水壓擴徑機合模浮動調整機構

梁景洪

摘 要：詳細闡述了焊接鋼管設備中水壓擴徑機的合模在工作過程中出現的現象，并根據合模的受力情況，提出了合模浮動機構調整的改造方向。

關鍵詞：水壓擴徑機；合模；調整機構；擴徑率

中圖分類號：TG306 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.096

石油天然氣在陸地、海洋開發的快速發展對管線鋼管的制作工藝提出了更高的要求。鋼管擴徑的目的有以下3個：①矯正鋼管在成型、焊接過程中的不均勻變形，使鋼管的管徑、圓度和直度達到要求的精度；②消除由成型機壓縮加工產生的管體殘余應力，改善應力分布，提高鋼管的整體力學性能；③消除焊縫焊接造成的殘余應力，避免因產生氫脆而導致氫致裂紋出現。

1 “水壓擴徑”的定義及鋼管出現的現象

1.1 “水壓擴徑”的定義

目前，國內外的擴徑方法主要有水壓擴徑法和機械擴徑法。就擴徑效率來說，水壓擴徑法要遠遠高于機械擴徑法。水壓擴徑的原理為：水壓擴徑機兩端頭將鋼管兩端密封，外模將鋼管包住，從一端向鋼管內注入高壓乳化液；高壓乳化液將鋼管擴脹到緊貼外模，在鋼管徑向擴大的同時，水壓機一頭隨動伸長，以保證縮短時不漏水；按設定時間保壓后，即完成擴徑工序。

1.2 水壓擴徑過程中鋼管出現的現象

在水壓擴徑過程中，合模對鋼管的管徑、圓度和直線度起著重要的作用。水壓擴徑機由6組合模組成，覆蓋管長12.5 m。為保證合模同軸，合模數量越少越好。考慮到加工成本和短管的生產，將合模設計為6組。此時，就需要考慮如何保證合模的同軸度。一旦同軸度得不到保證，鋼管就會出現錯節現象，無法滿足交貨要求。另外，如果每組合模間的間距無法保證，當間距過大時，就會出現竹節現象，同樣使鋼管無法滿足交貨要求。為解決以上問題，提出了關于合模調整和結構設計的方法。

2 水壓擴徑機合模的受力情況

2.1 現有水壓擴徑機合模機構的使用情況

合模機構的安裝形式為：耳座合模水缸使用后耳座結構，與合模水缸底座連接，安裝在地基上。對于這種結構來說，如果沒有浮動調整機構，就會出現上述問題。在多年的使用過程中，后耳座的連接銷軸變形并磨損，銷軸與耳座的間隙變大。這說明，合模在工作過程中會使合模水缸受到一個沖擊力，使銷軸變形，進一步驗證了合模浮動調整機構的重要性。

2.2 鋼管對合模的影響分析

水壓擴徑率的確定對鋼管有著重要的影響，擴徑率的計算公式為：

σ=（D-d）/D. （1）

式（1）中：D為鋼管擴徑后的管徑；d為鋼管擴徑前的管徑。

一般情況下，水壓擴徑的擴徑率為0.3%.如果鋼管擴徑后的管徑為610 mm，那么水壓擴徑前的管徑則為608.2 mm。從以上數據可以看出，如果鋼管出現彎管，那么就無法合模或者合模后，合模受到抗彎的力。因此，在水壓擴徑前，應校直鋼管。這是保證模具順利合模的關鍵。由于校直的效率與生產成本有一定的關系，因此，校直對象一般為管彎程度較大的鋼管。既然存在彎管，合模就要主動去適應這一情況。

2.3 合模機構如何適應彎管

為解決以上問題，合模機構需要一個浮動調整機構配合彎管的使用。合模底座的上方向、下方向、左方向和右方向都需要具備浮動條件，并且具備復位功能。合模底座安裝在一塊63 mm厚的丁晴橡膠墊上，而且在受到外力的情況下，比如合模的重力，丁晴橡膠壓縮后的理論高度為60 mm。但是，每種規格的橡膠墊的質量并不相同，因此考慮選用硬度較高的橡膠墊。上方向的浮動采用碟簧與鎖緊螺栓定位的結構，實現合模底座上浮的限位與復位；合模左、右方向的浮動采用復位水缸，在工作狀態下，合模為自由浮動。當鋼管進入合模前，先使用4個復位水缸將合模底座推到設備要求的位置，也就是水缸滿行程的狀態。合模底座到位后，復位水缸即可復位，使合模在后續動作過程中不受水缸作用力的影響。

合模的浮動在一定程度上解決了彎管的問題，并且減少了鋼管擴徑過程中合模對鋼管過多的約束。合模對鋼管的約束會造成鋼管變形、直線度不合格等情況。合模的浮動機構也需要考慮到合模水缸的浮動。由于合模上、下方向存在一定的位移，因此，合模水缸必須隨動，否則會被損壞。對于水缸浮動機構，其合模水缸的安裝座采用碟簧組結構，實現合模水缸的上下浮動。合模水缸采用中耳軸，安裝在滑塊上。將滑塊作用于碟簧組上，實現合模水缸的上下浮動。滑塊由卡塊定位，并預留滑動間隙。同時，考慮到合模會有一定范圍的擺動，我們采用了安裝座旋轉的結構。連接鎖緊軸與安裝座，并通過連接座固定于合模安裝大梁上。

3 水壓擴徑過程中鋼管縮短情況的介紹

鋼管在擴徑時徑向變大，隨后，鋼管會出現縮短的情況。根據筆者對所在公司某幾個訂單的統計得出，鋼管擴徑前與擴徑后的平均縮短量約為22 mm。由于鋼管出現縮短情況，其在貼緊內襯模后，內襯模也受到其軸向縮短拉力所產生的摩擦力的影響，容易導致合模移位。

為了解決以上問題，合模座的前、后應使用前后擋塊限位，防止合模在鋼管縮短時隨之移動。如果取消這樣的剛性限位，那么在多次做管時，合模間的裝配間隙就會越來越小，最后合模間相互接觸，增加合模合起的阻力，加劇合模兩側的磨損，導致設備的使用壽命縮短。

4 總結

水壓擴徑機采用的是外模包容法，鋼管外徑的大小取決于外包模具的尺寸。多組合模間的相對位置是否合理直接決定鋼管能否滿足產品要求。在成型過程中，如果合模的狀態不合理，也會造成鋼管不合格。因此，水壓擴徑機的合模浮動調整機構是鋼管質量的一個保證，能大大提高鋼管的質量，并延長設備的使用壽命。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