針對小口徑螺旋焊管微擴口工藝參數的研究

徐正斌

摘要：小口徑螺旋焊管存在焊接口內防腐蝕問題及鋼管接口承插問題，為解決此問題，需要將小口徑螺旋焊管的管端做微擴口處理，在微擴口時焊管管端會出現冷作硬化現象，同時擴口率數值和壁厚尺寸變化會影響鋼管的使用，本文通過對小口徑螺旋焊管在微擴口工藝過程中擴口率和壁厚變化進行分析研究，通過摸索對比得到相關數據，為指導實際生產提供理論參考。

關鍵詞：旋焊管微擴口擴徑率

引言

螺旋焊接鋼管在運送水、蒸汽、天然氣、石油和化學液體等方面有很重要的作用。在輸送水時，除了可使用無縫鋼管外，還可以用不銹鋼焊管及承插式鋼管，這種鋼管安裝簡單方便，因此受到廣大用戶的喜歡。另外這種焊管還需要進行管端擴口，而小口徑焊管在進行冷擴口后會產生冷作硬化現象，從而改變焊管的力學性能。力學性能改變后，對焊管進行進一步的分析，分析結果滿足使用要求的焊管才可以繼續使用。為了能夠滿足安裝要求，此類焊管擴徑率不能執行《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》標準中0.3%-1.5%的定徑率，而是要選擇很小的擴徑率。對于承插式鋼管，國內沒有相應的行業標準和國家標準，因此為了保證承插鋼管的使用功能，必須選擇合適的擴徑率。

1焊管的冷作硬化現象

焊管的擴徑是在擴徑力的作用下，焊管兩端通過微擴口而成型的。選取材料為Q235B的螺旋焊管進行力學性能實驗，首先從擴徑后的母管上截取試樣，然后進行拉仲實驗，測量屈服強度、抗拉強度、延伸率等力學性能參數，擴徑后焊管的屈服強度、抗拉強度、延伸率都發生了變化，端口擴徑后強度增大，比如屈服強度值接近于抗力強度值，部分抗拉強度值超過材料正常的標準范圍，而材料的延伸率降低，管端微擴口斷裂后延伸率均大于15%。

金屬在發生塑性變形時，由于變形是不均勻的，金屬中留存著大約10%-15%的外加能量，這部分能量是以彈性勢能的形式存在的。焊管進行微擴口時，主要的變形內應力為晶格畸變內應力，它會使焊管產生形變和開裂，因此對焊管微擴口來說是有害的，晶格畸變內應力還會降低焊管的腐蝕性能和抗負荷能力。為了避免這種內應力對焊管性能的影響，必須采取必要措施抵消該內應力。另外焊管的防腐蝕形式一般采用涂塑工藝，可參照CJ/T 120-2008標準，該工藝是將焊管作為基管，涂層材料采用不同配方的高分了防腐粉末，如在基管外表面熔融涂敷一層聚乙烯材料，內表面熔融涂敷環氧粉末材料，這種工藝主要作用是防腐，其特點如下：

（1）微擴口焊管必須進行完全鋼砂噴丸處理。為了提高微擴口焊管疲勞強度，對其內外表面進行完全鋼砂噴丸處理，在金屬表面層產生壓應力圈。

（2）微擴口焊管噴丸處理后，為保證所涂材料在焊管表面上迅速熔化，加熱溫度必須保證達到250 ℃左右，并且要求焊管旋轉使涂層材料均勻地涂敷在焊管的內外表面上。這種通過升溫使組織、結構和性能發生變化的現象稱為回復，如圖1所示。金屬在加熱升溫過程中，金屬原了活動能力逐漸增強，從而使動能增加，金屬位錯和空位發生移動，使原來變形晶粒中無規則的位錯逐漸集中并恢復到有序狀態，金屬內部結構趨于完整。在回復的溫度區問內，延伸率有所提高，內應力基本消除，機械性能與強化后的性能一致。

2微擴口變形率的確定

微擴口焊管的變形，主要是受到外力作用的結果，其形變過程可以分為三個階段：第一階段為彈性形變階段;第二階段為彈性一塑性形變階段;第三階段為斷裂階段。焊管的微擴口過程要經歷塑性形變階段，該階段如果變形量太大，焊縫以致母材將產生開裂，因此必須控制變形率，《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》標準中規定的定徑率為0.3%-1.5%不能滿足承插鋼管安裝要求，根據實際擴徑數據，比較合適的擴口變形率是2.5%-4.5%，在該變形范圍內，焊管擴口后能滿足力學性能和尺寸安裝要求。另外，還需要注意，必須通過X射線檢測完全合格的焊管才能進行微擴口，這樣才能保證微擴口后不會產生裂紋，保證焊管正常使用。

3螺旋焊管壁厚尺寸的確定

焊管經過冷變形，圓周尺寸發生了變化，由于圓周方向長度尺寸增加，必然使焊管壁厚尺寸發生變化，現場中通過測量焊管壁厚尺寸，發現母管壁厚尺寸減少0.22 mm左右，因此，在選用母管時，必須考慮母管壁厚的變化量，從而確保焊管的生產工藝和微擴口后的使用性能。

結語

對于承插鋼管因其安裝方便和快捷，因此受到用戶的青睞。但由于承插鋼管還沒有國家標準和行業標準，對于承插鋼管的設計參數以及力學性能指標沒有統一規定，因而造成小口徑螺旋焊管生產出現混亂，使用和推廣受到嚴重影響。本文通過對小口徑螺旋焊管在微擴口工藝過程中擴口率和壁厚變化進行分析研究，通過摸索對比得到相關數據，并將研究結果應用于指導生產實際，從而確保螺旋焊管的性能和功能要求，為實際生產提供理論參考。

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