螺旋焊管成型控制技術分析

劉洋

（大慶油田裝備制造集團油田專用產品制造分公司螺旋焊管制造廠，黑龍江 大慶 163712）

螺旋焊管成型控制技術分析

劉洋

（大慶油田裝備制造集團油田專用產品制造分公司螺旋焊管制造廠，黑龍江 大慶 163712）

螺旋焊管因為成本低、生產效率高等優點，現在已經被廣泛的應用到石油開采產業內，焊接鋼管逐漸向大孔徑、高鋼級、大壁厚方向發展，而螺旋焊管完全可以滿足生產要求。就實際生產現狀來看，螺旋焊管成型受各項因素影響較大，如果無法進行有效控制，將會影響實際應用。本文結合螺旋焊管特點，對影響成型質量原因以及控制技術要點進行了分析。

螺旋焊管；成型工藝；控制技術

螺旋焊管成型過程中受外界因素影響較大，為保證成型穩定性高，必須要確定各影響因素，基于鋼管規格來對成型調整原則以及方法進行調整優化，并加強對原材料選擇的管理，保證成型輥與螺旋焊管成型角合理性，爭取最大程度上來提高焊管成型穩定性，減少各類缺陷的產生，滿足實際生產需求。

1 螺旋焊管成型工藝

螺旋焊管生產即對熱軋帶鋼進行拆卷、矯平、剪銑邊等工藝處理后，采用某成型角度進入成型器內彎曲，然后對成型后的管坯內外焊接處理，最終得到焊管，如圖1。熱軋類帶卷為螺旋焊管生產原材料，對帶卷之間進行對頭焊接處理，滿足連續化生產需求。因為受運輸工具限制較大，對于成型后的螺旋焊管還要進行切斷處理，便于運輸操作。現在螺旋焊管成型工藝已經比較成熟，但是在生產過程中也會受到外部因素的干擾而產生各種質量缺陷，為確保產品達到專業標準，就需要在工藝完成后對所得產品進行平頭檢測和壓力檢測，確定其是否存在質量缺陷。整個成型工藝中，要保證每道工序實施的規范性，任何一個環節出現問題，均會對最終產品質量產生影響，尤其是彎曲成型工序，是影響螺旋焊管產品質量與生產效率的關鍵。

圖1 螺旋焊管成型工藝

對螺旋焊管成型原理進行分析，即通過三輥加載促使材料連續彎曲變形，得到理想尺寸。其中，螺旋焊管成型器為主要設備，可以按照成型機組定徑分為外抱式與內承式兩種管坯定徑機組。其中，外抱式定徑機組成型輥梁徑向位置尺寸可以根據實際情況進行調節，滿足不同規格螺旋焊管生產需求，具有更明顯的經濟優勢。內承式定徑機組焊管成型工藝完成后，會殘余內縮結構應力，可以將其看作為使用過程中的預應力，與外抱式定徑機組管坯相比，其應力狀態具有更大優勢。但是對輥梁設備剛度以及安裝精度要求更高，成本投入更多，因此在實際生產中以外抱式定徑機組為主。

2 螺旋焊管成型控制技術難點

由于成型縫變化調整與反應時間非常短，很容易因為控制不當而產生錯邊、開縫、坡度鈍邊不均勻等問題，造成螺旋焊管直徑、橢圓度以及直度等幾何尺寸與設計差異過大，無法達到生產標準。想要實現成型全過程控制，必須要對以往生產經驗進行總結，確定各類缺陷產生的原因，然后從技術角度出發，對成型工藝進行優化，保證每道工序實施的規范性與專業性，做好各項參數的控制，從根本上消除缺陷產生的可能性。

3 螺旋焊管常見成型缺陷

3.1 錯邊

焊管成型后出現錯邊缺陷，即鋼帶/鋼板邊緣間徑向偏移，會對焊管直徑產生影響，甚至還會造成焊縫增大，并且錯邊缺陷存在不可修復特點，一旦出現必定會造成鋼管降級。導致此類問題出現的原因主要是為帶鋼“月牙彎”，且月牙彎越大錯邊量越明顯。并且焊接輥頂的過緊也會造成錯邊，就以往生產經驗分析，螺旋焊管成型時，焊接墊輥應偏向成型輥10～15mm處最佳，且高度以鋼管下表面標高偏上一點最好，如果偏離距離過小便會產生正錯邊，而距離過大則會產生反錯邊。另外，生產過程中未對后橋輸出輥道進行調整，導管間隙超出標準，導致外控輥壓過緊而產生錯邊。

3.2 管徑超標

管徑超標主要為管徑超差與橢圓度超標兩個方面，其產生的原因主要為：第一，鋼遞送線位置偏差較大，帶鋼中心與理論遞送中心之間將會產生一個夾角，隨著夾角大小的變化，焊縫曲率也會發生變化，而產生橢圓度，同時產生錯邊后使得管徑與設計產生差異。第二，帶鋼“月牙彎”使得鋼管管徑發生變化，根據成型角計算公式分析：cosα=B/πD（B表示帶鋼工作寬度，D表示鋼管直徑），可知月牙彎可使得成型角度增大，管徑也會隨之變大，相反則變小。第三，鋼管成型過程中隨著阻力的變化而使得管徑大小產生差異，且成型阻力與管徑呈正比相關。

