直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線預彎工藝

直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線預彎工藝摘要:介紹了直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線預彎工藝的目的,分析了輥式預彎和模壓式預彎的特點,指出當前直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線中普遍采用模壓式預彎工藝。模壓式預彎采用漸開線式模具,分步對鋼板的兩邊同時進行折彎。影響預彎質量的主要因素有模具形狀、預彎寬度、預彎卷角、模具長度、模具前后端過渡尺寸等。0前言隨著西部油田和海洋油氣田的開發(fā),水煤漿管線輸送技術的突破,以及石油、天然氣跨國經(jīng)營模式的運行,我國管道工業(yè)未來十年將面臨著高速發(fā)展的時期［1-3］,在本世紀將建設多條具有國際先進水平的國內、國際長輸管線。這些長輸管線向大口徑、高強度、高韌性方向發(fā)展［4-5］。其中穿越工業(yè)交通密集地區(qū)、河流地段、大落差地段或經(jīng)過地震區(qū)用管以及海底管線等都要求采用直縫埋弧焊鋼管,因此,直縫埋弧焊鋼管的需求量將會越來越大。從1998年開始,我國先后從國外引進了幾條先進的直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線,并從2002年6月開始,生產(chǎn)的直縫埋弧焊鋼管已成功應用于西氣東輸、陜京二線、沿江管線等重要管線工程中［6］,國產(chǎn)直縫埋弧焊鋼管已接近或達到進口水平。鋼板預彎工序的目的和預彎質量預彎是直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線的主要工序之一,其目的是完成鋼板兩邊的預彎曲變形,使鋼板兩邊的彎曲半徑達到或接近所生產(chǎn)鋼管規(guī)格的半徑,從而保證鋼管焊縫區(qū)域的幾何形狀和尺寸精度［7］。實踐表明,如果沒有預彎，在UOE成型中，即使在O型壓力機成型時有1%左右的過壓縮率,鋼板的邊緣部位仍然會出現(xiàn)平直段,導致成型后的管筒呈尖嘴“桃形”［8］,給后續(xù)的預焊合縫帶來麻煩,易引起錯邊或焊接燒穿,即使進行擴徑,也無法將其消除,并且還會損害擴徑頭。在JCO成型（含PFP成型）方法中，如果沒有預彎工藝,鋼管“桃形”更嚴重。預彎質量就是鋼板的兩邊彎曲變形質量，主要包括:①預彎后板邊的彎曲半徑達到鋼管的半徑;②兩邊的彎曲寬度相等,彎曲程度一致，對稱平行，平行度在規(guī)定范圍內;③預彎后每點的曲率半徑在規(guī)定的范圍內，且沿板邊方向各處一致;④預彎后的板邊不存在急彎,也不存在波浪形狀,直線度在規(guī)定范圍內。輥式預彎和模壓式預彎的特點鋼板的預彎分為輥式預彎和模壓式預彎兩種,輥式預彎機和模壓式預彎機結構示意如在早期的直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)中沒有預彎工序，如1951年在美國的麥基波特(MeKeesport)廠建成的世界第一臺工業(yè)性生產(chǎn)的UOE焊管機組中，就沒有預彎機。1955~1967年間建設了第二代UOE焊管機組，在這期間世界上共新建的18套和改造的1套機組中，部分機組開始采用輥式預彎機。到了UOE焊管機組發(fā)展到第三代的1968~1979年間，世界上共建設了16套UOE機組，同時改造了2套，預彎工藝得到了極大的重視和發(fā)展,將輥式預彎技術變?yōu)閴毫κ筋A彎技術,也就是模壓式預彎技術［9-10］。20世紀90年代以來，世界各地建成了十多條大直徑JCO(含PFP)成型和輥式RB成型生產(chǎn)線，其中JCO成型中都采用了模壓式預彎;輥式RB成型中雖沒有預彎工藝,但采用了后彎工藝。從預彎技術的發(fā)展可以看出,輥式預彎屬于早期的預彎技術,一般用于較薄的鋼板,對高強度厚板的板邊預彎效果不理想,容易造成板邊縱向延伸。