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论大直径厚壁直缝埋弧焊管RBE生产工艺

2021/10/14 阅读:

摘要:为了降低直缝埋弧焊管生产线的投资成本,提高生产效率,开发了大直径厚壁直缝埋弧焊管RBE生产工艺。在三辊卷板成型中,针对不同的焊管规格,提出了反弯法上辊挠度控制成型原理和多点支撑法上辊挠度控制原理;在后弯辊压工序上,创新提出了小变形多道次直边弯曲方法,成型精度高、适用范围广。对开发的RBE生产工艺和设备进行实际生产应用,产品各项指标优于相关标准要求,为我国直缝埋弧焊管的生产提供了一种新的选择。

关键词:直缝埋弧焊管;RBE生产工艺;三辊卷板成型;后弯辊压成型

0前言

随着我国绿色经济发展理念的不断深入,城镇化建设步伐明显加快,对石油、天然气的需求也越来越大,这将加快推进我国油气管网建设。另一方面,我国高铁、地铁、机场等基础设施的高速发展,将进一步推动直缝埋弧焊管的应用和发展。目前,大直径直缝埋弧焊管主要有JCOE、UOE和RBE三种生产工艺,国内主要采用JCOE和UOE生产工艺,国外有多条生产线采用RBE生产工艺。RBE生产工艺的特点是投资低、生产效率高,由于该工艺最初只能生产薄壁焊管,因此一直未在我国得到发展。为了满足用户对该工艺的需求,经过对RBE生产工艺、设备的不断研究和突破,成功研制出我国首套大直径厚壁直缝埋弧焊管RBE生产工艺技术及装备。

1RBE生产工艺流程

RBE直缝埋弧焊管生产工艺与其他两种工艺不同的地方在于管坯的成型方式,UOE工艺是先通过预弯机将中厚板纵向两边弯曲,然后分两步采用U形机和O形机压制成开口的“O”形管坯;JCOE工艺先通过预弯机将中厚板纵向两边弯曲,然后采用一台成型压机逐步压制成开口的“O”形管坯;RBE工艺是通过一台三辊卷板机一次性将中厚板卷制成开口的“O”形管坯,然后采用后弯的方式对管坯的两边进行弯曲。RBE生产工艺流程如图1所示。图1中成型工序采用RB三辊卷制成型法,将铣边后的钢板卷制成开口的“O”形管坯,确保管坯纵向两边及管体直线度满足标准要求;后弯工序是将卷制成型管坯的剩余直边弯曲,保证焊缝两侧的曲率与管体曲率一致,且不伤及铣边坡口。

2RBE成型设备及关键技术

2.1三辊卷板成型机

三辊卷板成型机卷制速度可达10m/min,三辊采用单独驱动、同步控制,要确保三辊线速度相同,并且三辊同时输出扭矩进行卷制成型。直缝埋弧焊管定尺轴向长度为12.5m,卷制成型过程中,上辊被管坯包络,两端施加向下成型力时,辊身受到相反的均布载荷,上辊会产生挠曲,此时上辊与下辊间隙为中间大两边小,管坯成型后会出现“鼓肚”现象。因此,RBE成型最关键的就是上辊挠度控制。针对常规径厚比产品,根据工作原理,构建外伸梁结构,在满足疲劳极限的原则下,采用上辊反弯法控制上辊的挠度变形。即在上辊变形状态下两末端施加力对上辊反弯,通过精确控制反弯量,使初始挠曲减小,直至消除(初始挠曲W按挠度曲线近似微分方程EIW=ql12x3-q24x4-ql324x计算),从而实现管坯直线度控制。图2所示为反弯法挠度控制原理及步骤。第一步,上辊压下、反弯,三辊同步转动,形成3倍于最终曲率的管坯;第二步,上辊2次压下、2次反弯,三辊同步反向转动,形成2倍于最终曲率的管坯;第三步,上辊3次压下、3次反弯,三辊同步转动,形成最终曲率的管坯;第四步,上辊回程,将成型后的“O”形管坯输出成型工序。针对小规格径厚比小的产品,由于上辊直径小,反弯力产生的上辊弯曲应力大于其屈服应力,因此无法采用反弯的方法进行挠度补偿,应采用多点支撑法控制上辊的挠度变形。即在上辊上方配置高刚度压下梁(刚度系数为1/5000mm),成型时的均布载荷通过支撑辊传递到压下梁,上辊的直线度通过压下梁的刚度保证,从而实现管坯直线度的控制。成型过程中,要充分考虑钢板的运动轨迹,按照图3所示的6个步骤进行管体成型。第一步,上辊压下,三辊同步转动,形成2倍于最终曲率的“J”形管坯;第二步,上辊2次压下,三辊同步反向转动;第三步,上辊3次压下,三辊同步转动,形成最终曲率的“J”形管坯;第四步,上辊回程,三辊同步转动,“J”形管坯的另一边与下辊对齐;第五步,上辊4次压下,三辊同步转动,“J”形管坯成型为最终曲率的“O”形管坯;第六步,上辊回程,将成型后的“O”形管坯输出成型工序。以上两种上辊挠度控制方法有效控制了卷制成型时管体的直线度,采取对应的管体成型方法,生产效率高、管坯圆度好,特别是多点支撑的上辊挠度控制方法提高了设备对小径厚比产品的加工能力。

