螺旋埋弧焊管成型若干技术问题的探讨

结合螺旋埋弧焊管成型技术的发展变化和生产实际,从工艺角度对成型稳定性和成型器设计提出了看法和建议。分析了常见成型缺陷产生的原因,指出了螺旋埋弧焊管成型技术中调整、维护时应注意的问题。

1成型方式的分类

螺旋埋弧焊管成型方式的分类方法很多,按钢管卷曲方向可分为下卷和上卷成型;按成型器控制方式可分为外控式、内支撑式和自由式成型;按出管旋转方向可分为左旋和右旋;按调整成型前后部设备来调整成型角的方式可分为前摆式和后摆式;按递送线定位方式可分为以一侧边缘定位和以钢带中心定位等。

2外控式、内支撑式成型器

2.1对外控式、内支撑式成型方式的探讨

按成型器控制方式分类的三种成型器如图1所示。自由式成型器既没有外控辊,也没有内支撑辊,只是三辊弯板,成型稳定性差,很少采用。内支撑式成型要求钢带必须达到充分的塑性变形,使管坯直径等于或稍小于规定直径,因此,钢管残余应力小,曾一度被人们所看好。在过去相当长的一段时间里,人们普遍认为外控式成型常使成型塑性变形不足,弹复量大,因而残余应力大。但是随着产品技术标准的提高以及人们不断总结经验,现在外控式成型也可以对残余应力(弹复量)进行有效地控制,有时还会出现负弹复量。过去还有一种错误认识,认为外控式不具备将管径小的钢管自然地调整到增大管径的能力。实践证明,外控式成型不但管径较稳定,而且调整也比较自如。还有人认为内支撑式成型时,由于对钢带月牙弯不敏感,螺距相对不变化,因而内焊点固定不变,所以不需自动跟踪也能保证不焊偏。笔者认为,这两种成型方式,对月牙弯的敏感程度是相同的,只是因为过去人们在调外控式成型时,往往采用的变形不足,因而导致管坯与1#、2#、3#辊之间接触不是很实,才有月牙弯引起螺距变化大的现象。现在我们在调型时,使1#、2#、3#辊与管坯之间接触比较实,可以基本达到充分塑性变形,再加上将立辊尽量靠近成型入口处,钢管成型时对钢带月牙弯也不是很敏感,基本与内支撑成型的效果相同。根据近几年来内支撑成型机组使用的情况来看,笔者认为该成型方式并不是很理想,主要存在小错边,管径变化大,还伴随着莫明其妙的开缝等问题,如果外控式成型的缺点———残余应力问题能得到有效解决,外控式成型还是要优于内支撑式成型。

2.2对外控式成型器结构合理性的探讨

结构合理的外控式成型器应具备下列条件:

(1)成型器应具有足够的刚度。

(2)各排辊子受力的作用线尽量通过钢管圆心,以保证成型的稳定性。

(3)1#辊与钢管中心铅垂面的距离应小于3#辊与钢管中心铅垂面的距离;1#辊辊形要合理,采用锥弧形,以减少辊痕。

(4)每排辊的小辊辊距应尽量小,以便减轻管体表面的波浪形压痕。

(5)各排辊子的长度应在理论长度的基础上再加长200 mm左右,使其伸出咬合点,但不宜过长,过长影响微调。

(6)焊垫辊宜偏向1#辊一侧,并可沿钢管轴向和径向调整。

(7)钢管下表面标高应与钢带递送标高相同。

(8)预弯边以后的立辊应有一定的锥度,保证不挤伤钢带下边沿。

(9)各排辊的小辊都应有沿钢管径向微量调整的机构。

3成型调整及维护中应注意的问题

3.1成型调整

(1)准备工作调型前要将所有设备安装到位,尺寸应准确无误,包括前桥角度;圆盘剪剪切宽度或铣边宽度;滑动底座位置;1#和3#辊间距、倾角、小辊角度(各排)等。若是新机组,在安装时各台设备均需要对中,拆卷机、矫直机、递送机、圆盘剪还应垂直于递送线,确保精度符合要求。

(2)测圆用样筒测圆是调型的关键,一般要求样筒要尽量长一些,直径以负公差为宜,通常要求直径为D0-0.5。测圆时先抬起机架,退开4#～7#辊,用1#、3#辊托住样筒,确保样筒中心及标高准确无误。有些厂家对测圆非常重视,每次测圆都用水平仪校正,他们的扶正器距咬合点比较近,而且样筒比较长,测圆时,先将后桥对中,样筒一头放在成型器里,一头放在扶正器上,样筒对中时测两个点,这样做测圆会更精确。样筒要与1#、3#辊接触良好,如果有些成型小辊没接触上样筒,则应适当加垫,保证接触良好,以便将来生产时,辊痕比较轻,管体表面平整度较好。待样筒中心及标高找好后,再逐排靠4#～7#辊,原则是轻轻接触样筒,不能过紧。如有些小辊子未接触时也应加垫,确保每一个辊子都接触良好。

(3)送料调型送料调型时首先调整好钢带递送线位置。递送线是螺旋焊管的生命线,递送线不正确,就意味着实际成型角不对。还要注意调好递送机压力,调整原则是不打滑、无波浪。有的厂家机组递送机上、下辊各有一个减速机,下辊减速机在左侧,固定在底座上,上辊减速机在右侧悬挂着,所以要求在调整两侧压力时应考虑这一因素,如果压力调不好,会致使钢带跑偏。

