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    螺旋焊管成型方式及機型分析

    來源:至德鋼業 日期:2021-06-20 11:41:42 人氣:144

    成型機是螺旋焊管機組的最重要的設備之一,是決定螺旋焊管成型質量的核心設備。合理的成型方式及其良好的結構設計可以保證成型機具有足夠的強度、可靠的剛性,才能使各部件受力最小、成型后的螺旋焊管內應力最小。

    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兩種。

    上卷式成型時,在咬合點處進行內焊焊接,成型機短,各種外徑的管子下標高不變,支撐輥、輸出輥道等附屬設備相對簡單,易于調整,土建工程量較小,整體成本費用較低,但外焊焊頭的高度必須隨著鋼管外徑的變化能夠進行升降調整。上卷式成型時,內焊焊頭的設備也比較簡單,懸臂短、剛度好,焊接質量的穩定性高,同時易于安裝焊縫自動監視系統。

    下卷式成型時,除高頻焊必須在咬合點處焊接外,其他焊接方式一般在第二個螺距的成型縫處焊接。在第二個螺距成型縫處焊接第一道時,如果由于帶鋼鐮刀彎及其他幾何條件的改變而影響到咬合點處的成型縫變化時,則在第二個螺距成型縫焊點處的反映相對遲鈍,因而難于使用微調控制技術來改善成型縫焊點處的成型質量。下卷式成型的唯一優點在于內焊距離內壓輥端部的距離遠,易于實現多絲焊。

    下卷式成型時導致了各設備相對體積龐大,造成鋼管相對遞送標高高,不易于操作工觀察周圍的生產情況,同時在鋼管成型后的輸出端一般需要開挖深溝,安全隱患多。故此,進入二十世紀九十年代以后,所有的管廠都不再采用下卷式成型方式生產螺旋焊管,全部采用了下卷式成型方式。

    成型機類型

    三輥成型機

    在下卷滾床式三輥成型機上可以生產多種外徑的鋼管,但由于其結構在工藝上具有極大地不合理性,所成型的鋼管的成型縫質量低下。另外,芯棒上的兩個襯瓦易使鋼管內壁產生劃傷,導致管壁有效厚度減薄,主要缺點有以下幾個方面:

    1)帶鋼經過成型機變形區后隨即彈復,要保證外焊點處成型縫緊,其超變形量應大于彈復量。另外還需克服隨時在變化的焊墊輥的阻力、支撐輥的阻力、飛剪機卡緊裝置的反力距和大橋輸出輥道的阻力等。然而又并非變形量越大越好。在三輥成型機的調型中所出現的變形量過大后鋼管中心會發生偏離、自由邊翹起、外焊點處成型縫松等現象。這些現象易誘導使人認為是變形量不足,給調型帶來很多麻煩。故此成型輥的壓下量難于確定。再者壓下量的大小與帶鋼變形量的多少也難于直接測量,這就造成了成型輥壓下量難于確定。因此同一材質、相同工作寬度、相同壁厚、同一外徑的鋼管每次調型時壓下量不一致。

    2)調型中靠近成型機的第一組支撐輥的位置相當重要,其因是它是保證成型機內外管子中心線相同或相近的保證條件,事先無法確定其準確位置。加之有自由螺距自動下垂傾向,使第一組支撐輥的位置更加難于確定。調型中同樣是同一材質、相同工作寬度、相同壁厚、同一外徑的鋼管各次難于一致。

    3)成型機的壓圓變形區占一個圓周的比例很小,在成型機內的荒管(未焊接部分)和自由螺距的荒管隨著外徑的增大及壁厚的減小其剛性隨之減小,一旦外界產生的阻力和幾何條件的變化破壞力成型的穩定性后,成型縫會馬上破壞并加劇。

    三輥成型機僅在二十世紀七十年代時用于生產478以下管徑時基本還可以。其生產鋼管質量較差,經常會產生錯邊、管徑超差、內壁劃傷等缺陷。該成型機早已淘汰。

    滑動摩擦全套筒成型機

    該成型機好調整,但套筒消耗大、鋼管成型后外部劃傷多。阻力大后,需要給鋼管與套筒摩擦的表面澆油,帶鋼變形脫落的氧化皮與油混合在一起夾入焊縫后會產生氣孔。管子表面有油污后,補焊的作業條件變差。該機型也已全部淘汰。

    套輥聯合成型機

    該成型機有一半是滑動摩擦套筒,另一半有兩個或三個可調的輥子,好調型,與滑動摩擦全套筒成型機比較阻力相對減少,且有可調的輥子壓下,可適當減少半套筒的消耗,但仍需給鋼管與套筒摩擦的表面澆油,具有滑動摩擦全套筒成型機相同的缺點。該機型也已全部淘汰。

    滾動摩擦全輥套成型機

    滾動摩擦全輥套成型機有固定式和可調式兩種。固定式中的一種是除三輥彎板的輥子可調外,其余輔助輥均不可調:另一種是在輔助輥中設置部分調整量小的輥子,使其結構并不增加復雜程度,有可適當改善成型縫的質量并適當控制外徑。寶雞石油鋼管有限責任公司制管一分廠焊管11機組2005年改造前使用的就是后一種固定式滾動摩擦全輥套成型機??烧{式成型機是一個能生產多種規格的成型機,寶雞石油鋼管有限責任公司制管一分廠焊管1機組2005年改造前使用的就是該種成型機。該成型機也叫霍氏成型機,主要原因是它由西德霍希(HoeschMFD)機器制造公司開發設計的。

