螺旋焊管成型方式及机型分析

成型机是螺旋焊管机组的最重要的设备之一，是决定螺旋焊管成型质量的核心设备。合理的成型方式及其良好的结构设计可以保证成型机具有足够的强度、可靠的刚性，才能使各部件受力最小、成型后的螺旋焊管内应力最小。

成型方式

螺旋焊管的成型方式有上卷式成型和下卷式成型两种。

上卷式成型时，在咬合点处进行内焊焊接，成型机短，各种外径的管子下标高不变，支撑辊、输出辊道等附属设备相对简单，易于调整，土建工程量较小，整体成本费用较低，但外焊焊头的高度必须随着钢管外径的变化能够进行升降调整。上卷式成型时，内焊焊头的设备也比较简单，悬臂短、刚度好，焊接质量的稳定性高，同时易于安装焊缝自动监视系统。

下卷式成型时，除高频焊必须在咬合点处焊接外，其他焊接方式一般在第二个螺距的成型缝处焊接。在第二个螺距成型缝处焊接第一道时，如果由于带钢镰刀弯及其他几何条件的改变而影响到咬合点处的成型缝变化时，则在第二个螺距成型缝焊点处的反映相对迟钝，因而难于使用微调控制技术来改善成型缝焊点处的成型质量。下卷式成型的唯一优点在于内焊距离内压辊端部的距离远，易于实现多丝焊。

下卷式成型时导致了各设备相对体积庞大，造成钢管相对递送标高高，不易于操作工观察周围的生产情况，同时在钢管成型后的输出端一般需要开挖深沟，安全隐患多。故此，进入二十世纪九十年代以后，所有的管厂都不再采用下卷式成型方式生产螺旋焊管，全部采用了下卷式成型方式。

成型机类型

三辊成型机

在下卷滚床式三辊成型机上可以生产多种外径的钢管，但由于其结构在工艺上具有极大地不合理性，所成型的钢管的成型缝质量低下。另外，芯棒上的两个衬瓦易使钢管内壁产生划伤，导致管壁有效厚度减薄，主要缺点有以下几个方面：

（1）带钢经过成型机变形区后随即弹复，要保证外焊点处成型缝紧，其超变形量应大于弹复量。另外还需克服随时在变化的焊垫辊的阻力、支撑辊的阻力、飞剪机卡紧装置的反力距和大桥输出辊道的阻力等。然而又并非变形量越大越好。在三辊成型机的调型中所出现的变形量过大后钢管中心会发生偏离、自由边翘起、外焊点处成型缝松等现象。这些现象易诱导使人认为是变形量不足，给调型带来很多麻烦。故此成型辊的压下量难于确定。再者压下量的大小与带钢变形量的多少也难于直接测量，这就造成了成型辊压下量难于确定。因此同一材质、相同工作宽度、相同壁厚、同一外径的钢管每次调型时压下量不一致。

（2）调型中靠近成型机的第一组支撑辊的位置相当重要，其因是它是保证成型机内外管子中心线相同或相近的保证条件，事先无法确定其准确位置。加之有自由螺距自动下垂倾向，使第一组支撑辊的位置更加难于确定。调型中同样是同一材质、相同工作宽度、相同壁厚、同一外径的钢管各次难于一致。

（3）成型机的压圆变形区占一个圆周的比例很小，在成型机内的荒管（未焊接部分）和自由螺距的荒管随着外径的增大及壁厚的减小其刚性随之减小，一旦外界产生的阻力和几何条件的变化破坏力成型的稳定性后，成型缝会马上破坏并加剧。

三辊成型机仅在二十世纪七十年代时用于生产478以下管径时基本还可以。其生产钢管质量较差，经常会产生错边、管径超差、内壁划伤等缺陷。该成型机早已淘汰。

滑动摩擦全套筒成型机

该成型机好调整，但套筒消耗大、钢管成型后外部划伤多。阻力大后，需要给钢管与套筒摩擦的表面浇油，带钢变形脱落的氧化皮与油混合在一起夹入焊缝后会产生气孔。管子表面有油污后，补焊的作业条件变差。该机型也已全部淘汰。

套辊联合成型机

该成型机有一半是滑动摩擦套筒，另一半有两个或三个可调的辊子，好调型，与滑动摩擦全套筒成型机比较阻力相对减少，且有可调的辊子压下，可适当减少半套筒的消耗，但仍需给钢管与套筒摩擦的表面浇油，具有滑动摩擦全套筒成型机相同的缺点。该机型也已全部淘汰。

滚动摩擦全辊套成型机

滚动摩擦全辊套成型机有固定式和可调式两种。固定式中的一种是除三辊弯板的辊子可调外，其余辅助辊均不可调：另一种是在辅助辊中设置部分调整量小的辊子，使其结构并不增加复杂程度，有可适当改善成型缝的质量并适当控制外径。宝鸡石油钢管有限责任公司制管一分厂焊管11机组2005年改造前使用的就是后一种固定式滚动摩擦全辊套成型机。可调式成型机是一个能生产多种规格的成型机，宝鸡石油钢管有限责任公司制管一分厂焊管1机组2005年改造前使用的就是该种成型机。该成型机也叫霍氏成型机，主要原因是它由西德霍希（HoeschMFD）机器制造公司开发设计的。

