 分為左彎和右彎兩種：

（1） 為適應(yīng)較大寬度鋼帶換道生產(chǎn)需求，各崗位的限位立輥和設(shè)備右側(cè)設(shè)計(jì)留出較大空間， 位置向右偏移時(shí)不會(huì)碰到設(shè)備右側(cè)機(jī)架。 鋼帶左側(cè) “波浪” 實(shí)質(zhì)是 “向右鐮刀彎”， 要想解決這一問題， 可以通過拆卷機(jī)向右大幅橫移把鋼卷臨時(shí)向機(jī)組右側(cè)移位， 消除鋼帶左側(cè)“波浪”，同時(shí)以減輕對(duì)左側(cè)粗銑刀盤的銑削壓力， 確保銑邊機(jī)至成型器入口這一局部區(qū)段的鋼帶遞送線位置平直， 滿足成型工藝需求。 這是后擺機(jī)組拆卷矯平機(jī)處鋼帶大量偏右運(yùn)行卻沒有影響到成型穩(wěn)定的原因。

（2） 鋼帶右側(cè) “波浪” 我們定義為 “向左鐮刀彎”， 要想解決這一問題， 按照與第一種情況相反的操作原理， 通過拆卷機(jī)向左大幅橫移把鋼卷向機(jī)組左側(cè)移位， 消除鋼帶右側(cè)“波浪”。 但是在長距離機(jī)組上， 左側(cè)定位立輥后退空間較小，同時(shí)拆卷機(jī)向左大幅移動(dòng)功能受阻， 機(jī)組鋼帶右側(cè)“波浪” 始終沒有得到解決。 從活套坑入口處到粗銑邊機(jī)， 會(huì)出現(xiàn)鋼帶偏離遞送線的現(xiàn)象， 且鋼帶右側(cè)的粗銑刀盤銑削量很大， 最終使成型器入口位置持續(xù)向左發(fā)展， 成型器入口處的11#左立輥長期受力過大造成鋼帶鈍邊擠厚， 限位作用失效， 當(dāng)成型縫后橋微調(diào)角度彌補(bǔ)能力不足時(shí)，就會(huì)造成管坯開縫。

1.3 生產(chǎn)實(shí)例

（1） 實(shí)例1： 最早的后擺式機(jī)組的老式儲(chǔ)料坑深度有15 m， 正常生產(chǎn)中鋼帶對(duì)頭時(shí)， 應(yīng)儲(chǔ)滿80%的儲(chǔ)料量， 懸掛在儲(chǔ)料坑出口大滾筒上鋼帶遞送線位置不一定準(zhǔn)確， 同時(shí)存在跑偏趨勢持續(xù)惡化的問題， 導(dǎo)致右側(cè)立輥 （圖1 中5#立輥） 頻繁損壞。 為此， 對(duì)后擺式機(jī)組成型工藝進(jìn)行了優(yōu)化， 要求任何時(shí)候后擺式焊管機(jī)組活套坑內(nèi)不允許儲(chǔ)料。

（2） 實(shí)例2： 小直徑焊管生產(chǎn)常常要使用縱剪鋼帶， 鋼卷縱剪一分為二后形成了一左一右對(duì)應(yīng)的單、 雙數(shù)字驗(yàn)號(hào)的兩個(gè)鋼卷， 這種鋼帶存在“鐮刀彎” 特征， 尤其是單號(hào)鋼卷的成型器入口位置大量偏左， 造成管坯成型能力和質(zhì)量急劇下降。一般生產(chǎn)車間采取的措施都是采用單號(hào)鋼卷集中單獨(dú)投用和臨時(shí)調(diào)整成型角的方式保證生產(chǎn)質(zhì)量。