模壓式預彎屬于后來發(fā)展的較先進技術,可用于厚板的彎曲成型,它采用兩臺數(shù)千噸壓力機,通過幾米長的模具對鋼板兩邊邊緣同時上頂,進行步進式預彎。該工藝可得到十分理想的板邊形狀,有效地防止了焊縫“噘嘴”和擴徑時開裂。模壓式預彎工藝現(xiàn)代預彎技術中，普遍采用了Profibus總線控制技術，通過PLC對其各系統(tǒng)進行控制［11］。整個預彎過程是全自動進行的。為了實施此自動過程,生產(chǎn)前一般需根據(jù)生產(chǎn)鋼管的直徑、壁厚、鋼級等確定使用模具的型號、模具的位置、最大壓制力等,然后對機器作相應的調整,向控制系統(tǒng)中輸入鋼管的規(guī)格、壁厚、鋼級、每步有效工作長度、每步重疊量等參數(shù),并準備好生產(chǎn)中檢查預彎質量用模板。預彎工藝過程為:根據(jù)鋼板寬度調整入口端對中輥-調整模具位置-根據(jù)計算的壓制力調整液壓系統(tǒng)壓力-鋼板輸入并被自動測量長度,達到設定步長時停止-兩壓力機下模同時上頂,對鋼板的兩邊同時進行折彎-兩下模同時下降鋼板自動被送入又一個步長f兩下模第二次上頂，對鋼板的兩邊進行第二步折彎f重復以上送入、折彎，直至一張鋼板的兩邊同時完成預彎。影響模壓式預彎質量的主要因素影響模壓式預彎質量的主要因素有模具形狀、預彎寬度、預彎卷角、模具長度、模具前后端過渡尺寸等。模具形狀為了保證預彎質量,現(xiàn)代模壓式預彎技術采用優(yōu)化的漸開線式模具形狀結構,如圖2所示。漸開線式形狀是基于鋼管最終是圓形的要求而設計的。所謂優(yōu)化是指通過受力分析,在結合大量試驗及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的基礎上不斷完善而成。上?；蛳履６疾捎靡欢ǖ幕鶊A半徑而形成的漸開線[12],且下模的基圓半徑比上模大,上模的曲率變化比下模大。鋼板從C點開始變形，到D點時變形結束，剩下一個鋼板壁厚的直邊S在這一過程中，鋼板的曲率半徑逐漸減小,力臂逐漸變小,機器的壓制力逐漸增大,在圖示位置時,壓制力達到最大值。此時，預彎寬度為B,預彎卷角為a。一副好的模具既要兼顧到能生產(chǎn)一定規(guī)格范圍的鋼管,又要盡量減少壓機能力（即壓制力）。圖2模壓或預彎趙程示意圖預彎寬度預彎寬度取決于鋼管直徑、壁厚和母材的鋼級。根據(jù)漸開線的原理,板邊處（去除一個板厚的直邊）的曲率半徑應接近于鋼管的半徑,考慮到鋼板的回彈,也就是回彈后板邊處的曲率半徑接近于鋼管半徑,因此預彎寬度應與模具的形狀相對應。在模具確定后（也就是漸開線確定）,若預彎寬度增大,則預彎卷角增大,板邊越靠近模具漸開線的基圓,預彎邊的曲率半徑減少,也就是彎邊過量;反之,就是彎邊量不夠。實踐表明,預彎過量,對后續(xù)的壓力成型帶來不利影響,也影響預焊工序;預彎不夠,則形成“桃形”鋼管。預彎卷角預彎卷角是對應于預彎寬度的角度值,它類似于漸開線的壓力角（見圖2）。預彎卷角與預彎寬度一樣對鋼管成型產(chǎn)生影響,對每一副模具來說,它們是一一對應的。預彎卷角對壓制力影響大，我們知道在D點時，壓制力達到最大,此時若預彎卷角很大，則壓制力會很大，反之則較小。因此在實際生產(chǎn)中，一般選取預彎卷角在22。~40°之間。模具長度模具長度受預彎機最大壓制力的限制,同時兼顧到生產(chǎn)速度，模具的長度一般為2.5~4m。模具增長住產(chǎn)速度加快,則壓制力增大?？紤]到直縫埋弧焊生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍，加上預彎機的生產(chǎn)速度較快，一般將預彎機的總壓制力控制在12~20MN,模具在3m左右,模具的有效長度在2.5m左右，一張12m長的鋼板只需折彎5~6步就可以了。模具前后端過渡尺寸模具前后端過渡尺寸關系到預彎后板邊的形狀。過渡尺寸不科學,就會在板邊的折彎中沿縱向產(chǎn)生過度的邊緣拉長,最后在板邊上產(chǎn)生急彎,也就是在預彎邊上產(chǎn)生波浪,即所謂的“竹節(jié)”現(xiàn)象。此現(xiàn)象的發(fā)生,將給后續(xù)工序帶來很大的影響