螺旋埋弧焊管焊缝两侧圆度的分析

主要分析了成型机之前的工序及扩径机对螺旋缝埋弧焊管焊缝两侧圆度的影响,提出了要提高钢管焊缝两侧的圆度,必须从拆卷开始进行生产工艺全过程的控制。可为有效解决螺旋缝埋弧焊管焊缝两侧的不圆问题提供参考。

螺旋埋弧焊管焊缝两侧的不圆问题是螺旋焊管成型的一个弱点,也是质量控制的一个难点,这一制管缺陷被形象地称为成型缝的“噘嘴”现象。焊缝两侧不圆,不仅给管线施工对接钢管造成一定的难度,而且紧靠焊缝处100 mm范围内的不圆,形成管体的不平直,会使超声波自动探伤探头藕合不良,给准确判别焊缝缺陷也造成一定的影响。因此各主要螺旋埋弧焊管生产企业都在积极探索寻求解决的办法。

关于螺旋埋弧焊管焊缝两侧不圆的问题,美国石油学会管线钢管规范API SPEC 5L标准、中华人民共和国国家标准、石油天然气工业输送钢管交货技术条件(GB/T9711.1 GB/T9711.2标准)对此并没有明确规定。最早提出焊缝两侧不圆的问题是在20世纪80年代杨玉璧先生发表的《螺旋焊管成型工艺》一文中参考德国DIN17172标准提出的。1996年的陕—京输气管线补充技术条件第一次对焊缝两侧的不圆提出了要求。2001年中国石油天然气股份有限公司西气东输工程项目经理部制定的企业标准《西气东输工程用螺旋焊管技术条件》第7.8.14.2条“焊缝附近100 mm圆弧范围内与钢管圆弧的最大径向偏差不得大于1.5 mm”,对焊缝两侧的圆度做了明确的规定。以后其它主要的输油管线的技术条件都沿用了这一条款内容。用户的要求,技术标准的规定,促使各主要螺旋埋弧焊管企业不断改进制管工艺,提高技术装备能力,以满足市场的需要。

螺旋埋弧焊管在成型过程中形成的成型缝变形不足,杨玉璧先生已在《螺旋焊管成型工艺》一文中指出“①成型角度小时易产生焊缝两侧不圆。②当带钢进入成型机时,先进入成型的一边称为自由边,经过一周的变形,变形充分,后进入成型机的一边(称递送边),还没有经过三辊弯板变形就被内焊与自由边焊在一起,是被动变形,变形量不足,易产生焊缝递送边一侧不圆。③改进卷边辊结构有利于焊缝两侧不圆的消除”等三个主要方面问题,并进行了分析探讨,为以后解决焊缝两侧不圆的问题奠定了基础。

1成型前工序对圆度的影响

螺旋埋弧焊管焊缝两侧不圆的问题,是钢带边缘变形不足造成的,除与成型机的变形过程有关外,还与成型机之前的工序有很大关系,现就此问题进行分析。

(1)与拆卷机的拆卷方式有关。厚度在6mm以上的钢卷在轧制卷曲过程中,在钢板横截面上形成了弧形,这种弧形的方向及拆卷方式的选择,对钢带边缘的预弯变形会产生一定的影响。当选用上拆卷时,展开的钢板弧面朝上;当选用下拆卷时,展开的钢板弧面朝下。这种弧面朝下的板形,对钢带进入成型机之前起到预弯的作用,有利于成型缝“噘嘴”的消除。当生产大口径厚壁管时,不用卷边辊卷边,成型缝两侧的圆度也能保证。假如采用上拆卷,展开的钢板弧面朝上,在成型过程中,即使使用卷边辊也很难使钢带边缘变形充分,焊缝两侧的圆度也难保证。

(2)与圆盘剪剪刃的位置有关。以前大部分螺旋焊管机组圆盘剪设备采用下剪刃在内侧,上剪刃在外侧,由于钢带边缘受剪切变形的影响,造成钢带边缘稍朝下弯,如图1(a)所示,卷曲成型钢管时形成“噘嘴”。将圆盘剪上下剪刃位置倒换后,下剪刃在外侧,上剪刃在内侧,这样形成的带钢边缘剪切变形边缘稍朝上,如图1(b)所示,卷成钢管后管体较圆。

(3)与成型机前卷边辊的布局有关。将卷边辊安装在靠近成型机处,根据递送边的预变形形状,可及时调整卷边量,这样有利于消除钢带边缘变形不足。若将卷边辊安装在距成型机较远处,在紧靠成型机入口处安装立辊,靠近成型机处的立辊对限制钢带位置的串动、保证成型的稳定有益。但经卷边辊预弯的钢带边缘挤过立辊时,由于立辊辊面带锥度,直径上大下小,造成了钢带边缘一定的反向变形,抵消了部分卷边的预变形量,薄壁管生产时影响尤为明显,这对提高焊缝两侧的圆度很不利。

2扩径机对圆度的影响

扩径机的应用提高了螺旋埋弧焊管管端圆度的精度。螺旋缝埋弧焊管机组生产过程中,由于受钢带月牙弯的影响,成型角会发生微量变化,造成管径的变化。和直缝埋弧焊管相比,钢管直径尺寸精度有一定的差距。为了解决这一问题,一些大型螺旋埋弧焊管生产企业,在精整段安装使用了管端扩径机。管端经过扩径,会产生微量的钢管径向塑性变形,这不但提高了螺旋埋弧焊管管端直径的精度,同时也为提高管端处焊缝两侧的圆度起到很大的作用。

螺旋埋弧焊管管端几何尺寸精度的提高,为管线施工中钢管对接提供了方便,满足了用户要求,使钢管的质量水平又上了一个新台阶。

3结语

综上所述,解决螺旋埋弧焊管焊缝两侧不圆的问题是一个系统工程,要综合治理才能见效。拆卷方式的改变,圆盘剪刃位置的倒换,使螺旋埋弧焊管管体的圆度提高了一步;管端扩径机的使用,使管端圆度的问题又得到了很大的改善。