PDF《直缝埋弧焊钢管扩径头的研制》

!! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! 直缝埋弧焊钢管扩径头的研制 夏金明! 严威! 沈t军 沙市钢管厂 湖北 沙市

434001 摘要扩径头是直缝埋弧焊钢管生产线扩径机上的关键部件 一直依赖进口 价格昂贵且交货时间长 研 制国产扩径头迫在眉睫 从扩径头的技术难点入手 分析了中直径和大直径扩径头的不同结构形式和润滑方式 在结构设计时 针对扩径头各部件的使用要求 选用不同的工具钢和相应的热处理工艺 确保了扩径头的整体使 用寿命 新研制的扩径头投入使用两年来 共扩直缝埋弧焊钢管

3 万多根 合格率 100% 满足了扩径的要求 关键词 直缝埋弧焊钢管 机械式扩径机 扩径头 结构 润滑 中图分类号 TG355.

4 文献标识码 B 文章编号 1001-2311

2006 02-0025-04 Development of the Expander Tool for Production of Longitudinal Submerged!arc Welded Pipe Xia Jinming, Yan Wei Shen Yijun Shashi Steel Pipe Works Shashi

434001 China Abstract The expander tool is a key part of the mechanical expander for the production of the longitudinal submerged!arc welded pipes. Usually it needs to order from a foreign company with very high prices and long de!! livery time. So it is urgent to develop the home!made one. The deferent structures and lubrications of the middle and large diameter tools are analyzed starting from its technological difficulties. The deferent tool steels and the related heat treatment processes are used to ensure its integrated service life regarding to its using conditions in the design of its structure. More than 30,000 lengths of the longitudinal submerged!arc welded pipes have been produced all of them have meet the expanding reguirement with 100% gualified since the newly developed tool was put into use two years ago. Key words Longitudinal submerged arc welded pipe Mechanical expander Expander tool Structure Lubrication ! 前言随着国民经济的快速发展 我国的油气输送管 线建设逐渐加快 所使用的管线管向高强度 高韧 性方向发展

1 2 由于直缝埋弧焊钢管具有高强度高 韧性的特点 所以新建的一些管线如 西气东输 管线 陕京二线 管线采用了这种钢管 在2002 年6月以前 国内没有直缝埋弧焊钢管生产线 所 需的大口径直缝埋弧焊钢管全部依赖进口 近几年 来 华北油田巨龙钢管公司和中石化江汉石油管理 局沙市钢管厂先后从德国引进了直缝埋弧焊钢管生 产线 投产后所生产的产品已完全替代进口产品 沙市钢管厂在直缝埋弧焊钢管生产线上 引进 了德国设计制造的机械式扩径机 可对管径 !304~

1 422 mm 壁厚 6~32 mm X70 钢级的直缝埋弧 焊钢管进行全长扩径 通过扩径 除扩大钢管的直 径 管体整圆和矫直外 还可改善或消除因成型和 焊接引起的管体内的残余应力状态

3 扩径头是扩径机上的关键部件 价格昂贵 且 不同管径的焊管需要不同的扩径头 要扩制 !304~

1 422 mm 的管径 按标准计算 需要

24 种规格的 扩径头 如果全部引进 将需要花费巨额的外汇 同时每副扩径头的交货周期长达

8 个月 另外 扩 径头也是一种易损件 其平均扩管寿命约为

10 万!!!夏金明 1967- 男 工程硕士 高级工程师 主要 从事直缝埋弧焊钢管的设备管理与技术开发工作 试验与研究 STEEL PIPE Apr. 2006, VOI. 35, NO.

2 钢管2006 年4月第35 卷第

2 期 # 根钢管 为了适应多变的市场 降低生产成本 研 制出与进口扩径机相配套的扩径头迫在眉睫 ! 国内外现状 在直缝埋弧焊钢管生产线中 普遍采用机械式 扩径机 机械式扩径机的技术含量高 目前国际上 只有少数几家公司如德国的 SMS Meer 公司 美国 的Fontijne &

Grotnes 公司和 Torrance 公司等能设 计加工

4 且这几家公司的产品都是专利产品 除 此之外 能设计加工与之相配套的扩径头厂家未曾 见报道 近年来 国内有几家公司 大学或单位进行过 或正在进行扩径机的研究工作 早期有西安重型技 术公司 他们对螺旋焊管的扩径作了较长时间的研 究5近年来 广东某公司试制过

