焊接鋼管機(jī)械擴(kuò)徑工藝和水壓擴(kuò)徑工藝技術(shù)分析_王利樹

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1、#60#焊管#第29卷第4期#2006年7月焊接鋼管機(jī)械擴(kuò)徑工藝和水壓擴(kuò)徑工藝技術(shù)分析王利樹,黎劍峰(番禺珠江鋼管有限公司,廣州511450)摘要:詳細(xì)闡述了焊接鋼管機(jī)械擴(kuò)徑和水壓擴(kuò)徑的定義與工作原理,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐著重從工藝技術(shù)角度分析了兩者的異同,并對兩種擴(kuò)徑設(shè)備的選用提出了相關(guān)建議。關(guān)鍵詞:焊接鋼管;擴(kuò)徑工藝;水壓擴(kuò)徑機(jī);機(jī)械擴(kuò)徑機(jī);技術(shù)分析+中圖分類號:TG315.44文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1001-3938(2006)04-0060-040引言兩種工藝在廣義上都屬于機(jī)械擴(kuò)徑方式。1.2擴(kuò)徑原理隨著石油天然氣在陸地、海洋開發(fā)的快速發(fā)1.2.1機(jī)械擴(kuò)

2、徑原理展,對管線鋼管的制造工藝要求也越來越高,鋼管機(jī)械擴(kuò)徑原理如圖1所示。油缸向右拉動擴(kuò)擴(kuò)徑工序就是鋼管制造標(biāo)準(zhǔn)要求之一,其擴(kuò)徑工徑錐度頭2,擴(kuò)徑錐度頭2推動斜塊4、模具3擴(kuò)序的目的:①矯正鋼管在成型、焊接過程中的不均張,達(dá)到設(shè)定尺寸時(shí)擴(kuò)徑錐度頭2向左運(yùn)動,斜塊勻變形,使鋼管的管徑、圓度和直度達(dá)到要求的精4、模具3縮小,完成一個(gè)步距的擴(kuò)徑。鋼管1移度;②消除由成型機(jī)壓縮加工產(chǎn)生的管體殘余應(yīng)動一個(gè)步距后,再重復(fù)上述動作,直到鋼管全長完力,改善應(yīng)力分布,提高鋼管的整體力學(xué)性能;③成擴(kuò)徑。消除焊接造成的焊縫部位殘余應(yīng)力,避免產(chǎn)生氫脆而發(fā)生氫致裂紋。鋼管擴(kuò)徑機(jī)有水

3、壓擴(kuò)徑機(jī)和機(jī)械擴(kuò)徑機(jī)兩種。番禺珠江鋼管有限公司既有水壓擴(kuò)徑機(jī),又有機(jī)械擴(kuò)徑機(jī),筆者主要通過公司幾年來的生產(chǎn)實(shí)踐,對兩種擴(kuò)徑工藝進(jìn)行一些必要的技術(shù)分析和對比。1)鋼管2)擴(kuò)徑頭3)擴(kuò)徑模具4)斜塊5)固定擋圈6)聯(lián)接(擴(kuò)徑錐度頭和油缸)機(jī)構(gòu)7)油缸1兩種擴(kuò)徑工藝的定義及工作原理圖1機(jī)械擴(kuò)徑原理圖1.1兩種擴(kuò)徑工藝的定義機(jī)械擴(kuò)徑工藝是指利用機(jī)械擴(kuò)脹頭分段對鋼1.2.2水壓擴(kuò)徑原理管進(jìn)行擴(kuò)徑的工藝,擴(kuò)徑頭由一組錐形楔塊組成,水壓擴(kuò)徑原理如圖2所示。水壓擴(kuò)徑機(jī)兩端是一種分塊、分段式凸模剛性脹形工藝。頭將鋼管兩端密封,外模將鋼管包住,從一端向鋼水壓擴(kuò)徑工藝則指利用高

