焊接擠壓輥造成管體表面缺欠的處理

2017-10-11 01:25:27介升旗吳鵬飛陳浩明

焊管 2017年3期

介升旗，吳鵬飛，陳浩明

（寶雞石油鋼管有限責任公司寶雞專用管公司，陜西寶雞721008）

焊接擠壓輥造成管體表面缺欠的處理

介升旗，吳鵬飛，陳浩明

（寶雞石油鋼管有限責任公司寶雞專用管公司，陜西寶雞721008）

為了有效消除高頻直縫焊管管坯外表面的壓痕和劃傷缺欠，結合高頻焊管機組焊接擠壓輥的設計特點，分析了焊接擠壓輥造成管坯壓痕或劃傷等表面缺欠的原因，認為上擠壓輥輥緣對管坯造成線狀壓痕或壓坑、側擠壓輥輥緣對管坯造成線性壓痕或月牙狀劃傷、下輥輥緣對管坯造成線性壓痕是造成表面缺欠的主要原因。通過對焊接擠壓輥造成管坯表面缺欠原因的分析，提出了相應的防止措施。

高頻焊；焊接擠壓輥；壓痕；劃傷

Abstract:In order to effectively eliminate the dents and scratch defects on outer surface of high frequency longitudinal welded pipe billet,combined with the design characteristic of high frequency welded pipe units welding squeezing roller,it analyzed the main reasons for dents and scratch defects caused by welding squeezing roller.The results indicated that linear indentation or dents on pipe billet caused by upper squeezing roller edge;linear dents or crescent scratch on pipe billet caused by lateral squeezing roller edge;linear dents on pipe billet caused by lower roller edge.Through comprehensive analysis on the reasons of pipe billet surface defects due to welding squeezing roller,the corresponding preventive measures were put forward.

Key words:HFW pipe;welding squeezing roller;indentation;scratch

寶雞石油鋼管有限責任公司寶雞專用管公司高頻焊管機組生產外徑為Φ193.7 mm的高頻焊接管坯用于生產熱張力減徑油套管，該機組焊接擠壓輥采用五輥擠壓，在設備調試過程中管坯經過焊接擠壓輥時，在管坯外表面造成線狀壓痕或月牙形劃傷等表面缺欠。為了有效消除管坯外表面的壓痕和劃傷缺欠，從軋輥的孔型設計特點、安裝精度以及軋輥參數設定等方面對可能產生壓痕和劃傷的原因進行了分析，針對壓痕和劃傷產生的原因提出的了相應的防止措施，消除了管坯壓痕和劃傷的產生，提高了管坯的表面質量。

1 焊接擠壓輥的設計特點

焊接擠壓輥采用五輥擠壓，上擠壓輥的孔型半徑106.80 mm，側擠壓輥和下擠壓輥孔型半徑為97.09 mm。上擠壓輥內側逸出角為R1.5，外側逸出角為R3，側擠壓輥和下擠壓輥逸出角為R4，上擠壓輥輥縫設計為8 mm，上擠壓和側擠壓輥、側擠壓輥和下擠壓輥輥輥縫設計為4 mm，理想狀態下管坯經過焊接擠壓后形成一個正圓，如圖1所示。

根據上述可以看出，焊接擠壓輥上輥孔型半徑比側擠壓輥孔型半徑大10%，這樣的設計使得上擠壓輥的外側輥面與理想的圓形管坯斷面形成一個縫隙，該縫隙通常被稱為“后跟隙”，如圖2所示。后跟隙的存在使得焊接擠壓時上擠壓輥內側形成的力要大于擠壓輥外側受到的力，更有利于焊接擠壓和熔融金屬的排出，同時減少上擠壓輥在外側輥緣對管坯造成壓痕。

