强力成型厚壁焊管技术研究

针对大直径厚壁直缝焊管生产中成型难度大、机架多、设备重、造价高的特点,经过成型理论分析和实验研究,提出了少机架辊弯强力成型的新技术。文章论述了该技术的成型原理、生产工艺及设备特点。

厚壁直缝焊管在各个工业领域有广泛的用途,如各种机械用管、地质钻探管、压力容器用管等,尤其是大直径厚壁直缝焊管,是目前我国焊管生产行业亟待开发的短缺品种。由于大直径厚壁管成型难度大,需要的机架多,设备重量大、造价高,所以目前国内的焊管生产厂家大多难以满足市场对厚壁直缝焊管的需求。因此,开发新的生产工艺,采用少机架的生产方式,对于减少设备投资,降低生产成本是十分必要的。太原重型机械学院在理论研究的基础上,对少机架辊弯强力焊管成型技术进行了实验研究,验证了强力成型的可能性,取得了初步的成果。

1少机架辊弯强力成型的原理

众所周知,焊管成型过程主要是金属板材的压弯变形。通过成型辊的逐道次的横向弯曲板料,使钢板卷圆成型。由于板料没有厚度方向的压缩变形,所以成型辊对板料的送进力很小,而弧形板料的咬入阻力却很大,为了保证板料能够顺利送进辊缝,允许的成型角是很小的。

通常,板料的最小弯曲半径应等于板料的厚度,例如,对于5mm厚的板料,一次的弯曲角度应在30°以上。在实际生产中,焊管辊弯成型的允许成型角远小于正常的板材允许弯曲角。因此,必须使用较多的机架才能够完成焊管成型工艺。同时,板料通常在拉伸状态下成型,为了防止板边拉裂,成型机架的间距也要足够大,这就造成机架数量多,机组长度增大,尤其是对厚壁管成型。

少机架辊弯强力成型的原理是:采用数架具有轧钢机的强度和传递扭矩的成型机架,对厚钢带进行强力送入,从而使坯料在推力状态下成型。这样,板边开裂的可能性大为降低,从而加大了允许成型角,成型也将更为稳定。由于板料横向移动的可能性降低,可以减少立辊和导向辊的数量,能够实现短流程生产。

2少机架辊弯强力成型的工艺过程

少机架辊弯强力成型工艺过程的初步方案是:采用四机架辊式成型,人工点焊,切定尺后单根焊接的工艺过程,主要工序有:带钢开卷—矫平—强力递送—强力冷弯成型—人工点焊—切定尺—单面或双面埋弧焊—焊缝清理检查探伤—水压试验—涂层—标记包装入库。

3设备选择

在上述工艺过程中,特殊的设备主要有强力递送机、弯曲成型机和双埋弧焊机。

强力递送机和弯曲成型机与板带轧钢机类似,由于不必要频繁调整辊缝,所以压下装置可以大大简化,只是要保证设备有足够的强度和驱动力矩。此外,由于机架数量少,机架间距小,这样机架的传动可以采用齿轮箱集体传动,从而简化了传动结构,提高了传动效率。

双埋弧焊机需要专门研制,因为对于中小直径的钢管内焊缝的埋弧焊接是较为困难的。内焊缝也可以采用气体保护焊,这样设备结构简单。由于不采用高频连续焊接,所以机组的电气控制系统也大为简化,速度控制和定尺剪切更为容易。

4少机架辊弯强力成型工艺过程的优点

与多机架连续电焊钢管机组相比,少机架辊弯强力成型工艺过程的优点是:

(1)成型机架少,设备制造费用低。

(2)轧辊少,制造费用低,工艺调整方便,变换规格容易。

(3)离线焊接,焊接质量好,成型和焊接能力易于匹配,便于组织生产。

(4)可以替代UOE焊管机组,生产大直径直缝焊管,而设备投资将少得多。

5结语

综上所述,采用少机架辊弯强力成型工艺生产大直径厚壁直缝焊管是可行的,经初步的工业性试验收到了预期的效果,因此,加强这方面的研究,开发具有我国自主知识产权的新型少机架辊弯强力成型焊管生产技术是十分必要的。