不锈钢焊管生产企业排辊成型的应用及国内外研究现状

经过几十年的发展和进步，排辊成型技术更加的成熟，以其诸多优势正在全世界不锈钢焊管生产企业中得到广泛推广和应用，如今世界上的不锈钢焊管生产企业新建的大、中型口径焊管生产线基本上都是排辊成型。上世纪70年代我国就已经开始着手对拥有自主知识产权的排辊成型机组的研制，研发的200-500mm排辊成型机组的部分草图已绘制出来，但是由于种种原因，项目最终下马。虽然没能制造出自行研发的排辊成型机组，但是整个研发过程，使得我国技术人员储备了大量的关于排辊成型机组的结构及生产工艺知识，为后期引进和消化国外先进设备技术打下坚实基础。国外先进排辊成型机组不断被我国不锈钢焊管生产企业所引进，德国先进的ERW610、HFW660等直缝焊管排辊成型机组相继被我国的宝钢和武钢引进。

原材料带钢在排辊成型机组上经历较复杂变形，在成型方向上，会产生弹性的拉压，在带钢的横截面方向上，要经过大挠度的弹塑性变形，最终成形为圆形横截面，所以带钢在经过排辊成型过程中，是横向和纵向综合变形，典型的非线性，研究起来非常复杂。要生产高出质量、性能优的直缝焊管，仅仅依靠先进设备是远远不够的，更要靠各国科研人员和学者对生产机组和生产工艺不断的探索和研究。M.M.Kasaei对板宽的最大值、不同工艺、径厚比对带钢边部变形的影响进行了研究；Yokoyama利用电测法得到了排辊成型中带钢各处的应力应变，木内学利用三角函数表示变形区域，增量法求解应力应变，对孔型和轧辊形状设计进行优化；Duggal等人在木内学提出的理论基础上开发出了RFPASS来分析辊式成型；HanZW采用有限条元法分析了ERW焊管在成型过程中带钢边部的变形情况；熊建辉、史宏德、吴文辉等人在在对宝钢从德国引进的ERW610排辊成型机组研究过程中，运用线性回归的方法计算出了所有规格的辊位参数，并对辊位进行优化，有效的解决了辊位不合理导致的鼓包、边浪等产品缺陷；王士杰、吴云卿等人通过测量排辊成型机组各机架的轧制力及管坯与轧辊之间的作用力，为辊位的调整、生产工艺的优化、轧制力的合理分布及克服产品缺陷提供了理论基础。WalkerTR对直缝焊管几何模型的发展做了研究。

由于带钢在排辊机组上的变形过程极为复杂，且中性面也存在着剪切和挤压的现象，理论计算变得更加困难，传统的辊式成型的理论也难以有效运用于排辊成型的研究；实验法最能真实反映所研究的问题的真实情况，结果也最具有参考价值，但是实验法对实验材料和设备要求高，研究成本很高，尤其是排辊成型这种复杂成型工艺，只有极少数单位有条件和实力运用实验法研究排辊成型。随着计算机性能的提高以及CAE软件的发展及功能的完善，有限元方法正在越来越普遍的被应用于排辊成型的研究上，取得了大量的成果。KimN通过有限元仿真，完成了对厚壁管件冷弯成型的边部形状的预测和设计；Senanayake RS使用Marc对带钢进入轧辊前的边部应变及失稳问题进行仿真；王仕杰运用Marc对ERW直缝焊管排辊成型机组进行仿真，得到了机组关键位置管坯横截面上等效塑性应变、应力的分布规律并得到了排辊更加合理的分布位置；蒋劲茂、李大勇、彭颖红、张静、皮大光、LIJX等人采用动力显示算法模拟了排辊成型，得到预、线、精成型段的管坯花型图和关键位置的管坯横截面上的等效塑性应变分布规律、产生较大加工硬化的位置，提出了变形盲区的概念，并测得在预、线、精成型的关键位置上变形盲区的分布规律。谷中莹利用ANSYS对排辊成型过程进行有限元模拟，找出了带钢在成型为管坯的过程中等效塑性应变较大的位置。运用有限元模拟的方法对排辊成型的研究是一种极为方便、有效、准确可行的方法。