圖1 焊接擠壓輥基本尺寸

圖2 上擠壓輥 “后跟隙”示意圖

下焊接擠壓輥的使用能夠減小側擠壓輥下側輥緣的直徑從而減少其下側輥緣位置因和側擠壓輥中間位置線速度差異而對管坯造成劃傷。

2 常見表面缺欠及其原因分析

2.1 上擠壓輥輥緣對管坯造成線狀壓痕或壓坑

2.1.1 擠壓輥、側擠壓輥孔型半徑的影響

該機組調試初期，發現上擠壓輥外側輥緣容易對管坯造成線狀壓痕。上擠壓輥外側設計有后跟隙，正常生產時上擠壓輥的外側受力較小，應該不會對管坯產生壓痕。分析認為，后跟隙是理想的圓形管坯斷面條件下，上擠壓輥內側孔型面和理想的圓形管坯剛好接觸時，上擠壓輥外側與理想的圓形管坯形成的一個縫隙。但實際生產過程中由于軋輥參數設定不一定正好調整到設計的尺寸、成型過程中管坯受力不均勻、管坯存在彈性變形等原因，管坯不可能形成一個理想的正圓，因此實際生產時這個后跟隙是不存在的，上擠壓輥內外側均和管坯接觸，只是受力大小有差異。當外側受力大時，就會在外側輥緣處產生壓痕。為了減少上擠壓輥外側對管坯造成的壓痕，需要增加后跟隙，減少上擠壓輥外側受力。不同上擠壓輥孔型半徑下的后跟隙如圖3所示，圖3中實線為孔型半徑小時的上擠壓輥孔型，虛線為孔型半徑大時的上擠壓輥孔型。由圖3可以看出，上擠壓輥孔型半徑相對其側擠壓輥的孔型半徑越大，則后跟隙越大。

圖3 不同上擠壓輥孔型半徑下的后跟隙

為了有效消除上擠壓輥外側輥緣對管坯造成的壓痕，經過和設備供應廠家多次交流討論，最終將上擠壓輥的孔型半徑由原來為側擠壓輥孔型半徑的1.1倍修改為1.15倍，即上擠壓輥孔型半徑由106.8 mm修改為111.65 mm，增加了后跟隙。使用新的上擠壓輥生產相同壁厚材質管坯時，采用同樣的工藝參數，有效地消除了上擠壓輥外側對管坯造成壓痕。當然，如果上擠壓輥外側逸出角過小，也會造成線狀壓痕。

2.1.2 不同壁厚材質的管坯的影響

后跟隙大小不但與上擠壓輥、側擠壓輥孔型半徑有關，也與上擠壓輥和側擠壓輥的位置有關。同樣的上擠壓輥和側擠壓輥，上擠壓輥之間的間隙調整的越小，上擠壓輥越遠離側擠壓輥，后跟隙越小，上擠壓輥之間間隙調整的越大，上擠壓輥越靠近側擠壓輥，后跟隙越大，如圖4所示。在實際生產中要合理調整上擠壓輥之間的間隙。一套機組要生產不同壁厚材質的管坯，生產薄壁管為了保證管坯的穩定性，防止鼓包和錯邊，需要減小上擠壓輥輥縫；對于厚壁管，由于成型比較穩定，上擠壓輥受力大，熔融金屬排出量比較大，排出的熔融金屬有時會受到上擠壓輥的擠壓造成管坯表面壓坑，而且容易在上擠壓輥外側造成壓痕，因此生產厚壁管時要適當將上擠壓輥輥縫調大一些，這有利于減少熔融金屬造成的壓坑和上擠壓輥外側對管坯造成壓痕。

圖4 擠壓輥位置與后跟隙的關系

因為上擠壓輥擠壓時內側受力大，外側受力小，擠壓輥受到力矩的作用有一繞著上擠壓輥軸旋轉的傾向。如果上擠壓輥軸承磨損、損壞等原因造成軸承間隙過大，上擠壓輥會沿著上擠壓輥軸向內側旋轉，如圖5所示。鋼帶強度越大，壁厚越大，軋輥的旋轉也越大，這種旋轉導致后跟隙變小，上擠壓輥的間隙變小，擠壓力不足，容易出現錯邊、上擠壓輥內側擠壓熔融金屬形成凹坑等。出現此類問題，要及時檢查緊固或更換軸承。

