螺旋焊管引熄弧板制作裝置的開發

楊永，鄭兆君

（山東勝利鋼管有限公司，山東淄博255082）

1 問題的提出

國民經濟的高速發展離不開石油、天然氣等能源的支撐, 目前東部沿海發達地區石油、天然氣的需求量與供應量仍存在巨大的缺口[1-3]，鋼管作為石油、天然氣的長距離運輸的主要方式，高標準、高質量鋼管需求量也逐漸加大[4]。當前國內主要螺旋焊管生產單位大多采用傳統的一步法生產工藝，其最大的不足就是生產速度慢、效率低下。為了破解這個難題，我公司引進了國際先進的兩步法生產工藝（又稱預精焊生產工藝），相比于傳統的一步法生產工藝，兩步法最大的優勢就是生產速度快，生產速度是一步法的3～6倍。成型和焊接分步進行，避免了傳統螺旋焊管生產中容易出現熱裂紋、夾渣等問題，容易得到高質量焊縫[5]。預精焊工藝流程如圖1所示。

圖1 預精焊工藝流程圖

由于成型預焊和精焊是分開進行的，為了提高焊接質量和減少材料消耗，必須在成型后的鋼管兩端分別焊接引熄弧板，引熄弧板的弧度和鋼管的弧度最好是完全一致。從對頭管上切割下來的弧形板由于成型殘余應力使鋼板產生彈性變形，因此不能直接焊接在鋼管上。必須采用機械加工的方法消除弧形板的殘余應力，使引熄弧板的弧形盡可能地與鋼管弧形一致。本文針對此問題，開發了螺旋焊管引熄弧板制作裝置。

2 引熄弧板的制作過程

2.1 引熄弧板工作原理

本文以生產φ508×10.1、材質為L555的螺旋焊管為例。坯料規格：320 mm×510 mm。L555板材材料參數：厚度為10.1 mm；屈服應力為555～705 MPa；抗拉強度為625～825 MPa；屈強比為0.93。

為了保證焊接可達性，在確定焊接位置并實施焊接[6]，焊接前先將一塊板材用手工電弧焊點焊到所要焊接焊縫的一端，然后埋弧焊是從該板材上開始引弧，等電弧移動到所需加工的焊縫時，焊接的電流、電壓和電弧都比較穩定，此時焊接的焊縫質量比較好，缺陷少，等焊接完成后，在熄弧板上結束焊接。引熄弧板的焊接方式如圖2所示。

為獲得和鋼管一樣弧度的引、熄弧板，必須對引熄弧板進行壓力加工，引熄弧板的加工和變形過程如圖3和圖4所示。

2.2 引熄弧板制作裝置

引熄弧板制作裝置主要由兩大部分構成：液壓壓力機，模具。

圖2 引熄弧板的焊接方式

圖3 引熄弧板的加工過程

圖4 引熄弧板的變形過程

液壓壓力機的計算選型：

鋼板厚度按照10.1 mm，相對彎曲半徑計算如下：

壓力機的公稱壓力[7]計算如下：

F=0.7KBt2σb/(r+t)=0.7×1.3×320×10.12×555÷（495.3+10.1）=32620.59 N。

因為我公司生產最大鋼管規格為1620×25.4, 材質為X120[8]。按照25.4 mm計算得到的公稱壓力為196 472.92 N。

根據液壓壓力機的選用原則[9]，設計選用了100 t液壓壓力機，壓力機行程為500 mm。上壓頭工作臺為500 mm×500 mm；2道T形槽之間的中心距為140 mm；下工作臺有3道T形槽，中心距為200 mm，T形螺栓為M20。壓力可調，行程可調；有自動、點動、半自動、腳踏開關和手動開關。引熄弧板加工模具主要由底座、上模、調節螺桿、旋轉軸等構成。生產不同規格的鋼管所需的引熄弧板大小不同，要求模具應具有一定的可調性。

2.3 工作步驟

1）引熄弧板毛坯件的下料。根據生產管型確定下料尺寸，引熄弧板原材料包括板頭、對頭管、降級管等，切割均采用等離子切割或氧氣乙炔火焰切割。

2）引熄弧板的制作。將下料的毛坯件放置在模具的底座上，調節螺桿調整到適當位置，啟動壓力機，調整上模下壓量，開始下壓，達到合適的要求，壓出所需的弧度。

3 結 語

該系統的優點有：設計機構簡單，使用、維護方便，使用范圍廣，理論上可以制作各種常見型號螺旋焊管的引熄弧板，實用效果較好，能夠滿足預精焊生產的配套需要，為后面的引熄弧板焊接及鋼管的焊劑提供了較好的保障，提高了螺旋焊管的焊接一次合格率，也大大降低了氣孔等焊接不穩定缺陷的產生。為螺旋焊管的引熄弧板制作提供了重要參考，同時也可用于直縫焊管的生產[10]。

圖5 壓力機示意圖