1 台机械式扩径 机67甘肃某厂也研制过

1 台扩径机

8 9 燕山大 学从理论及实验上对扩径的工艺 参数对制品的影 响等进行了较系统的研究 10~14 除螺旋埋弧焊钢管 用端头扩径机投入使用外 在直缝埋弧焊钢管生产 线上 由于种种原因 扩径机并没有真正投入使 用 因此 国内对于扩径机扩径头的研究水平还处 于一种探索阶段 扩径头技术难点 #! 结构问题 针对中直径 !304~457 mm 钢管空间小的特 点 不能采用与大直径 !!508 mm 钢管类似的 扩径头结构 那么 当扩径头扩胀后 如何回缩 如何保证外扇形块始终与扩径头的内锥体贴合紧密 而不让杂物进入等问题 是扩径头结构设计时必须 解决的问题 扩径头不能回缩 那么扩径就不能继 续 滑动面有杂物 则滑动面的磨损将加剧 润滑 状态破坏 寿命大大缩短 # 润滑问题 针对扩径头受力大 尤其在中直径钢管扩径 时 因扩径头内锥体与外扇形块之间的接触面积较 小 比压值很高 采用什么润滑方式能保证润滑充 分 避免出现非正常磨损 是保证扩径头使用可靠 性的必要条件 #$ 材料选用及热处理工艺问题 根据扩径头各处受力不同 在内锥体与外扇形 块滑动面之间 外扇形块与支撑套滑动面之间 扩 径杆与支撑套滑动面之间等都存在不同的摩擦副 只有选用合适的扩径头材料和热处理工艺 保证加 工精度 才能确保扩径头的正常使用寿命 $ 结构设计 $#! 扩径头的工作原理 扩径头的工作原理如图

1 所示 内锥体

2 与扩 径杆

6 相联 外扇形块

4 一般由 8~12 块组成

1 个 圆环 称为外扇形块圆环 与支撑套

5 相联 在内 锥体与外扇形块之间有滑块

3 一般将滑块与外扇 形块联接成一体 扩径时 扩径杆向右运动 带动 内锥体向右移动 迫使外扇形块圆环周长变大 向 外扩胀 内锥体的力借助外扇形块圆环作用在钢管

1 上 从而使与外扇形块圆环相接触的一段钢管得 到扩径 当扩径杆向左运动时 钢管与外扇形块圆 环脱开 以便再次送进 进行下一步扩径 如此往 复 使钢管达到扩径尺寸

15 $# 主要技术参数 扩径头主要技术参数有扩径率 有效工作长度 和工作行程等 文献

11 从理论上就扩径率对钢管 质量的影响进行了研究 研究表明 扩径率是影响 钢管横断面尺寸精度的一个工艺因素 一般小于 2.0% 结合钢管生产的实际 扩径率一般不大于 1.5% 为了保证扩径头在扩径时对钢管进行有效 的矫直扩径头的有效工作长度不能小于400 mm 工作行程一般是扩径主油缸的行程 新研制的扩径头要达到如下技术参数 扩径率 0.5%~1.5% 有效工作长度 400~600 mm 工作行 程300~600 mm $#$ 结构设计 中直径扩径头采用随动式结构 该结构的扩径

1 钢管

2 内锥体

3 滑块

4 外扇形块

5 支撑套

6 扩径杆 图1扩径头工作原理示意 试验与研究 STEEL PIPE Apr. 2006, VOI. 35, NO.

2 % !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! !! 头只承受扩胀时的扩径力 而回缩则是利用其自身 的内力 避免了扩径杆回缩时过大的轴向力破坏单 薄的扩径头内锥体 而大直径扩径头则采用更简单 的内锥体上开 T 形槽的结构

3 利用扩径杆的来回 运动实现其扩胀及收缩 其结构与进口的扩径头相 类似 所谓随动结构主要指扩径头在扩径时 扩径杆 带动内锥体收缩 内锥体推动外扇形块扩胀 迫使 钢管直径的胀大 扩径完成时 扩径杆带动内锥体 前冲 外扇形块在两端弹簧力作用下 保持与内锥 体贴紧而回缩 因此扩径头变小 实现了扩径头的 扩胀与收缩 文献 l2 讨论了模具扇形角对机械扩径成形过 程的影响 结果表明 当扇形角!30!之后 增加 外扇形块圆环分瓣数量 改善钢管变形程度并不明 显 因此将大直径扩径头的外扇形块圆环分为 l2 块 中直径扩径头外扇形块圆环分为

8 l0 块对外扇形块中沿纵向前后........