圖5 上擠壓輥旋轉示意圖

2.1.3 上擠壓輥偏離機組中心的影響

如果上擠壓輥偏離機組中心，熔融金屬容易受到上擠壓輥擠壓，造成壓坑。如果壓坑始終出現在焊縫的一側，對上擠壓輥中心進行整體調整即可；如果上擠壓輥間隙較小，熔融金屬或者飛濺容易受到上擠壓輥的擠壓造成壓坑，如果鋼帶板型較好，成型也比較穩定，焊縫兩側容易出現熔融金屬造成的壓坑，需要調整上擠壓輥的間隙。如果鋼帶月牙彎較大或者原料有鼓包時，焊縫容易偏轉或來回錯邊，熔融金屬也會受到上擠壓輥的擠壓，造成壓坑，雖然通過成型的調整能夠減少以上問題，但主要從原料板型上考慮解決問題。

2.2 側擠壓輥輥緣對管坯造成線性壓痕或月牙狀劃傷

如果側擠壓輥上輥緣或下輥輥緣對管坯造成壓痕，首先要檢查焊接擠壓后管坯尺寸，如果側擠壓輥擠壓過大或上擠壓輥壓下量不足，平橢小于立橢，管坯在上下輥緣部位受力較大，變形嚴重，容易造成線狀壓痕，而且管坯底部容易形成鼓肚。此時要根據測量的管坯尺寸確定適當打開側擠壓輥或將上擠壓輥適當壓下。如果下擠壓輥安裝低于設計尺寸，則側擠壓輥下輥緣受力較大，容易造成壓痕。如果側擠壓輥中心偏離機組中心，則一側的側擠壓輥受力較大，容易在受力大的側擠壓輥上輥緣或下輥緣產生線狀壓痕。如果側擠壓輥下輥緣對管坯造成月牙形劃傷，一般是由于下輥緣表面劃傷，同時線速度相對中間部位較快，和管坯相對滑動造成，主要應檢查修磨下輥緣表面劃傷，必要時應檢查確認檢查軋輥下輥緣的逸出角、標高、垂直度等。

2.3 下輥輥緣對管坯造成線性壓痕

從設計尺寸可以看出管坯經過焊接擠壓輥后，應該形成一個正圓。如果側擠壓輥沒有閉合到位或者下擠壓輥安裝高于設計尺寸，側擠壓輥受力較小，下擠壓輥受力過大，管坯沒有形成一個正圓而是形成一個橢圓，平橢尺寸大于立橢尺寸，在下擠壓輥的輥緣部位受力過大，形成線性壓痕。除了檢查軋輥參數調整是否合適外，還應該對下輥的安裝尺寸進行檢查確認，確認下輥標高、水平度是否合適，中心線是否和機組中心保持一致，其次檢查下輥的輥緣的逸出角是否合適，如果下輥輥緣逸出角過小，應該對逸出角進行修磨。

3 管體表面缺欠的處理措施

管坯經過焊接擠壓輥時有時會在不同部位會產生壓痕或劃傷，產生壓痕或劃傷的主要原因及相應的處理措施見表1。

表1 焊接擠壓輥造成管坯表面缺欠的原因及處理措施

4 結束語

經過對擠壓輥產生壓痕和劃傷主要原因進行分析，發現任何一個參數都不是孤立的，任何一個參數的變化都會影響其他參數，例如為了消除側擠壓輥的上緣對管坯造成的壓痕而將上擠壓輥下壓，會造成焊接擠壓力增加，擠壓量變大，對接形狀變化等。因此出現壓痕或劃傷后應對其產生的原因進行仔細分析，處理時一定要綜合考慮各種影響。按照以上方法對機組的擠壓輥進行優化設計和調整，消除了擠壓輥對管坯造成的壓痕和劃傷，管坯表面質量光滑。

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Pipe Body Surface Defect Treatment Caused by Welding Squeeze Roll

JIE Shengqi,WU Pengfei,CHEN Haoming
（Baoji OCTG Company of Baoji Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,Baoji 721008,Shaanxi,China）