全辊套成型机安装有三组使带钢弯曲变形的辊子，它使带钢弯曲到一定的曲率，其余的辅助成型辊布置在圆周的适当位置，辅助管子成圆和控制成型缝质量。

全辊套成型机的辅助辊均安装在管子的外面，目前国内外还有一种辅助辊安装在管子内部的内涨式成型机，也称内支撑成型机。该成型机内支撑可调，般情况下一组内支撑辊适用于2-3个规格管子。三辊弯板机将带钢弯曲变形到小于管子要求直径，在咬合点后约200mm处安装一圈内支撑辊，调型时将荒管扩成所要求的直径，如果选择的工艺几何参数合理，成型缝可以满足内焊的工艺要求。该种成型机在咬合点处不设成型缝垫辊，其优点是消除了对缝处的弹复拉应力，可以保证直径的精度，而且调型容易，成型稳定。主要适用于打桩管等建筑结构管制造。

全辊套成型机的主要优点是：好调型，管子内外表面光洁、成型阻力小，无需浇油，改善了焊接环境，减少了焊缝气孔。当前中石油及中石化的各大管厂已经国内具有知名度的民营企业都采用了该种成型机。螺旋焊管成型机设计的最主要的一条要求就是要确保机架刚性，因为带钢在三辊弯板处变形的力很大，加上复杂的外界条件变化后，变形力增加很多，如镰刀弯引起的钢管张套等。如果机架变形后会引起阻力急剧增大，带钢随之向反方向移动，这样会使得成型机变大，外径变大，从而更加剧了阻力，极短时间内就会破坏钢管成型。当成型机变形过大时，甚至会撕毁机架，破坏设备。

改造前成型机的主要缺点

2005年改造前，宝鸡石油钢管有限责任公司制管一分厂焊管机组是霍氏成型机，该成型机为二十世纪60年代产品，设计范围为x65-273-630×5-8mm，后经多次改造后产品制造范围变更为X65-323.9-1020×5.6-10mm。焊管11机组使用的是四辊框架式可调成型机，该成型机为二十世纪80年代，宝鸡石油钢管有限责任公司等老一代工程师自行研制设计，原设计范围为X65-323.9-820×5.6-10mm，后经多次改造后产品制造范围变更为X65-323.9-1020×5.6-10mm.

由于管道事业的发展，以上两种成型机已经不能适应高钢级、大口径、大壁厚螺旋焊管市场的制管要求，同时其自身也存在一定的缺点，现根据实际生产经验总结如下。

霍氏成型机的主要缺点

焊管机组使用的霍氏成型机有以下几条主要缺点：

（1）生产钢级低，设计孔型小，不适应于高钢级、大口径、大壁厚螺旋焊管市场的制管要求。

（2）1#辊和34辊间距不可调整，辊子倾角可调，生产中630mm以上规格时，其力的作用线与2#辊垂直向下的力的作用线不汇交于一点

（3）外控辊机架通过图2-7中左侧的减速电机带动沿管子径向方向可调，4#-8所有外控辊空间三维可调，机架刚性相对减弱。

（4）焊垫辊辊座在每次调型时都已焊固，一般在生产初期都需要调整1-2次才能

正常，影响作业时间，同时会带来一定的废品，影响成材率。

（5）外控辊除立柱和横臂电动调整外，其余全部为手动调整，劳动强度大。

四辊框架式可调成型机的主要缺点

焊管机组使用的四辊框架式可调成型机有以下几条主要缺点：

（1）生产钢级低，设计孔型小，不适应于高钢级、大口径、大壁厚螺旋焊管市场的制管要求。

（2）1#辊和34辊辊距可调，辊子倾角不可旋转，在成型过程中其力的作用线与2#辊垂直向下的力的作用线不汇交于一点。

（3）外框架工装件多，跨规格是需要更换外框架，换道麻烦、耗时多、安全风险大。

（4）外控辊（安装在外框架中）的整体刚性好，各组外控辊单独可以少量调整，当成型波动较大时可以通过个别辊子的压力量调整改善成型质量，但对于经验不足的员工易起到相反的作用，不利于规范化管理。

（5）焊垫辊辊座在每次调型时都已焊固，一般在生产初期都需要调整1-2次才能正常，影响作业时间，同时会带来一定的废品，影响成材率。

（6）外控辊全部为手动调整，劳动强度大。

本章小结

本章对螺旋焊管的成型方式和现有的成型机类型进行了分析，从文中可以看出，目前基本上是所有的螺旋焊管制造企业采用的都是上卷式滚动摩擦全辊套成型机。宝鸡钢管公司制管一分厂改造前使用的四辊框架式可调成型机和霍氏成型机也属于上卷式滚动摩擦全辊套成型机。但是该两种机型都存在刚性差、自动化程度低、孔型设计不合理等缺点，生产的螺旋埋弧焊管钢级低、口径小、壁厚薄，成型后的钢管内应力较大，外观质量差，不适应于目前和未来市场的高钢级、大口径、大壁厚优质螺旋埋弧焊管的生产需要。故此，为了适应市场，为了中国乃至世界油气管道事业的发展，必须对该两条螺旋焊管机组进行设备改造。成型机是螺旋焊管质量的基本保证，也是此次设备改造的重点工作之一，合理的孔型设计、强大的刚性保证，以及较高的自动化程度可以为企业增添后劲，保持较大的竞争优势。