3.3 噘嘴

噘嘴即竹節缺陷，在螺旋焊管成型工藝中比較常見，即鋼管兩個咬合邊咬合以后，經常會因為各種因素限制，造成成型縫遞送一邊或者兩個邊向外翹起，是影響焊管質量的關鍵因素，必須要采取措施進行避免。對其產生原因進行分析，可以確定帶鋼成型過程中，受側壓輥和內壓輥影響，出現彈性變形問題，內部擠壓外部拉伸，使得母材在變形過程中橫向擴張，焊管成型后便會出現邊緣外翻的問題。或者是因為銑邊不均勻以及鋼板鈍邊形狀不合理，使得焊管成型過程中成型縫外緊內松，出現噘嘴缺陷。另外，選擇成型輥不合適，造成排輥間隙過大，帶鋼變形不完全而產生噘嘴缺陷。

3.4 裂紋

裂紋主要表現在焊縫以及熱影響區內部或者表面，對鋼管耐腐蝕性影響較大，是導致焊管使用壽命縮短的重要原因。造成裂紋缺陷產生的主要原因是應力影響，因為螺旋焊管在成型區內焊作業，受到應力影響鋼管會在焊接過程中產生變形，然后受遞送力影響最終形成裂紋。并且，在鋼管成型過程中，一般需要將內焊焊槍固定在輥臂上，同時其余輥位置必須要保證焊槍可以順利放入，這樣就會造成成型輥無法達到遞送線邊緣位置，帶鋼邊緣位置遞送變形力缺失，使得成型縫兩側鋼板變形曲率產生差異最終形成裂縫。另外，如果焊管焊接作業速度過快，以及成型角度比較小時，會加大鋼管成型的難度，經常會因為鋼管成型不足殘余應力過大產生裂紋。

4 螺旋焊管成型控制要點

4.1 成型工藝參數控制

為減少各類成型缺陷的產生，需要對生產工藝進行優化，保證各項參數設定的合理性。基于帶鋼生產寬度范圍要求，對于大管徑鋼管的生產應選擇應用較大成型角度，相對應小管徑鋼管則可以選擇應用較小成型角度。就我國螺旋焊管成型生產現狀來看，大部分機組成型角度選定為40°～76°之間，綜合經濟性與效率性元素分析，最佳應控制在40°～66°范圍內。總結以往生產經驗分析，一般直徑小于914mm的鋼管成型角度最佳應在45°～48°左右；直徑大于914mm的鋼管成型角度則應控制在52°～56°左右。對各類規格的鋼管進行調型時，可選擇應用成型樣筒調整，提高外控輥、側壓輥以及內壓輥位置的精確性。為避免工藝參數與設計差異過大，需要在整個成型過程中對各項數據進行監控，并通過對成型器的調整來保證成型輥輥面受力的均勻性。

4.2 成型輥與焊墊輥控制

對成型側壓輥以及內壓輥進行合理布置，保證三個輥始終保持在一條螺旋線上，將原來的一整條燕尾板更改為一條固定一條活動的組合形式，以此來保證鋼板邊緣有成型輥來維持帶鋼邊緣的充分變形。同時，通過科學設置來保證成型器成型輥可以承受成型壓力，并搭配較小直徑軸承輥，提高輥子排列密度，爭取最大程度上來減少成型變形盲區。

4.3 帶鋼板質量控制

為避免成型缺陷對焊管質量的影響，在選擇帶鋼板材料時，要盡量減少選擇帶鋼的“月牙彎”，并加強對帶鋼對頭質量的驗收，搭配科學合理的焊接參數，最大程度上來降低焊縫余高。還應盡量利用銑邊機來取代圓盤剪生產，尤其是大壁厚鋼管成型時，可以銑出鈍邊與坡口，來保證螺旋焊管焊接質量，對焊管成型合縫質量進行控制。另外，為避免帶鋼跑造成坡口與鈍邊處理不佳，而產生變化影響產品成型穩定性，需要將成型導板機構設置在銑邊機前后位置，與邊立輥相互配合，能夠避免帶鋼板的攢動，同時還可以解決側立輥對鋼板上下波動產生的缺陷問題。

4.4 預彎裝置應用

通過預彎裝置的應用，能夠對螺旋焊管成型噘嘴缺陷進行有效預防。傳統二輥預彎裝置實際應用效果比較差，現在多選擇應用三輥彎板，在原有上下兩輥基礎上增設了側向輥。就裝置結構特點分析，上輥外形多為錐形，下輥為普通圓柱形，可根據鋼帶厚度以及預彎寬度來進行靈活調整。側向輥為鼓形，且可根據工藝要求對其高度橫向進行調節，可以滿足不同規格鋼管成型生產工藝需求，具有良好的預彎效果。

5 結語

螺旋焊管成型過程中因為各因素干擾產生缺陷的概率比較大，為提高產品成型質量，達到專業標準，必須要對整個成型過程進行控制，保證各道工序以及每項參數的科學性，做好成型器的選擇與配置，從根源上消除各類隱患，提高產品生產綜合效益。

[1]玉向寧．螺旋焊管成型控制技術研究[D]．山東大學,2015．

[2]李福金．螺旋焊管關鍵成型工藝參數仿真研究[D]．燕山大學,2015．

[3]馬利芳．螺旋焊管成型縫“桃形尖”缺欠的控制[J]．鋼管,2008,(05):44-50．

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1671-0711（2017）08（下）-0131-02