大口徑直縫鋼管用預焊機環型架改造及分析

盛雪麗

安徽江淮銀聯重型工程機械有限公司，安徽合肥 230051

隨著國民經濟的高速發展，許多鋼結構建筑、石油天然氣輸送等，都大量采用大口徑鋼管。特別是西氣東輸工程為標志的天然氣管網建設，對油氣管的需求量達到了高峰。由于需求量的增加，大大促進我國焊管企業大規模的裝備技術改造，推動了我國管線鋼和焊接鋼管生產技術的發展，西氣東輸國產化大口徑鋼管質量已達到國際先進水平，我國大口徑鋼管的生產能力、制造技術和裝備水平都得到很大的提高。

大口徑鋼管的制造工藝主要有JCOE、UOE和螺旋管等，本文主要以JCOE生產線上的預焊機作為改造項目，預焊機作為整條制管線上的重要設備，其使用性能好壞直接影響著后續加工工藝的難易程度和最終成品鋼管的質量。預焊機就是把成形后具有一定開口的鋼管對拼，一般分為合縫和預焊兩部分，但是兩部分又是同時進行的。其工作原理：由于成型機對鋼板的邊緣不能加工出弧度，所以下好尺寸的鋼板必須由預彎機將鋼板的邊緣壓制成和整根鋼管具有相同的曲率半徑。然后再由成型機調整好下開口模具（根據鋼管的直徑不同，調整不同的開口距離）經過多次壓制，形成具有一定開口的半成品鋼管，鋼管開口向上進入預焊機前部的輸送輥道，在進行合縫前先由安裝在預焊機入口導向裝置上的干燥裝置對開口鋼管的焊口進行加熱干燥，為保障后續的焊接質量。同時通過入口導向裝置和輸送裝置將鋼管緩慢地輸送到預焊機的工作區域。接著由預焊機上的壓輥對開口鋼管進行壓力合縫，在合縫的同時進行預焊，全過程屬于自動化操作。

JCOE生產管線用預焊機環型架上安裝有主壓輥裝置，另外還有兩組45°向下的側壓輥機構，在每組的側壓輥下都有一組下支撐輥，這兩組支撐輥和三組壓輥組成輥籠。根據鋼管的規格不同，通過傳動裝置調整支撐輥的開口距離，以適應鋼管的外徑弧度。鋼管進入預焊機后，通過側壓輥和上壓輥裝置對鋼管進行持續夾持壓緊，使開口鋼管壓緊到預焊所需的特定幾何形狀，接著再由預焊機上的焊接裝置進行自動焊接。但是在鋼管進入焊接前必須對合縫后的鋼管進行周長測量，看是否符合鋼管的幾何尺寸要求。在合縫時環型架的結構形式對合縫的質量、效率都起到很大的影響。

現國內大多數的制管企業都用國產鋼管預焊機，根據制造鋼管需要選用的設備型號也不同，以下對JCOE生產線用預焊機，規格為￠400/1420×12500型的鋼管預焊機環型架進行改造及分析。改造前環型架的油缸組合不能很好的實現自動預焊，因為鋼管的錯邊量不易控制，采用現有的壓輥調節達不到技術要求。當要調整時需要工人在鋼管開口高出的地方墊上鋼板，在主壓頭下壓的時候保證開口高度平齊，這樣需要隨時調整，不能實現連續合縫。因此，要想實現連續預焊也是不可能的。只有在合縫的同時，調整好鋼管的錯邊量由焊接工人蹲在鋼管上（由于鋼管的直徑較大，且鋼管開口在上方工人高度不夠無法進行焊接）進行用點焊，鋼管通常有12m長，如果整根鋼管都由蹲在鋼管上的工人焊接，側在該工序效率太低嚴重影響后續的生產。為了解決此問題，將點焊后的鋼管再由幾個工人共同預焊。雖然效率有所提高，但是在生產任務較緊的情況下，依然滿足不了后續生產的要求。針對不同直徑的鋼管還要人工調節下支撐輥的開口，同時工人所處的工作環境較差且浪費人力，另外側壓輥對鋼管產生的壓痕比較明顯，很難解決。這些問題的存在，經過多方面分析最后總結的主要原因是環型架部分的結構設計不太合理。

經過慎重考慮并且由技術人員在電腦上多次模擬，最后決定在￠400/1420×12500環型架的基礎上進行重新設計，設備的其他結構部分基本上保持不變，主要連接尺寸保持原樣，從而減少了安裝的難度，成本也得到很大的控制。設計后的環型架結構如圖所示：

新設計的環型架比原用環型架增加兩組水平放置油缸，壓力噸位和原45°油缸噸位相同。這樣就由原先的5個油缸增加到了9個，并把對合縫時作用較小，而主要作用是為自動預焊提供平穩的焊接環境的原主壓輥油缸由200t變為100t。在工作時合縫力主要靠水平的4個油缸產生。鋼管的支點在最下方，水平油缸力臂最大，產生的合縫力矩也大，同時水平油缸還可防止鋼管轉動，為鋼管的自動預焊提供了有利條件。另外保留的4個45°油缸，它除了產生一定合縫力外，還可以調整鋼管的錯邊量。其次改變了提升絲母的安裝位置，從而減少了絲杠的長度，合理分配了合縫時產生的壓力，減少了壓蓋的損壞。另外還將主壓輥和安裝梁尺寸變小。同時對下支撐輥也進行了同步設計。

在重新設計的環型架中，所有壓輥的輪廓線都由原來的圓弧輥改為現用的直線輥，在以前的操作中由于工人對環型架和下支撐輥的位置調節不當，圓弧輥凸出部分和鋼管接觸產生的鋼管壓痕，很難避免。從新設計的壓輥基本上解決了壓痕問題，現用直線輥無論輥道怎么調節都是線接觸不存在棱角對鋼管產生壓痕。另外為了配合環型架的改造，下支撐輥結構由原來的45°變為與進口處輸送輥角度一致的30°，鋼管可以平穩的進入預焊機工作區，保證了自動預焊的工作條件，減少了鋼管的錯邊量，同時也無需在改變鋼管規格時，費時費力的調整下支輥開口。

絲杠結構改變的具體技術方案是：以前合縫時壓輥產生的合縫力主要作用在絲母的壓蓋上（壓蓋主要靠8只M20的螺釘與環型架連接），壓蓋和螺栓容易損壞，作用力的分配上存在問題，應將整個的作用力分解在環型架上更為科學些。現在把絲母安裝位置旋轉180°，放在側壓輥的上方，改變絲母的安裝位置后，合縫時的力量主要作用在絲母上，通過絲母傳到環型架上。

這樣使絲母上的壓蓋受力情況得以改變，壓蓋不易損壞，結構更為合理。絲杠也由原來的3.5m變為2.98m，節省了材料，降低了成本。將絲母安裝在上方，還解決了由于增加水平油缸原絲母座礙事等問題。

事實證明新環型架的使用，使預焊機實現了自動預焊，把以前需要4個人同時焊接完成的工作，變成現在只需要一個操作人員即可。

生產效率得到提高，焊接質量有了保證，鋼管表面壓痕現象基本消除。同時減少了后續修補和打磨的工作量。預焊機環型架的改造，僅僅在這一道工序中就能為企業帶來可觀的經濟效益。

[1]理論力學[M].高等教育出版社，2002，8.

[2]GYH-40/1420×1250預焊機（天水鍛壓）.使用說明書.

[3]機械設計手冊[M].化工機械出版社.