2.2后弯辊压机

后弯辊压机压制速度可达12.5m/min,两下辊单独驱动,同步控制,确保两下辊输出转速一致。焊缝两侧剩余直边的弯曲对直缝埋弧焊管成品质量影响很大,若处理不好则会出现“内外噘嘴”现象,因此直边曲率需与管体曲率一致。传统后弯机采用上下辊匹配的弯曲方式,弯边宽度小,无法对卷制成型后的剩余直边完全弯曲,规格更换时需要更换上、下辊,模具配置数量大,更换耗时长。本研究采用小变形多道次直边弯曲方法,对管体成型后的剩余直边进行辊式弯曲。以管坯内侧的上辊为基准,通过调整管坯外侧下辊的水平、垂直、旋转三个方向的自由度与上辊形成一定的孔型,并且在调整过程中必须协同开展以确保孔型的一致性。管坯通过孔型,下辊上升将直边弯曲成与管体相同的曲率,当剩余直边较大时,根据直边宽度,进行多道次弯曲,每次弯曲剩余直边的一部分,直到全部直边完全被弯曲成型,如图4所示。弯曲步骤为:①剩余直边宽度初始值为W,调整下辊角度、开口度与上辊成一定孔型,进行一道次弯曲,直边减少至W1;②第二次调整下辊角度、开口度,进行二道次弯曲,直边减少至W2;③第三次调整下辊角度、开口度,实施二道次弯曲,经过三次弯曲后剩余直边宽度由初始的W减至0,从而实现剩余直边的完全弯曲。小变形多道次直边弯曲方法弯曲精度高、适应范围宽,更换规格时不需要更换下辊,对于剩余直边大的规格通过快速调整下辊位置就可与上辊形成需要的孔型,再进行多道次弯曲,工模具配备数量低。弯曲成型过程中变形区域小,线速度速差较小,产品表面无拉伤。

3实际应用效果

该RBE直缝埋弧焊管生产线于2019年1月调试成功并顺利投产,已连续安全运行两年,可生产直径406~1422mm、壁厚6~35mm、单根长度8~12.5m、钢级A25~X80的直缝埋弧焊管,每小时可生产钢管15~20根,产品各项指标优于APISPEC5L、ISO3183—2019、GB/T9711—2017等标准,充分体现了RBE生产工艺灵活、高效的特点。4结束语本研究开发了大直径、厚壁直缝埋弧焊管的RBE生产工艺,在我国属首次应用,为我国直缝埋弧焊管的生产提供了一种新的选择。同时,将在直缝埋弧焊管的生产工艺、装备制造上做出更多的创新和尝试,为焊管生产企业提高产品质量、降低生产成本、提升企业竞争力提供借鉴。

作者:温明军 王芳 单位:太原重工股份有限公司

论大直径厚壁直缝埋弧焊管RBE生产工艺

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