(4)2#辊的调整带钢头部进入成型器后,要调整好2#辊的压下量,使管头直径基本上准确,并尽量不搭边或少搭边。因为一旦搭边,后面的钢管就必然会开裂,这样调型废品就多。

(5)焊垫辊的调整调好焊垫辊位置及高度至关重要。一般情况下焊垫辊应偏向1#辊方向,焊垫辊中心与钢管中心距离应为10～18 mm。但这也要根据具体情况而定,如果偏心距大,则产生下错边,偏心距小则产生上错边。

(6)检查调型参数待成型充满套后,要复查调型参数。在测圆时,成型辊基本不受力,而进料以后,成型辊必然受力,成型参数很有可能发生变化,有必要对各种数据进行检查,如发现数据不准应及时恢复到测圆数据。

(7)扶正器调整切割管头后要调好扶正器。要检查扶正器下辊标高,使钢管中心对准后桥中心,再依次调好后桥上的旋转辊,使钢管平直前进。

3.2成型器维护

维护与调型同等重要,主要靠加强责任心来保证。要求成型操作工人勤查数据,包括递送线位置、机架数据、辊子角度及损坏情况、后桥上旋转辊角度及接触状况等。发现问题及时纠正,尽快解决。

4常见成型缺陷原因分析

4.1管径超差的主要原因

(1)工作宽度或成型角度变不合适。

(2)成型过程中的阻力是决定管径大小的主要因素。在工作宽度与成型角确定之后,成型过程中的阻力大与小,将起主导作用。实践经验表明:阻力与管径成正比,即阻力大时管径增大,阻力小时则管径变小。在成型过程中,当钢管弹复量的平均值为0时,如果再压2#辊或顶焊垫辊,都会增大阻力,则管径增大;反之管径变小。

(3)上卷成型时,钢管走上坡管径小,走下坡管径大。

(4)预弯量增大,管径也随之增大;反之,管径变小。

(5)连续上错边管径增大;连续下错边管径变小。

4.2错边的主要原因

(1)咬合紧。如原料跑偏,使钢带在成型器入口时角度增大,后桥角度偏大促使咬合紧。

(2)焊垫辊位置不当。焊垫辊一般都偏向1#辊,偏心量很关键。实践证明,偏心距过小或不偏心则产生上错边,偏心距大则产生下错边。

(3)工作宽度不均匀或定位立辊磨损不均造成钢带侧面呈凹凸状。

(4)钢带边沿有波浪。

(5)预弯辊孔形不合适或预弯变形量不当。

4.3“缝松”的主要原因

(1)工作宽度不均匀造成成型缝时松时紧。

(2)焊垫辊高度不够造成成型缝里紧外松。

(3)钢带两侧没有坡口或上宽下窄造成成型缝里紧外松。

(4)立辊形状不合适,挤伤钢带下边缘,造成成型缝里紧外松。

(5)变形严重不足时会开缝。

4.4“噘嘴”的主要原因

(1)1#、2#、3#辊各排辊子小辊轴向间距太大,使自由边悬空,变形不充分。

(2)有些机组钢带经过圆盘剪剪切后,两侧边沿向下翘曲。

(3)成型角度小容易产生“噘嘴”。

5对成型稳定性的思考

5.1变形量与错边的统一

以前人们普遍认为外控式成型器在调型时要适当降低1#辊,理由是如果不降1#辊,咬合会太早。有些机组本身钢管下表面标高低于钢带递送标高,这样咬合会更早,咬合线太长,因而不易控制错边,故在每次调型时都要降一点1#辊,但1#辊下降后则变形量就不足,钢管弹复量太大,影响钢管使用寿命。如何解决弹复量与错边之间的矛盾,一直是我们研究的课题。在这次为西气东输生产<1 016 mm×14.6 mm和<1 016 mm×17.5mm钢管的过程中,经多次试验,找到了有效的解决办法,即将焊垫辊从原来的钢管中心线移至偏向1#辊方向约15 mm,并对8#辊进行了改造,从而达到了不降1#辊也不产生错边的目的,保证了弹复量不超标,有时还是负弹复。

5.2变形量与稳定性

由于过去产品标准规定不严,调型时不太注意弹复量,加之我们的认识水平所限,总以为外控式成型不宜采用足够的塑性变形,理由是达到足够的塑性变形程度后,外控辊就失去了作用,因而在调型时不是降1#辊就是2#辊压下不足,这样就导致钢管弹复量大,螺距变化频繁。由于变形不足,严重时还会出现多边形管或合缝不紧。所以,只有达到足够的塑性变形时成型才比较稳定。

5.3径厚比与稳定性

钢管公称外径与钢管公称壁厚的比值(D/δ)大小对成型稳定性有一定的影响。一般来说,D/δ值小稳定性较好,但太小则成型辊受力太大,D/δ值过大则成型稳定性不好。外控式成型器,如果只有6排或7排成型辊,对低于X60钢级的材质,D/δ值最佳范围为40～80;X60钢级以上,D/δ值为50～100,当然D/δ值再大一些也可以生产,但最好要增加外控辊的排数才能满足要求。