焊接鋼管機械擴(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;機械擴(kuò)徑機;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)定尺寸時擴(kuò)徑錐度頭2向左運動,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,完成一個步距的擴(kuò)徑。鋼管1移度;②消除由成型機壓縮加工產(chǎn)生的管體殘余應(yīng)動一個步距后,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)徑機有水

3、壓擴(kuò)徑機和機械擴(kuò)徑機兩種。番禺珠江鋼管有限公司既有水壓擴(kuò)徑機,又有機械擴(kuò)徑機,筆者主要通過公司幾年來的生產(chǎn)實踐,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)機構(gòu)7)油缸1兩種擴(kuò)徑工藝的定義及工作原理圖1機械擴(kuò)徑原理圖1.1兩種擴(kuò)徑工藝的定義機械擴(kuò)徑工藝是指利用機械擴(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)大的同時水壓機一頭隨進(jìn)行一次性擴(kuò)徑的工藝,是一種整體式凹模柔性動伸長,以保證縮短時不漏水,按設(shè)定時間保壓脹形工藝。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機械擴(kuò)徑時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)徑時鋼管軸向收縮對其尺寸、性能的影響鋼管徑向擴(kuò)脹時,軸向會收縮,以補償

5、擴(kuò)脹時的壁厚損失。機械擴(kuò)徑時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機械擴(kuò)徑時軸向重疊區(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)性能上則表收縮時受到摩擦阻力的影響,在一個擴(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機械擴(kuò)徑時,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扇形塊脹開后撐起鋼管內(nèi)壁。每兩個扇形塊位,得到的收縮補償越大,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,再加上水壓機的軸向推力補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,ab段受拉伸長,同時存在拉應(yīng)力,而對第二段aca段擴(kuò)徑時,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,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機械擴(kuò)徑示意圖#62#焊管2006年7月小時,這個直邊會很明顯),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點和e點延伸率最小,由于