直缝焊管排辊成型过程及机组介绍

直缝焊管排辊成型过程

在利用排辊成型工艺生产直缝焊管时所用材料主要是冷轧或热轧带钢。为了保证机组能顺利产出合格的产品，需要对原料进行准备阶段处理。首先是对钢卷进行开卷，因为带钢的平整度对焊管的管体质量有着直接的影响，所以要对展开后的带钢进行矫直处理。由于排辊成型机组是连续生产的，带钢的输送不能停止，所以需要将下一卷的带钢的端部与上一卷的尾部焊接在一起，为了保证焊接质量，焊接前需要对矫直后的带钢进行端部剪切。然后将带钢存入活套中，以确保有足够的原材料供应，保证生产的连续性。带钢弯曲成型为管坯后，其边部经过焊接，形成焊缝，焊缝的质量好坏，直接影响着焊管在以后的使用性能，所以带钢在从活套进入辊弯成型段之前，需要对带钢进行铣边处理，保证管坯边缘的平直，以确保焊接质量。

经过准备阶段处理的原材料带钢进入辊弯阶段成型，在这个过程中，带钢首先经过弯边辊的作用对其边部进行弯曲，然后在后续轧辊的作用下变形成U形，在精成型辊处成型为0形，成型段结束。管坯在此阶段经历复杂的变形，轧辊辊位、形状及其它参数对管坯的应变、受力的均匀性有着重要的影响，参数的不合理易导致边浪、鼓包等缺陷，进而影响着接下来管缝的焊接质量。带钢在成型阶段弯曲成留有较小开口度的O管坯后，进入焊接挤压单元。本文研究对象采用的是高须焊接，其产生的集肤效应与邻近效应]，使待焊管坯边缘成熔融状态，通过后面布置的挤压辊的挤压，使得熔融状态的管缝闭合，完成焊接]。由于管坯在成型段经历复杂的大变形，难免产生残余应力及加工硬化，尤其在焊接工序，经过高温加工，焊缝处不仅品粒组织会与管体不同，还会留有较大的残余应力，残余应力的产生，极易导致在焊管的使用过程中产生残余应力腐蚀，影响其使用寿命和工程质量，这就需要对焊管进行热处理，以消除残余应力与组织缺陷。为了使焊管直径、圆整度达到出厂使用要求，需要对焊管进行定径和矫正处理。最后对产品进行去毛刺、表面添加涂层等处理，然后封装入库。

机组成型段介绍

直缝焊管排辊成型机组的成型段是整条生产线的核心部分，此阶段管坯的成型质量，对后续的焊接、精整工序有着重要的影响。因而这一段也是该领域的重点研究内容。本文的研究对象HFW660机组是德国西马克梅尔公司（SMS·Meer）推出的目前国际上最为先进的排辊成型机组，通过对大型CAD软件SolidWorks二次开发完成成型段的快速建模，考虑到现场机组结构极其复杂，在快速建模过程中，只保留了原材料带钢和与其直接接触的轧辊。其效果如图2.1所示。沿带钢在机组上的方向，该机组成型段依次包括：夹送辊、弯边辊、预成型段、线成型段、精成型段。其中预成型段和线成型段由于多组排辊的布置，合称为排辊成型段。

在排辊成型段分布着多对成对称布置的小排辊，对成型过程中带钢边部进行约束。在准备阶段修整后的带钢经夹送辊进入成型段，依次经过各阶段，逐渐变形，出精成型后成为待焊管坯。在此介绍其成型段各处的结构及其作用。

（1）夹送辊与弯边辊

机组的夹送辊是两个形状规则、水平布置的圆柱形轧辊，夹送辊为主动辊，负责将带钢输送进成型段，并对带钢的前进提供动力，不对带钢产生变形作用，辊缝的大小根据板材的厚度变化而变化。夹送辊为成型段的开端，采用下山法成型时，下山量的大小就是以夹送辊辊缝所在水平面为参考面。两组弯边辊布置在夹送辊之后，在机组的两边对称分布，每组由上下两个轧辊组成，其结构与模具相似，上辊突起，下辊凹陷，辊缝成圆弧形状。出精成型之后要对管坯边部进行焊接，如果边部变形量不够，焊接后容易使得焊管横截面成梨形，也就是所谓的“嘶嘴”，圆整度较差，严重影响焊管的焊缝质量。弯边辊的作用就是对带钢边部首先进行弯曲变形，使得边部的弯曲半径接近所要生产的焊管的半径，以保证管缝的焊接质量。每组弯边辊适用于生产一定口径范围的产品。

（2）排辊成型段

排辊成型段包括预成型段和线成型段。带钢在经过弯边辊之后，进入到预成型段。此阶段开始布置排辊，另外还有一组上辊（四个）、一组大压下辊。排辊共有13对，对称分布于机组两侧，其中包括十对小排辊，和大压下辊两侧的三对大排辊。排辊的布置，能有效约束带钢的边部，防止回弹，避免了较大的变形，其辊位参数可以通过机架上的立柱进行整体上下左右的调整，单独每个排辊还能调整其角度。此阶段的大压下辊为主动辊，为带钢的前进提供动力，其转速以及与下辊之间的辊缝大小不合理，很容易对管体造成划伤，和上辊共同作用于带钢的中部，使其逐步弯曲。上辊和大压下辊的辊位只能竖直上下调动，约束着成型底线。线成型段成型区间较长、布置的轧辊数量相对较多，其中包括58个排辊、三组共十二个支承辊、四组共十二个内成型辊，均相对于钢带中心对称分布。与预成型段一样，排辊对钢带边部进行约束，防止回弹，其辊位参数调整方法也相同：内辊起到对带钢靠近中心线区域变形作用，使其逐渐弯曲；支承辊在工作时处于带钢下面，起到支撑和约束成型底线的作用。支承辊及中心线上内辊的辊位只能竖直上下调整，中心线两侧的内辊除了可以上下调动外，其角度也可以进行调整。

（3）精成型段

精成型段有三个机架，每个机架上有四个轧辊通过装配，形成一个与产品管径接近的封闭的圆环，三个上辊上面有导向片，作用是控制带钢边部质量，同时约束管坯两边缘位置对称，确保焊缝处于轧制中心线正上方。此阶段不再设置排辊，与传统的辊式成型相似。管坯在此阶段，成型为留有少量开口的圆形管坯，准备进入焊接阶段，成型段到此结束。