2 前擺式螺旋焊管機(jī)組

2.1 鋼帶中心定位機(jī)組基本情況

前擺式中心定位焊管機(jī)組如圖2 所示， 起初為實(shí)現(xiàn)撬裝化而設(shè)計(jì)的前擺式機(jī)組前后橋都在地面以上安裝， 前后橋長度各約25 m， 成型器底座為上下兩層設(shè)計(jì)， 且上層具備可調(diào)功能， 機(jī)組前橋所有設(shè)備包括限位立輥按照中心對(duì)稱布局， 紅色中心線是鋼帶（遞送） 中心線， 同時(shí)也是機(jī)組中心線； 兩側(cè)所有限位立輥和銑邊機(jī)位置按照中心線對(duì)稱安裝， 根據(jù)鋼帶寬度可向兩側(cè)前進(jìn)或后退。 其他動(dòng)力和工藝設(shè)備底座位置不需要移位。

圖2 前擺式中心定位焊管機(jī)組示意圖

2.2 鋼帶中心定位機(jī)組的優(yōu)勢

為預(yù)防較大壁厚焊管生產(chǎn)中鋼帶遞送線容易出現(xiàn)成型器入口處不穩(wěn)定的問題， 通過微調(diào)和預(yù)設(shè)成型輥角度可以使成型器內(nèi)荒管具備一定向右的后坐力， 但缺點(diǎn)是自由邊坡口鈍邊擠厚加劇。實(shí)際上鋼帶彎度向左偏移是難以有效控制的， 所以解決成型器入口位置遞送線不穩(wěn)定問題還得從整個(gè)機(jī)組的成型系統(tǒng)對(duì)遞送線位置進(jìn)行優(yōu)化。

某前擺式焊管機(jī)組具備2 000 mm 板寬生產(chǎn)能力， 按國內(nèi)各鋼廠實(shí)際鋼帶軋制能力提供的最大鋼帶1 750 mm 寬度考慮， 在機(jī)組投用生產(chǎn)時(shí)， 左右限位立輥各有125 mm 退開余量， 當(dāng)有彎度的鋼帶出現(xiàn)時(shí)， 可以參考銑邊機(jī)前立輥受力和數(shù)據(jù)變化情況得出鋼帶彎度趨勢， 進(jìn)而對(duì)拆卷橫移方向作相應(yīng)操作， 人為釋放由彎度造成的波浪， 但不會(huì)完全將波浪消除。 如在鋼帶對(duì)接焊縫前后的送料位置上， 不能僅參考銑邊機(jī)前立輥受力和銑削量情況。 最終目的也是確保銑邊機(jī)至成型器入口這一段的遞送線相對(duì)準(zhǔn)確。 因此， 鋼帶中心定位方式最重要的優(yōu)勢是具備了鋼帶位置左右靈活調(diào)整的功能， 對(duì)有彎度鋼帶的適應(yīng)性更強(qiáng)。

3 基于后擺式機(jī)組的鋼帶中心定位工藝

后擺式機(jī)組可以分為兩段 （見圖1）， 成型器到銑邊機(jī)6#立輥這一段繼續(xù)保持原有的邊緣定位方式不變。 重點(diǎn)是把活套坑出口的5#立輥至拆卷機(jī)這一區(qū)段的所有設(shè)備和立輥的設(shè)備基礎(chǔ)全部發(fā)生改變， 按照最大板寬定位設(shè)計(jì)成設(shè)備中心安裝調(diào)整布局， 留出較大的設(shè)備寬度余量。 每次換道前， 與中心定位機(jī)組的換道工藝一樣， 計(jì)算出設(shè)備和立輥對(duì)中進(jìn)退量， 以此指導(dǎo)換道工作。 此方法可有效消除原有邊緣定位的 “一邊墻效應(yīng)”， 達(dá)到了采用中心定位方式改造和提升后擺式機(jī)組成型系統(tǒng)工藝能力的目的。

4 結(jié) 論

（1） 后擺式螺旋埋弧焊管機(jī)組， 銑邊機(jī)前立輥至拆卷機(jī)區(qū)段內(nèi)鋼帶遞送線不完全是中心定位方式， 降低了成型系統(tǒng)的工藝能力。

（2） 前擺式螺旋埋弧焊管機(jī)組的遞送線中心定位方式， 能夠?qū)︿搸У倪f送位置進(jìn)行左右調(diào)整和糾偏， 采用此定位方式對(duì)后擺式機(jī)組的區(qū)段性鋼帶遞送方式進(jìn)行改進(jìn)， 有效提升了焊管機(jī)組成型工藝能力。