直缝不锈钢焊管的生产工艺

热轧钢卷的轧制技术、无损探伤技术、冶金技术的发展，为生产高质量、高性能直缝不锈钢焊管奠定了良好的技术。直缝不锈钢焊管质量的不断提高，扩大了其应用领域，锅炉高压管道用管、汽车传动轴用管、石油运输用管等这些原本主要采用高质量无缝不锈钢焊管的领域正逐渐大规模采用直缝不锈钢焊管。直缝不锈钢焊管的生产过程，主要分为成型部分和焊接部分，成型部分的成型质量直接影响着后面的焊接部分的焊接质量。在此主要介绍UOE成型技术、FFX成型技术以及本文主要研究的排辊成型技术及其发展过程。

UOE成型法是世界上较为先进的直缝不锈钢焊管生产方法，采用模压成型，主要是用来生产大口径不锈钢焊管，生产效率高，且产品质量好。UOE生产线最早是在美国建成的，其发展高峰期是在上世纪70年代。UOE是该工艺的三个重要步骤的缩写。

U是指其原材料宽厚板在U成型机内弯曲成U形；O是指带钢在弯曲成U形之后，在0成型机内弯曲成待焊O形管坯；E是指管坯在焊接之后需要加以扩径（Expanding）。目前此成型工艺最大的生产直径达到1626mm，壁厚范围为6.4mm~50.8mm。UOE成型进行U形弯曲之前，需要对带钢边部在模具上进行预弯，如图1.la所示，这一工序的目的和作用是为了提高焊缝区的质量和精度。U成型过程中，通过液压机和模具对边部已经弯曲过的带钢进行垂直和两边的协调加载，如图1.1b所示，此过程带钢的回弹、板边的开口度以及成U形后的对称度对最终产品的质量都有重要的影响。如图1.1c所示，O成型阶段也是靠压力机和模具对带钢圆周施加载荷成型的。此过程中，成型压力、模具形线等成型工艺参数对后面工序以及产品质量有至关重要的影响。扩径工序是在焊接完成之后，利用分瓣凸模扩大不锈钢焊管直径，以确保产品尺寸精度符合要求，消除成型过程中在管身上产生的残余应力，减小和消除包申格效应，提高不锈钢焊管的屈服强度。UOE工艺生产出来的不锈钢焊管产品具有质量稳定、残余应力小、尺寸精度高的特点，还具有良好的低温韧性，对高寒、高酸性、海底等严苛的使用环境有很好的适应性，成为高原冻土带、地震多发地带、交通密集地区、海底管道等对不锈钢焊管质量要求高的项目工程首选不锈钢焊管。但是此成型工艺生产不同规格的不锈钢焊管需要配备不同的模具，模具费用高，设备造价昂贵，投资规模大且换模时间长，只适合大批量生产的大口径直缝不锈钢焊管。

FFX成型技术是目前最新、水平最高的直缝不锈钢焊管成型技术。在20世纪90年代后期，随着各项技术的发展，各工程领域对不锈钢焊管的质量和性能的要求不断提升，以及生产标准、能耗要求的提高，传统的成型工艺及其生产出来的直缝不锈钢焊管越来越难以满足市场对多样化、高质量不锈钢焊管的需求，FFX直缝不锈钢焊管成型技术就是在这样的情况下开发出来的。在继承了FF成型技术的部分优点，研发人员通过总结之前成型机的设计经验，运用有限元技术对成型机进行分析，在此基础上，形成了具有高度自动化的FFX成型技术，在生产上得到广泛的推广。有以下几点先进性：

（1）FFX技术通过合理分配各阶段的成型量，使其机械结构具有更高强度、刚性，成型工艺也很稳定，根据原材料带钢的刚度和厚度，在弯边时，可以自由调节成型角度，为后面的焊接工序提供最佳条件。（2）FFX成型机具有高度的自动化水平，以我国某钢管生产企业的HFW成型机为例。通过Profibus现场总线将整条生产线的各工位联起来，实现了各工位之间的通讯，确保整条生产线运行的可靠性：通过操作台的人机界面将工艺参数录入，对设备的运行状态进行监控。（3）FFX成型技术完全兼用了粗成型段轧辊，大大简化了钢管调形过程，只需要将钢管的参数输入到主操作台的触摸屏上，轧辊电机就会自动将轧辊调到合适辊位。（4）对生产线运行状态进行全程监控，大大缩短了工作人员维护设备和寻找故障的时间，提升了工作效率]。因为该技术种诞生不久，有待于今后的使用过程中进一步优化和完善。

排辊成型工艺经过多年的发展而日渐成熟，具有效率高、原料消耗少、管坏边部形状好、精度高、管体表面质量好的优点。目前所说的排辊成型是辊式成型经过一系列发展和结构优化所形成的先进直缝不锈钢焊管成型方式。辊式成型最早出现在美国，其机组结构采用平、立辊相互交叉布置的形式，这种最原始的辊式成型机结构为排辊成型的出现奠定了基础。随着辊式成型机结构的演变，平、立辊交叉+立辊组的半排辊成型机结构逐渐被人们所采纳，运用该方法生产小口径不锈钢焊管时，为了减小摩擦，一般布置两对以上立辊组，而生产中等口径不锈钢焊管时，在平立辊之间加设了多个小辊子，以提高产品表面质量。随着不锈钢焊管向大口径方向发展，全排辊机组应运而生，全排辊成型保留了原辊式成型的优点，也摒弃其不足，在上世纪80年代时期发展到了鼎盛时期，以其明显的优势，被广大锅管生产企业所采纳全排辊成型，并非指整个机组全部采用排辊，而是机组中间绝大部分采用排辊成型，在机组端部和末端仍然采用传统的辊式成型。排辊成型的原理是：多对排辊在机组两侧对称布置，且每对排辊的水平距离沿成型方向逐渐减小，使得原材料平直带钢在沿成型方向前进时，在排辊的约束下逐渐弯曲成U形，最终成O形圆简，之后进入焊接单元对继缝进行焊接。整个成型过程主要可分为弯边、预成型、线成型、精成型几部分。排辊成型有如下优点：

（1）排辊成型与传统的辊式成型在压力加工的机理上是相同的，但是排辊成型机组多组排辊的布置，大大限制了带钢边缘相对其他位置的过大变形。有效避免了因为边部塑性变形过大无法回弹而造成的产品质量缺陷。

（2）排辊成型机组的排辊与带钢是点接触，在带钢前进的过程中，排辊与带钢是同步运行的，这就大大减小了带钢与排辊不同步而消耗掉的摩擦功，更主要的是避免了带钢与排辊之间因动摩擦而产生的划痕，也保护了排辊。

（3）排辊成型机理大大减少了不同管径的备品备件。生产不同管径的产品时，排辊成型部分具有通用性，只对其各轧辊的位置及角度进行调整即可。

（4）变形区短。传统的辊式成型与排辊成型变形区长度L、L，按照下面公式计算：

L=（40-60）Damx（1-1）

L=（28-38）Dax（1-2）

式中Dc机组成型最大管径极限（mm）。

由此可见，排辊成型机组的成型区短，机组占用空间小减少了设备及厂房建设的投资。