4、壓乳化液為傳壓介管內(nèi)注入高壓乳化液,高壓乳化液將鋼管擴(kuò)脹到質(zhì),利用外模限定擴(kuò)徑后尺寸,從鋼管內(nèi)部對鋼管緊貼外模,在鋼管徑向擴(kuò)大的同時(shí)水壓機(jī)一頭隨進(jìn)行一次性擴(kuò)徑的工藝,是一種整體式凹模柔性動伸長,以保證縮短時(shí)不漏水,按設(shè)定時(shí)間保壓脹形工藝。后,即完成擴(kuò)徑工序。第29卷第4期王利樹等:焊接鋼管機(jī)械擴(kuò)徑工藝和水壓擴(kuò)徑工藝技術(shù)分析#61#1)推力油缸2,6)管端密封件3)外抱模具4)鋼管5)高壓乳化液7)管端擋板8)高壓水注入管圖3機(jī)械擴(kuò)徑時(shí)鋼管管徑變化示意圖圖2水壓擴(kuò)徑原理圖2工藝分析2.1擴(kuò)徑時(shí)鋼管軸向收縮對其尺寸、性能的影響鋼管徑向擴(kuò)脹時(shí),軸向會收縮,以補(bǔ)償

5、擴(kuò)脹時(shí)的壁厚損失。機(jī)械擴(kuò)徑時(shí)模具外表面和鋼管內(nèi)表面存在一定的摩擦力,其方向與鋼管軸向收縮力的方向相反。在材質(zhì)、壁厚、擴(kuò)徑率等參數(shù)確定的圖4機(jī)械擴(kuò)徑時(shí)軸向重疊區(qū)的過渡曲線情況下,理想的鋼管軸向收縮率應(yīng)為一常數(shù)。但擴(kuò)徑時(shí)被擴(kuò)徑管段都是從模具兩邊向中間收縮,面軸向不平直和壁厚不均勻。在力學(xué)性能上則表收縮時(shí)受到摩擦阻力的影響,在一個(gè)擴(kuò)徑的步距現(xiàn)為局部應(yīng)力分布不均勻。內(nèi)鋼管不同截面的受力狀況會有差別。隨著收縮水壓擴(kuò)徑由于采取一次擴(kuò)徑,因此不存在接距離的增大,鋼管軸向變形量也增大。因此同一頭部位。步距內(nèi)的軸向收縮量是不一樣的,在尺寸上表現(xiàn)2.3擴(kuò)徑時(shí)徑向應(yīng)力和應(yīng)變分析

6、為模具中間截面上的鋼管壁厚由于得到的收縮補(bǔ)機(jī)械擴(kuò)徑時(shí),擴(kuò)徑模具從橫截面上看是利用償最小,因此壁厚最薄;而在越靠近模具兩端的部多個(gè)扇形塊脹開后撐起鋼管內(nèi)壁。每兩個(gè)扇形塊位,得到的收縮補(bǔ)償越大,其壁厚越厚。在力學(xué)性之間有一定的間隙,隨著模具脹大間隙也變得更能上則表現(xiàn)為應(yīng)力分布不均勻。水壓擴(kuò)徑機(jī)是采大,見圖5。不同擴(kuò)徑率下的鋼管壁厚分布情況取外模包容法,在收縮時(shí)鋼管未與外模內(nèi)壁緊密見圖6。接觸,其摩擦力很小,再加上水壓機(jī)的軸向推力補(bǔ)償作用可使鋼管各截面得到均勻的收縮率,有效地避免了軸向壁厚誤差和局部殘余應(yīng)力。2.2擴(kuò)徑對接頭部位的影響機(jī)械擴(kuò)徑采取分段式擴(kuò)徑,在每

7、兩次擴(kuò)徑步距之間有一個(gè)接頭區(qū)段(a~b),該區(qū)段變型狀況比較復(fù)雜,在第一次擴(kuò)徑時(shí),ab段受拉伸長,同時(shí)存在拉應(yīng)力,而對第二段aca段擴(kuò)徑時(shí),ab段又變成壓應(yīng)力,已經(jīng)拉長后的管段再縮短是比較困難的,在aca段內(nèi)擴(kuò)脹時(shí),ab段由于被軸向拉長,應(yīng)力狀態(tài)已改變,在此段必然要出現(xiàn)所謂的/竹節(jié)0現(xiàn)象,若兩次擴(kuò)脹時(shí)有足夠的重疊量,ab段會凸起,若不重疊,ab段會凹陷,選擇合適的重疊量則會出現(xiàn)凸起和凹陷并存的現(xiàn)象(見圖3、圖4)。ab段的不均勻性在外觀上表現(xiàn)為鋼管外表圖5機(jī)械擴(kuò)徑示意圖#62#焊管2006年7月小時(shí),這個(gè)直邊會很明顯),cd段壁厚最薄,延伸率最大,cd段的

8、延伸率大大超出平均擴(kuò)徑率,而模具塊中間的b點(diǎn)和e點(diǎn)延伸率最小,由于