徐正斌

摘要：小口徑螺旋焊管存在焊接口內(nèi)防腐蝕問(wèn)題及鋼管接口承插問(wèn)題，為解決此問(wèn)題，需要將小口徑螺旋焊管的管端做微擴(kuò)口處理，在微擴(kuò)口時(shí)焊管管端會(huì)出現(xiàn)冷作硬化現(xiàn)象，同時(shí)擴(kuò)口率數(shù)值和壁厚尺寸變化會(huì)影響鋼管的使用，本文通過(guò)對(duì)小口徑螺旋焊管在微擴(kuò)口工藝過(guò)程中擴(kuò)口率和壁厚變化進(jìn)行分析研究，通過(guò)摸索對(duì)比得到相關(guān)數(shù)據(jù)，為指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：旋焊管微擴(kuò)口擴(kuò)徑率

引言

螺旋焊接鋼管在運(yùn)送水、蒸汽、天然氣、石油和化學(xué)液體等方面有很重要的作用。在輸送水時(shí)，除了可使用無(wú)縫鋼管外，還可以用不銹鋼焊管及承插式鋼管，這種鋼管安裝簡(jiǎn)單方便，因此受到廣大用戶的喜歡。另外這種焊管還需要進(jìn)行管端擴(kuò)口，而小口徑焊管在進(jìn)行冷擴(kuò)口后會(huì)產(chǎn)生冷作硬化現(xiàn)象，從而改變焊管的力學(xué)性能。力學(xué)性能改變后，對(duì)焊管進(jìn)行進(jìn)一步的分析，分析結(jié)果滿足使用要求的焊管才可以繼續(xù)使用。為了能夠滿足安裝要求，此類(lèi)焊管擴(kuò)徑率不能執(zhí)行《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》標(biāo)準(zhǔn)中0.3%-1.5%的定徑率，而是要選擇很小的擴(kuò)徑率。對(duì)于承插式鋼管，國(guó)內(nèi)沒(méi)有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此為了保證承插鋼管的使用功能，必須選擇合適的擴(kuò)徑率。

1焊管的冷作硬化現(xiàn)象

焊管的擴(kuò)徑是在擴(kuò)徑力的作用下，焊管兩端通過(guò)微擴(kuò)口而成型的。選取材料為Q235B的螺旋焊管進(jìn)行力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，首先從擴(kuò)徑后的母管上截取試樣，然后進(jìn)行拉仲實(shí)驗(yàn)，測(cè)量屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率等力學(xué)性能參數(shù)，擴(kuò)徑后焊管的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率都發(fā)生了變化，端口擴(kuò)徑后強(qiáng)度增大，比如屈服強(qiáng)度值接近于抗力強(qiáng)度值，部分抗拉強(qiáng)度值超過(guò)材料正常的標(biāo)準(zhǔn)范圍，而材料的延伸率降低，管端微擴(kuò)口斷裂后延伸率均大于15%。

金屬在發(fā)生塑性變形時(shí)，由于變形是不均勻的，金屬中留存著大約10%-15%的外加能量，這部分能量是以彈性勢(shì)能的形式存在的。焊管進(jìn)行微擴(kuò)口時(shí)，主要的變形內(nèi)應(yīng)力為晶格畸變內(nèi)應(yīng)力，它會(huì)使焊管產(chǎn)生形變和開(kāi)裂，因此對(duì)焊管微擴(kuò)口來(lái)說(shuō)是有害的，晶格畸變內(nèi)應(yīng)力還會(huì)降低焊管的腐蝕性能和抗負(fù)荷能力。為了避免這種內(nèi)應(yīng)力對(duì)焊管性能的影響，必須采取必要措施抵消該內(nèi)應(yīng)力。另外焊管的防腐蝕形式一般采用涂塑工藝，可參照CJ/T 120-2008標(biāo)準(zhǔn)，該工藝是將焊管作為基管，涂層材料采用不同配方的高分了防腐粉末，如在基管外表面熔融涂敷一層聚乙烯材料，內(nèi)表面熔融涂敷環(huán)氧粉末材料，這種工藝主要作用是防腐，其特點(diǎn)如下：

