透过弹复样看螺旋不锈钢焊管成形质量

主要阐述了螺旋埋弧不锈钢焊管生产过程中弹复样的不同变化以及与螺旋成形质量的对应关系。提出了根据弹复样的不同变化来调整成形参数、达到成形稳定、改善成形质量的相应思路,并从生产工艺的实际出发提出了预防弹复样异变、保证成形稳定和不锈钢焊管正常生产的具体措施。

1概述

众所周知,金属变形分为弹性变形和塑性变形。螺旋不锈钢焊管的成形过程,实质上就是钢带弹-塑性变形的过程。由于受螺旋成形工艺特点、工艺参数准确性、操作不当和成形稳定性扰动因素的影响,螺旋不锈钢焊管的成形质量常常严重影响或制约生产产量和不锈钢焊管产品质量。

螺旋埋弧不锈钢焊管的生产工艺特点决定了螺旋成形和埋弧焊接的关系密不可分,并且在很大程度上螺旋成形的质量决定埋弧焊接的质量。焊缝中(特别是内焊缝)产生的气孔、夹渣、铁豆等缺陷主要是螺旋成形合缝状态不当造成的;焊缝的烧穿、漏弧、凹坑等缺陷多半是由于成形缝过松或松紧变化、不稳定引起的;内焊缝热裂纹几乎是成形原因引起的;成形错边、噘嘴、管径超差等工艺缺陷,也是成形质量不好或控制不好的结果。因此,良好的成形质量及其控制是螺旋埋弧不锈钢焊管产量和质量稳定、提高的基础和保证。

螺旋埋弧不锈钢焊管的成形不稳定现象多半出现在换道、调形之后,一般是管径偏大或超差,管径偏小或超差,管径忽小、忽大或超差,错边,成形缝过松、过紧或松紧交替变化等等。遇到成形不稳定现象,操作人员或成形工艺技术人员会根据不同的情况做分析并采取对应的处理措施,但由于影响因素较多且相互关联、互相影响,如果分析不清、不准或颠倒了主次关系,可能会使采取的处理措施不当,造成效果不明显甚至无效果。因此,客观、辩证、准确地分析成形不稳定的因素,采取适宜、得当的处理措施,是克服、纠正成形不稳定(亚稳定状态)现象的关键。

2关于管坯弹复样

通过管径偏大、偏小或超差,错边,成形缝过松、过紧或松紧交替变化以及焊缝的烧穿、漏弧、凹坑、热裂纹等表象,分析成形不稳定的因素最为直接和简便,而当大家对成形不稳定的分析原因或要采取的处理措施不能达成共识时,用管坯弹复样进行原因分析或验证就显得十分必要。

2.1管坯弹复样的截取

管坯弹复样就是从已螺旋成形(或焊接)的管段上截取的一定长度的管环,如图1所示。为了客观、准确地反映钢带的弹-塑性变形状态,截取的管环应宽度一致并垂直于钢管轴线,在切割开之前不要使它遭受外力或变形。管坯弹复样(管环)的截取长度一般没有具体规定(少数管线技术规范例外)。但笔者认为:用作成形质量分析或验证的管坯弹复样(管环)的截取长度不宜过长或过短,只要满足客观、准确的管坯弹-塑性变形状态且不易因遭受外力而变形这两个条件即可。建议管坯弹复样(管环)的截取长度约为管径的0.5倍即可。

2.2管坯弹复样的观察与测量

管坯弹复样应按图2所示位置切割开,该位置便于观察、分析递送边和自由边的成形弯曲变形差异。如果成形质量不好,管坯弹复样切割开以后,切割缝处势必会产生三种错位:周向错位(张口或重叠)、径向(上下)错位、轴向(前后)错位。理想的成形质量其管坯弹复样切割开以后,基本无径向错位和轴向错位,周向的错位也很小(少量的张口或重叠)。

2.2.1周向错位

如果成形时过变形,管坯弹复样切割开后的周向错位为重叠状态(即相互参合),重叠量越大,说明成形弯曲变形过量;反之则相反。如果成形时弯曲变形不足,管坯弹复样切割开后的周向错位为分离状态(即张口),张口开度越大,说明成形弯曲变形越不足,管体残余应力过大;反之则相反。理想的周向错位形态是管坯弹复样切割开后,割缝的两边相互平行,这说明递送边和自由边的成形弯曲变形程度一致。而实际上管体存有残余应力及弯曲变形不均匀性,多数的管坯弹复样切割开后三种错位几乎都不同程度地存在。因而,周向错位形态多数是管坯弹复样切割开后,割缝的两边并不相互平行(即成一定夹角)。这时,周向错位应从割缝长度的二分之一处测量。

2.2.2径向错位

若管坯弹复样切割开后出现径向错位,说明递送边和自由边的成形变形存在差异,成形参数调整不当、钢带月形弯、同宽度处的板厚差异等均会引起变形差异或变化。如果递送边一侧上弹,自由边一侧收缩,说明钢带在通过成型辊时,递送边一侧变形不足,而自由边一侧过变形;反之则相反。这种径向错位程度越大,就说明递送边和自由边的成形变形差异越大。出现径向错位(割开后)的管坯弹复样都伴随着轴向错位的存在。

2.2.3轴向错位

管坯弹复样切割开后出现轴向错位,其根本原因还是递送边和自由边的成形弯曲变形存在差异。也就是说递送边和自由边的变形差异会表现为径向错位和轴向错位,即径向错位和轴向错位是相互关联的。如果径向错位表现为递送边一侧上弹,自由边一侧收缩,那么轴向错位会表现为递送边一侧向前伸展,自由边一侧向后收缩。如果径向错位表现相反,则轴向错位表现也会相反。

