直縫焊管短成型工藝

陳 斌，蔣道頂

（1.寶山鋼鐵股份有限公司，上海 210009；2.佛山重本異型鋼管有限公司，廣東 佛山 528234）

隨著生產工藝和裝備的不斷提升，高頻焊接鋼管質量日趨提高，其材質可選擇范圍大，并具有拉伸變形等深加工的優勢，因此，廣泛應用在鍋爐、電站等領域，并逐漸替代無縫管。在直縫焊管生產工藝中，成型方法對焊管質量有很大的影響。近年來新的成型技術和軋輥孔型設計方法不斷發展。但隨著機組設備投入的增大，軋輥模具費用也相應增大，因此，必須在孔型設計上不斷地尋求高效節約的設計方式。本研究以生產φ102mm×4mm直縫焊管和100mm×80mm×4mm矩形管的焊管軋輥孔型設計為例，介紹該短成型工藝的設計方法。

1 鋼帶寬度計算

鋼帶寬度計算方法與常用壁厚的圓管鋼帶寬度計算方法基本相同。以成品管徑101.6 mm，板厚為4 mm的鋼帶為例進行計算，即

B用=π×D擠壓+K-2t=3.14×102.5+1.6-2×4=315.45 mm， 取值（316±0.1）mm；

D0=101.6 mm， △D=D0+0.3×3=102.5 mm；RF=51.35 mm。

B設=LF=2πRF=2π（D擠壓+C）=2π（102.5+0.25）/2=322.64 mm，取C=0.25 mm；

其中，B用為實際用材料寬度；B設為設計用材料寬度；RF為設計擠壓輥半徑；LF為設計用變形弧長；D擠壓為成品管直徑+定徑量；D0為成品管直徑；t為壁厚；K為焊接余量。焊接余量和板厚的關系見表1。

表1 焊接余量和板厚的關系

2 變形道次的選擇

一般焊管成型過程大致分以下幾個階段：粗成型段—中間成型（組合輥）—精成型段—擠壓焊接段—定徑段—矯直段。以雙半徑孔型設計為例，粗成型段的主要目標是彎曲邊部，彎曲半徑接近成品管半徑，精成型段是將經過中間成型的雙半徑截面進一步閉合，使最終截面成為圓形。

現在一般采用W成型的焊管機組都采用的是粗成型3平2立，中間段（組合輥）3架立輥，精成型部分為3平2立，到焊接部分，定徑部分應是5平5立。

而短成型的機組布置成型部分是5平4立，定徑部分是3平3立，具體成型的機架排列如下：平、立、平、立、立、平、立、平、平（擠壓對焊成閉口）。這樣的成型方式和正常相比，成型段的長度要縮短近1/3，平面布置如圖1所示。

圖1 短成型機組平面布置圖

3 各架軋輥孔型圖的設計

第1道平輥采用傳統的邊緣變形，兩邊緣彎曲的鋼帶寬度約占鋼帶總寬度的1/4，其彎曲角R1=210×51.35/24=449.3 mm， R3=56 mm， 變形角度420°。上下輥都可以采用輥片，中間用隔套的方式組合，這樣可以擴大調整范圍，而且這樣還可以大大的節省模具費用。

第1道立輥是在保持第一道邊緣彎曲變形的基礎上對中間部分進行變形，變形角度為740°，變形后半徑為182 mm。

第2道平輥變形是在基本保持第一道邊緣彎曲半徑不變的基礎上，主要彎曲中間部分，彎曲角度為102°，彎曲半徑為119.2 mm。也可以采用輥片和隔套的方式構成孔型來變形。各架次軋輥成型半徑的計算見公式（1）。

其中：Ri為參與變形的第i個圓弧成型半徑；ai為參與變形的第i個彎曲角度；Li為參與變形的第i個圓弧的長度。

各變形道次的設計參數見表2。

表2 各變形道次設計參數

根據表2中的數據繪制出變形過程的變形花，如圖2所示。通過調整Li和ai的大小來調整變形圖，使其變形均勻。在軋輥的配置上，前面幾架多采用輥片和隔套組合的方式進行，這樣最大限度地提高了軋輥的共用性。在一定的規格范圍內，優化邊部彎曲半徑，使一件軋輥通過調整隔套能滿足不同規格和壁厚成品管的成型要求；優化帶鋼的中部變形，減小對帶鋼中部的約束，使中間成型段自然成型，降低軋制摩擦，提高成品管表面質量。加強立輥的成型作用，對設備的強度要求相對要高。

圖2 變形花

4 繪制變形圖

計算好每道次截面的中心位置，按上山成型法配置軋制底線，繪制變形圖，如圖3所示。

圖3 各架次變形示意圖

5 結 語

按照常規雙半徑（W成型）設計，一套φ102mm軋輥的重量，節約模具為40%，而且所占用的空間也縮短很多，調試更加快捷，采用短成型法軋制的成品管表面沒有明顯擦痕，成品管的尺寸及橢圓度都達到直縫焊管的國標要求。而且在大連增益重工機械廠調試都獲得成功，幾臺機組都遠銷到俄羅斯。綜上所述，短成型法有以下幾個特點：

（1）有利于鋼帶的自然成型，減少摩擦，降低軋制功耗；

（2）大大降低了軋輥的消耗，節約軋輥達到40%左右；

（3）降低了設備的投入成本，節省場地。安裝快捷，調整方便。

［1］小奈弘,劉繼英.冷彎成型技術［M］.北京：化學工業出版社，2008.

［2］王先進.冷彎型鋼生產及應用［M］.北京：冶金工業出版社，1994.

［3］吳鳳梧.國外高頻直縫焊管生產［M］.北京：冶金工業出版社，1981.

［4］哈姆斯.冷彎成型技術手冊［M］.北京：化學工業出版社，2009.

［5］徐福昌.鋼管生產工藝和理論［D］.北京：北京科技大學，1995.

［6］崔高健，呂相艷，遲正洪.冷彎型鋼成型技術發展現狀［J］.機械制造，2005（10）：39-42.

［7］劉志檢.ERW 直縫焊管成型裝置的發展［J］.鋼管，2007（01）：1-8.

［8］馮釗堂，李鵬.JCO成型過程中鋼板的變形規律研究［J］.鋼管，2013（01）：17-20.

［9］周淑軍，駱傳教，吳秀宇，齊國政.FFX成型技術的先進性分析［J］.鋼管，2010（01）：53-55.

［10］蘭興昌，張海軍，于百勤，等.大口徑直縫埋弧焊管成型技術的進步［J］.鋼管，2006（01）：26-31.