焊管孔型设计

18 焊管生产18.1 概述焊管生产方法主要有直缝焊管及螺旋焊管。

我国目前有直缝中小焊管机组（ERW）约1600～1800套，直缝大口径埋弧焊管机组5套，螺旋焊管机组约90套，年生产能力达900万吨以上。

18.1.1 高频直缝连续电焊管生产电焊管生产无论在有色和黑色生产中都有较快的发展。

中小型直缝电焊管基本上都采用辊式连续成型机生产，机组具有设备简单、投资少；产量高；成本低；机械性能好；精度高、壁厚均匀，表面光洁；焊缝质量好等特点。

高频焊管机目前可生产φ5～660×0.5～15mm的水煤气管道用管、锅炉管、油管、石油钻采管和机械工业用管等。

当采用排辊成型法时，产品规格可扩大到φ400～1220×6.4～22.2mm。

典型工艺流程如图18－1所示：图18－1 连续电焊管机组典型工艺流程①水煤气管；②一般结构管和油管；③汽车传动轴管生产钢种主要有低碳钢及低合金高强度钢，对不同钢种应采用不同工艺规范，以保证焊缝质量。

焊管技术发展很快，如螺旋式水平活套装置、双半径组合孔型，高频频率多在350kHz～450kHz，近年来又采用了50Hz超中频生产厚壁钢管；焊接速度达到130m／min～150m／min；内毛刺清除工艺用于内径为15mm～20mm的钢管生产中；冷张力减径级组受到重视；无损探伤应用越来越广泛；有些作业线上还设置了焊缝热处理设备；有些还采用了直流焊、方波焊、钨电极惰性气体保护焊、等离子焊以及电束焊等。

在后部工序中很多机组均设有微氧化还原热镀锌、连续镀锌和表面涂层等工艺，并相应设有环保措施。

我国于1978年研制成功履带式成型机，用于生产φ12～150×0.5～3.25㎜的薄壁管和一般用管。

成形过程如图18－2所示。

成形过程不需要成型辊，当带材进入倾斜的三角模板1和V型槽2构成的孔型后，在Ⅰ段带材比三角板窄，未接触V型槽面；进入Ⅱ段带材开始宽于三角板压出弯边，而后依次通过各段成形为管材。

直缝焊管成型技术UOE00UOE方法由于受到板宽的限制(目前中、厚板的最大宽度为5200mm)而不能制造直径更大的钢管;由于需要大型压力机，且设备投资大、制造较复杂和困难，因此也限制了产品规格的进一步扩大。

但是，与其他大直径钢管的制造方法相比较，本方法生产过程稳定、效率高(一般成型能力为32~60根/小时)、操作简便，而且能保证钢管质量。

所以，作为大批量、少品种(规格)的大直径、厚壁、高强度油气输送管道用管的专用设备是很适宜的。

三大主成型工艺边部预弯。

钢板边部预弯的目的是完成两板边的预变性，使板边的弯曲半径达到或接近所生产钢管规格的半径，从来保证钢管焊缝区域的几何形状和尺寸精度，避免在O成型后钢管成"梨形"。

边部预弯通常在辊式弯边机或预弯边压力机上完成。

辊式弯边机一般用于较薄钢板边部的弯曲成型，对高强度厚板的半边预弯效果不理想，容易造成钢板边部纵向延伸。

预弯边压力机是专用的板边预弯成型的压力机，适用于厚板的板边的预弯曲成型。

根据钢板长度、弯边模具长度、压力机成型力以及生产能力的不同，预弯边机的弯边操作时分若干步完成的，钢板每前进一个模具长度，下模具压上一次，直至整个板边长度都完成预弯边操作，一般使用3~5步。

U成型。

边部预弯后的钢板进入第二个成型工序--U成型。

预弯后的钢板在U成型压力机上完成定位后，U成型压力机垂直压模向下运动，在下支撑辊或模具的作用下，将钢板弯曲变形成U形管筒。

U成型压力机根据其下部机构不同分为凯泽型(KAISER)、维尔森型(VERSON)和米尔型(MEER)、凯泽型U成型压力机为连杆自由弯曲式，其特点是成型时支点间距离较大，垂直压模压下到一定形成时，侧压辊连同连杆机构一统向内继续将钢板弯曲成U形管筒;维尔森型U成型压力机为摇臂模式，与凯泽型类似，靠垂直压模施加压力，压下到一定行程时，下支撑辊模翻转，将钢板弯曲成U形管筒;米尔型U成型压力机是带有垂直主压力缸和侧压力缸的压力机，垂直主压力缸与侧压力缸可单独驱动，成型过程中侧压缸不受主压缸的制约，其特点是采用带曲率半径的垂直冲模，冲模的曲率半径取决于钢种和成品钢管的直径，因此可获得较好的弯曲性能，是当今世界较先进并被广泛应用的机型。