3管坯弹复样不同错位的原因分析及处理

如上所述,错位的形成与钢带的月形弯及厚度等材料因素也有一定的关系,但材料因素的存在是偶然的,因此不作为本文分析的内容。众所周知,螺旋不锈钢焊管成型器有几种形式,但归根结底不外乎外包式和内撑式两种。外包式螺旋成形是通过成型器外框架各个辊对钢带的力的作用使钢带产生弹-塑性变形的成形方式,而内撑式螺旋成形是通过成型器2#梁辊对钢带的力的作用使钢带产生弹-塑性变形的成形方式。外包式螺旋成形在调形过程中,主要通过样管来确定钢管的中心并调整外框架各个受力辊的位置;而内撑式螺旋成形在调形过程中,主要通过调整成型器1#梁、3#梁与2#梁的相对位置来确定钢带的受力情况。两种成形方式都是根据不同的错位形式来判断各成型辊的受力情况,而调整各个辊的受力相对位置可以改变它们的受力大小,从而根据作用力与反作用力的相互关系原理,达到调整错位、改善和提高成形质量的目的。3.1周向错位的形成原因及处理当管坯弹复样出现周向错位时,说明钢带受成型辊对其作用力过小或过大。对于外包式螺旋成形,就要保证钢管管径的前提下均匀地调整外框架各个辊对钢带的相对位置;而对于内撑式螺旋成形,就要通过对1#,2#和3#梁的相对位置进行调整来确保错位的减少。这种调整是小量的,要根据错位的程度来确定。

3.2径向错位的形成及处理

当管坯弹复样出现径向错位时,此时的钢管圆度不够,各个辊对钢带的作用力出现较大偏差。对于外包式螺旋成形方式,就要对各个辊的位置重新校正,即调整各辊的参数;而对于内撑式螺旋成形方式,主要是1#和2#梁相对位置的参数不准确,要相应地调整它们的成形参数。

3.3轴向错位的形成及处理

当管坯弹复样出现轴向错位时,说明钢管在生产中成形不稳定,错边会增加,管径忽大忽小变化。对于外包式螺旋成形方式,要对各个辊的角度进行调整,同时也要调整2#梁两端的压下量;对于内撑式成形方式,要检查三个梁中各成型辊的角度是否正确和一致,并检查三个梁的成型辊新旧磨损程度,对磨损差别大的辊子要及时更换,同时也要调整2#梁的压下量。

在生产过程中,管坯弹复样各种错位的出现往往不是单独的,具有连带性,实际处理过程也是多变的。当然,如果我们掌握了规律,消除各种错位不是很难。

4管坯弹复样错位在生产准备阶段的预防

在实际生产中,弹复样错位的消除和连续生产的质量稳定主要由换道质量及调形质量来保证,我们把换道和调形及内外焊头的调整阶段称为生产准备阶段,而弹复样错位的大小往往作为衡量换道调形质量好坏的一个最重要的指标。因此,加强在生产准备阶段对错位的消除相当必要。笔者根据多年生产经验,认为应该做好如下一些准备工作:

4.1圆盘剪或铣边机位置的调整

有人认为圆盘剪和铣边机离成型器较远,它们对成形质量无关紧要,这种想法是不对的。因为圆盘剪或铣边机的位置一旦确定,则钢带的递送线位置也就相应确定,而递送线位置是成形稳定的关键。现在大部分不锈钢焊管生产线都以“铣代剪”,铣边量由原料的板型、工作宽度及铣边机的能力确定,故对铣边机进刀位置的确定更为重要。铣边机吃刀量由其前后立辊控制,具体操作本文不做详述。

4.2递送机的调整

递送机是钢管成形所需的动力源,其调整包括递送机机架位置和压下液压系统压力的调整。要使钢带不跑偏,这两个方面的调整尤为重要。

4.3上下导板的调整

钢带出递送机后由导板导入成型器,在换道时,上下导板要和递送机的出口在同一个水平面上且导板要与递送机轴线垂直。

4.4预弯辊(卷边辊)和各个立辊的调整

预弯辊对钢带边缘有预应力变形作用,可使钢带各个部位充分变形;立辊可防钢带偏离递送线,确保成形稳定。

4.5各梁辊位置的调整

钢带由导板导入成型器后,在各梁辊的作用下形成螺旋管,螺旋成形的质量取决于各梁辊之间的相对位置。因此,无论是成型辊的角度还是测圆时各辊的相对位置尺寸,都必须做到细致准确。在测圆同时还要考虑同一个梁上各辊的磨损程度,尽量在同一个梁上使用磨损程度相同的辊子。

4.6钢管中心位置、中心支架及输出辊道的调整

在测圆过程中,钢管的中心位置由成型器的中心确定,这个位置确定后,中心支架及输出辊道要根据钢管的中心位置及钢管的几何尺寸做出相应调整以确保连续稳定的成形质量。

5结语

通过对螺旋埋弧焊钢管的管坯弹复样错位现象和原因、处理方法的分析探讨,可以客观、准确地判断出螺旋成形和埋弧焊接过程中不稳定因素,针对性地采取纠正和预防措施。由于螺旋埋弧焊钢管成形和焊接过程的特殊性、复杂性和紧密相关性,因此,用管坯弹复样进行原因分析或验证就显得十分重要。