螺旋焊管微擴口分析

趙藝

（新疆八鋼金屬制品有限公司烏魯木齊金圓螺旋焊管分廠，新疆 烏魯木齊 830000）

0 前言

螺旋焊管主要用于輸送流體，介質有水、蒸汽、天然氣、石油和化學液體等，輸水時除一般形式鋼管外還有不銹鋼芯子免補口鋼管和承插鋼管形式，承插鋼管因其安裝快捷、方便而受到用戶歡迎，這兩種鋼管均需將管端擴口，對于壁厚≤10 mm鋼管，冷擴口后會發生冷作硬化，冷作硬化會改變力學性能，是否能滿足使用要求需要研究，同時該類鋼管因安裝需要擴徑率太小，不能執行GB9711-2011PSL1《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》中0.003-0.015定徑率要求，國內對承插鋼管并沒有行業標準或國家標準，因此合適的擴徑率是保證使用功能的重要參數。

1 螺旋焊管微擴口分析

1.1 冷作硬化

材質為Q235B的螺旋焊管兩端在擴徑力作用下微擴口成型，截取擴徑后的母材做力學性能試驗，發現屈服強度、抗拉強度、延伸率均發生了變化，見表1和表2可以看出，擴口后屈服強度已接近抗拉強度，抗拉強度有的超出正常材料標準范圍；冷作硬化后延伸率已低于正常材料標準值26%，但均大于15%，目前沒有微擴口力學性能標準，從同樣產生冷作硬化的冷軋帶肋鋼筋《冷軋帶肋鋼筋GBT 13788-2017》標準看（見表3），擴口管材料Q235B抗拉強度接近冷軋帶肋鋼筋CRB550，擴口管材料屈服強度采用的是Rt0.5，冷軋帶肋鋼筋延伸強度采用的是Rp0.2，兩者沒有可比性，斷后延伸率可以做為對比的指標，斷后延伸率指標是不小于11%。從表2看，微擴口管端斷后延伸率均大于15%。

表1 擴徑前母材拉伸表

表2 擴徑后母材拉伸表

金屬塑性變形時，由于變形不均勻，使變形時所施加的能量約有10～15%以彈性能的形式存留在金屬內部形成變形內應力，微擴口過程中主要產生晶格畸變內應力。這類變形內應力有時是有害的，它導致工件的變形、開裂和抗蝕性降低，使工件降低抗負荷能力。需要采取一定措施，使內外應力疊加后相互抵消。涂塑鋼管是鋼管常用的防腐形式，執行標準是CJ/T120-2008，是以鋼管為基管，以塑料粉末為涂層材料，在其內表面熔融涂敷一層環氧粉末，在其外表面熔融涂敷一層聚乙烯層的防腐技術，其工藝特點是：

（1）涂塑工藝首先要求鋼管必須100%鋼砂噴丸處理，對于微擴口鋼管來說，微擴口后經過內外100%鋼砂噴丸處理，在表面層造成壓應力，能提高疲勞強度；

（2）鋼管噴丸處理后，涂塑工藝要求鋼管必須加熱到250℃左右，以保證涂敷材料落在鋼管上時能立即熔化，通過鋼管旋轉將涂料均勻涂敷于鋼管內外表面。這一加熱溫度產生的變化稱為回復，見圖1。隨著金屬加熱溫度的升高，金屬原子動能增大，空位和位錯移動，使得原來在變形晶粒中分散雜亂的位錯逐漸集中，內部結構趨向于完整狀態，從圖中可看出，在回復溫度范圍內，金屬內應力基本消除，延伸率緩慢提高，而在此同時卻保留了其強化了的機械性能，噴丸和低溫加熱后微擴口部分的力學性能表見表4。

表3 冷軋帶肋鋼筋力學性能表

圖1 加熱溫度對冷變形金屬的組織與性能的影響

表4 回復后母材拉伸表

從表4可以看出，經過低溫加熱，微擴口母材部分延伸率有了提高，材料韌性得到了提升。

1.2 擴口變形量

鋼管因受外力作用而變形的過程可分為三個階段：彈性變形階段，彈性-塑性變形階段，斷裂，微擴口需要的是塑性變形，變形量過大會造成擴口部分焊縫甚至母材撕裂，因此擴口變形率必須控制在一定范圍內，GB9711-2011PSL1《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》中定徑率0.003-0.015的要求對承插鋼管無效，不能滿足安裝尺寸的需要，從表5實際情況看，擴口變形率在0.025-0.05之間是比較合適的，既能滿足安裝尺寸要求，又能滿足力學性能要求。需要注意的是，微擴口鋼管必須經100%X射線檢測，檢測合格后才能擴口，否則有焊縫缺陷的鋼管擴口時必然產生裂紋缺陷，影響正常使用。

表5 擴徑比數據表

1.3 尺寸變化

微擴口鋼管經冷變形后，圓周方向尺寸增大了許多，壁厚必然發生變化，從實際測量看，母材壁厚會減薄0.2 mm左右，因此在選用母材壁厚時必須考慮減薄量，以確保管線有效運行。

2 總結

承插鋼管因其安裝方便快捷受到了用戶的歡迎，但此類鋼管暫沒有行業標準和國家標準，力學性能指標和部分關鍵設計數值沒有統一的要求，必然會造成行業亂象，影響產品的使用和推廣，通過摸索得到的數據用于指導生產，能確保產品滿足功能需求。