焊接钢管成型方法14种1.单半径成型法单半径辊式成型法有圆周弯曲成型法、边缘弯曲成型法和中心弯曲成型法三种，单半径成型法是：孔型由一个单半径组成，成型机水平辊、立辊交替布置，带钢从水平辊、立辊中间经过，逐渐将平板弯曲成圆管。

2.圆周弯曲成型法带钢整个宽度方向上同时弯曲变形，各架成型的弯曲半径逐渐减小；边缘弯曲成型法是从带钢边部开始弯曲，弯曲半径恒定，逐步增加变形角，以减小带钢中间部分的宽度，直到钢带成圆封闭；中心弯曲成型法是从带钢中心部分开始弯曲变形，弯曲半径恒定，逐渐向两侧边缘扩展，直到成圆封闭。

3.双半径成型法（综合弯曲成型法）采用两种以上的基本变形法进行组合变形，但应用较多的是边缘成型法+圆周成型法。

管坯边缘与圆周综合变形的成型法，它以挤压辊孔型半径或成品管半径为边缘弯曲半径，将钢带边缘弯曲到某一变形角，并在以后各成型架次基本保持不变，而带钢中间部分的弯曲成型则按圆周弯曲成型法进行变形分配。

该方法成型过程较稳定，变形均匀，边缘相对伸长小，成型质量好。

4.W成型法粗成型段第1架或前几架采用W反弯弯曲成型，带钢边缘部分正向弯曲，中间部分反向弯曲，增加了边缘部分弯曲弧长，使边缘变形充分，管坯在成型过程中高度差较小，使边缘相对延伸大为减小，避免了边缘纵向伸长引起的鼓包，同时缩小了圆周速度差。

5.排辊成型为了避免一般连续式成型机组上带钢成型时发生的带钢边缘相对延伸和纵向回弹变形，在水平成型辊之间连续配置许多小辊，以代替一般的水平成型辊，使带钢边缘能够沿一条平滑的自然变形路程进行。

这些装在一个笼式框架里的小辊就成为排辊。

一般排辊式成型机由1架预弯辊、1套排辊装置、2架精轧辊组成。

适用于较薄壁钢管的成型。

6.CTA成型是排辊成型的一种。

1987年由奥地利钢铁联合公司研制。

圆管成型系统由2个通用的预弯机架、1个弯边机架和1个专门的CTA装置4部分组成。

CTA装置由许多排辊连续作用，钢带穿过成型机后被连续、光滑的轧制成开口约为32°的开缝管，即排辊成型工艺，最后再进入精轧机架，在上辊带有导向环的精轧孔型中完成精成型。

钢管孔型设计的几个问题连轧管机孔型设计的任务是：根据既定的毛管尺寸，分配各机架的变形量，选择孔型系统，确定孔型的结构形状和尺寸;确定各架间的张力制度，计算轧制的速度制度等。

合理的孔型设计，必须保证轧机具有高的生产率，高的管子质量，最小的壁厚不均，没有折迭、耳子、裂纹等缺陷，容易脱棒和孔型的均匀磨损等。

1.变形量的分配根据总减壁量确定各个机架上的变形量。

变形量的分配影响着管子的纵向壁厚不均的大·小，影响着轧机的生产率、管子的质量和形状。

现代连轧管机的变形量分配，可将全部机架分为两个变形段：前面数架为减径减壁段，最后两架为整径整壁松棒段。

目的在于减少机架数，提高生产率，同时在前面机架中由于毛管温度较高，壁又较厚，可以加大其减壁量。

相当大的变形量分配在较多的机架上是不合理的。

因为这样使钢管壁厚不均增大，并使在轧制中管子失去纵向的稳定性，据此，现代连轧管机各机架的变形量，第1—3架给与大的变形量;第4—6机架变形量逐渐减小;最后两架变形量极小，基本上是完成平整，归圆和松棒作用，其延伸系数小于1.03。

各架延伸系数的分配，必须满足。

2.孔型形状的分析和孔型系统的选择·孔型形状合理与否，影响着管子的横向壁厚不均程度，管子的表面质量和各种缺陷的产生，脱棒难易和孔型的磨损情况等等。

椭圆孔型——它包括无侧壁斜度的椭圆孔型和有侧壁斜度的椭圆孔型。

在椭圆孔型中轧制钢管时，金属的横向流动比在圆孔型中强烈。

管子的横向壁厚不均比圆孔型中大。

并且横向壁厚不均匀性随着偏心量的增大而增加，椭圆孔型使钢管有大的椭圆度，不能得到正圆形的钢管。

但考虑到在前面的粗轧机架中，变形量大，管子粗糙，当孔型磨损时，在使用中可对孔型进行调整，可以采用椭圆孔型。

钢管在椭圆孔型中轧制比在圆孔型中轧制时芯棒与管子的接触面积小，从而减小了芯棒同管子间的摩擦力，容易脱棒。

圆孔型——它包括：直线侧壁斜度的圆孔型，圆弧侧壁斜度的圆孔型，两个和三个不同半径组成的侧壁斜度的圆孔型和无侧壁斜度的圆孔型。