（1）微擴(kuò)口焊管必須進(jìn)行完全鋼砂噴丸處理。為了提高微擴(kuò)口焊管疲勞強(qiáng)度，對(duì)其內(nèi)外表面進(jìn)行完全鋼砂噴丸處理，在金屬表面層產(chǎn)生壓應(yīng)力圈。

（2）微擴(kuò)口焊管?chē)娡杼幚砗?，為保證所涂材料在焊管表面上迅速熔化，加熱溫度必須保證達(dá)到250 ℃左右，并且要求焊管旋轉(zhuǎn)使涂層材料均勻地涂敷在焊管的內(nèi)外表面上。這種通過(guò)升溫使組織、結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化的現(xiàn)象稱(chēng)為回復(fù)，如圖1所示。金屬在加熱升溫過(guò)程中，金屬原了活動(dòng)能力逐漸增強(qiáng)，從而使動(dòng)能增加，金屬位錯(cuò)和空位發(fā)生移動(dòng)，使原來(lái)變形晶粒中無(wú)規(guī)則的位錯(cuò)逐漸集中并恢復(fù)到有序狀態(tài)，金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨于完整。在回復(fù)的溫度區(qū)問(wèn)內(nèi)，延伸率有所提高，內(nèi)應(yīng)力基本消除，機(jī)械性能與強(qiáng)化后的性能一致。

2微擴(kuò)口變形率的確定

微擴(kuò)口焊管的變形，主要是受到外力作用的結(jié)果，其形變過(guò)程可以分為三個(gè)階段：第一階段為彈性形變階段;第二階段為彈性一塑性形變階段;第三階段為斷裂階段。焊管的微擴(kuò)口過(guò)程要經(jīng)歷塑性形變階段，該階段如果變形量太大，焊縫以致母材將產(chǎn)生開(kāi)裂，因此必須控制變形率，《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的定徑率為0.3%-1.5%不能滿足承插鋼管安裝要求，根據(jù)實(shí)際擴(kuò)徑數(shù)據(jù)，比較合適的擴(kuò)口變形率是2.5%-4.5%，在該變形范圍內(nèi)，焊管擴(kuò)口后能滿足力學(xué)性能和尺寸安裝要求。另外，還需要注意，必須通過(guò)X射線檢測(cè)完全合格的焊管才能進(jìn)行微擴(kuò)口，這樣才能保證微擴(kuò)口后不會(huì)產(chǎn)生裂紋，保證焊管正常使用。

3螺旋焊管壁厚尺寸的確定

焊管經(jīng)過(guò)冷變形，圓周尺寸發(fā)生了變化，由于圓周方向長(zhǎng)度尺寸增加，必然使焊管壁厚尺寸發(fā)生變化，現(xiàn)場(chǎng)中通過(guò)測(cè)量焊管壁厚尺寸，發(fā)現(xiàn)母管壁厚尺寸減少0.22 mm左右，因此，在選用母管時(shí)，必須考慮母管壁厚的變化量，從而確保焊管的生產(chǎn)工藝和微擴(kuò)口后的使用性能。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于承插鋼管因其安裝方便和快捷，因此受到用戶的青睞。但由于承插鋼管還沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于承插鋼管的設(shè)計(jì)參數(shù)以及力學(xué)性能指標(biāo)沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定，因而造成小口徑螺旋焊管生產(chǎn)出現(xiàn)混亂，使用和推廣受到嚴(yán)重影響。本文通過(guò)對(duì)小口徑螺旋焊管在微擴(kuò)口工藝過(guò)程中擴(kuò)口率和壁厚變化進(jìn)行分析研究，通過(guò)摸索對(duì)比得到相關(guān)數(shù)據(jù)，并將研究結(jié)果應(yīng)用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際，從而確保螺旋焊管的性能和功能要求，為實(shí)際生產(chǎn)提供理論參考。

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