    全輥套成型機安裝有三組使帶鋼彎曲變形的輥子,它使帶鋼彎曲到一定的曲率,其余的輔助成型輥布置在圓周的適當位置,輔助管子成圓和控制成型縫質量。

    全輥套成型機的輔助輥均安裝在管子的外面,目前國內外還有一種輔助輥安裝在管子內部的內漲式成型機,也稱內支撐成型機。該成型機內支撐可調,般情況下一組內支撐輥適用于2-3個規格管子。三輥彎板機將帶鋼彎曲變形到小于管子要求直徑,在咬合點后約200mm處安裝一圈內支撐輥,調型時將荒管擴成所要求的直徑,如果選擇的工藝幾何參數合理,成型縫可以滿足內焊的工藝要求。該種成型機在咬合點處不設成型縫墊輥,其優點是消除了對縫處的彈復拉應力,可以保證直徑的精度,而且調型容易,成型穩定。主要適用于打樁管等建筑結構管制造。

    全輥套成型機的主要優點是:好調型,管子內外表面光潔、成型阻力小,無需澆油,改善了焊接環境,減少了焊縫氣孔。當前中石油及中石化的各大管廠已經國內具有知名度的民營企業都采用了該種成型機。螺旋焊管成型機設計的最主要的一條要求就是要確保機架剛性,因為帶鋼在三輥彎板處變形的力很大,加上復雜的外界條件變化后,變形力增加很多,如鐮刀彎引起的鋼管張套等。如果機架變形后會引起阻力急劇增大,帶鋼隨之向反方向移動,這樣會使得成型機變大,外徑變大,從而更加劇了阻力,極短時間內就會破壞鋼管成型。當成型機變形過大時,甚至會撕毀機架,破壞設備。

    改造前成型機的主要缺點

    2005年改造前,寶雞石油鋼管有限責任公司制管一分廠焊管機組是霍氏成型機,該成型機為二十世紀60年代產品,設計范圍為x65-273-630×5-8mm,后經多次改造后產品制造范圍變更為X65-323.9-1020×5.6-10mm。焊管11機組使用的是四輥框架式可調成型機,該成型機為二十世紀80年代,寶雞石油鋼管有限責任公司等老一代工程師自行研制設計,原設計范圍為X65-323.9-820×5.6-10mm,后經多次改造后產品制造范圍變更為X65-323.9-1020×5.6-10mm.

    由于管道事業的發展,以上兩種成型機已經不能適應高鋼級、大口徑、大壁厚螺旋焊管市場的制管要求,同時其自身也存在一定的缺點,現根據實際生產經驗總結如下。

    霍氏成型機的主要缺點

    焊管機組使用的霍氏成型機有以下幾條主要缺點:

    1)生產鋼級低,設計孔型小,不適應于高鋼級、大口徑、大壁厚螺旋焊管市場的制管要求。

    21#輥和34輥間距不可調整,輥子傾角可調,生產中630mm以上規格時,其力的作用線與2#輥垂直向下的力的作用線不匯交于一點

    3)外控輥機架通過圖2-7中左側的減速電機帶動沿管子徑向方向可調,4#-8所有外控輥空間三維可調,機架剛性相對減弱。

    4)焊墊輥輥座在每次調型時都已焊固,一般在生產初期都需要調整1-2次才能

    正常,影響作業時間,同時會帶來一定的廢品,影響成材率。

    5)外控輥除立柱和橫臂電動調整外,其余全部為手動調整,勞動強度大。

    四輥框架式可調成型機的主要缺點

    焊管機組使用的四輥框架式可調成型機有以下幾條主要缺點:

    1)生產鋼級低,設計孔型小,不適應于高鋼級、大口徑、大壁厚螺旋焊管市場的制管要求。

    21#輥和34輥輥距可調,輥子傾角不可旋轉,在成型過程中其力的作用線與2#輥垂直向下的力的作用線不匯交于一點。

    3)外框架工裝件多,跨規格是需要更換外框架,換道麻煩、耗時多、安全風險大。

    4)外控輥(安裝在外框架中)的整體剛性好,各組外控輥單獨可以少量調整,當成型波動較大時可以通過個別輥子的壓力量調整改善成型質量,但對于經驗不足的員工易起到相反的作用,不利于規范化管理。

    5)焊墊輥輥座在每次調型時都已焊固,一般在生產初期都需要調整1-2次才能正常,影響作業時間,同時會帶來一定的廢品,影響成材率。

    6)外控輥全部為手動調整,勞動強度大。

    本章小結

    本章對螺旋焊管的成型方式和現有的成型機類型進行了分析,從文中可以看出,目前基本上是所有的螺旋焊管制造企業采用的都是上卷式滾動摩擦全輥套成型機。寶雞鋼管公司制管一分廠改造前使用的四輥框架式可調成型機和霍氏成型機也屬于上卷式滾動摩擦全輥套成型機。但是該兩種機型都存在剛性差、自動化程度低、孔型設計不合理等缺點,生產的螺旋埋弧焊管鋼級低、口徑小、壁厚薄,成型后的鋼管內應力較大,外觀質量差,不適應于目前和未來市場的高鋼級、大口徑、大壁厚優質螺旋埋弧焊管的生產需要。故此,為了適應市場,為了中國乃至世界油氣管道事業的發展,必須對該兩條螺旋焊管機組進行設備改造。成型機是螺旋焊管質量的基本保證,也是此次設備改造的重點工作之一,合理的孔型設計、強大的剛性保證,以及較高的自動化程度可以為企業增添后勁,保持較大的競爭優勢。

    本文標簽:螺旋焊管 

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