直缝埋弧焊管端头段机械扩径工艺研究

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1、直缝埋弧焊管端头段机械扩径工艺研究摘要直缝埋弧焊管是长距离输送石油、天然气的主要管线产品，钢管由厚钢板压制成形。扩径是直缝埋弧焊管生产过程的一个重要环节，一方面对焊管进行整形，提高焊管的直线度和圆度；另一方面是为了两根焊管连接的需要。因此，研究直缝埋弧焊管的扩径技术具有重要的意义。本文以X52直缝埋弧焊管为研究对象，开展对大直径厚壁埋弧焊管端口扩径过程的研究，首先结合静力平衡原理和主应力法，分析和推导了钢管端口扩径力的计算公式，这为选择设备提供了一定的依据；详细分析了管端机械扩径的变形过程，总结了机械扩径成形条件；通过对整圆、扩径阶段的分析，给出了卸载回弹变形量计算公式；采用有

2、限元软件MSC．Mare对埋弧焊管端口扩径过程分别进行了二维和三维模拟，得到了变形过程中的应力、应变以及制品壁厚及径向尺寸的分布规律。研究表明，用多个扇形模具块对焊管端口进行机械扩径时，椭圆管坯的塑性变形具有显著的局部特性，且主要集中于悬空段。制品的断面轮廓和壁厚呈现不均匀的分布状态。在管坯横截面上，与模具边缘角相接触区域以及悬空区域的管坯，在扩径过程中，壁厚减薄较大，并存在凹陷现象，且随着扩径率的增大，有被拉直的趋势。而与模具工作表面相接触的管坯，其变形则较为均匀，材料壁厚减薄较小，达到扩径整形的目的。在纵截面上，根据变形区形态，可沿轴向将变形区分为端口变形区、过渡变形区和未

3、变形区。未变形区的存在使得端口变形区在轴向受到拉应力限制作用，端1：3变形区的长度会小于模具扩径长度，因而在管线钢管的管端机械扩径时，必需保证最小扩径长度。本例的最小扩径长度为60mm。管材端1：3通过机械扩径以后，内壁尺寸整体上都能达到对接要求，但由于悬空段管材的凹陷，端IZl局部区域的内径会减小，对接时会受到一定影响，产生错边，因此建议采用二次扩径整形的办法来解决。关键词：直缝埋弧焊管；机械扩径；应力一应变；壁厚；外径AStudyofMechanicalExpandingProcessforLSAWPipeEndABSTRACTLSAWpipes，madebythickst

4、eelplatesthroughcompacting，aremainpipelineproductsforlong-distancetransportationofoil，naturalgas．ExpandingisanimportantpartoftheproductionprocessofLSAWpipe，whichisused，ononehand，tocalibratetheweldedpipeinordertoimproveitsstraightnessandroundness，ontheotherhand，tomeettheneedtoconnectionsoftwo

5、pipes．Therefore，thestudyofLSAWpipeexpandingtechnologyhasgreatsignificance．Inthispaper，X52LSAWpipeswereadoptedasthesubjectinvestigatedtocarryouttheresearchonmechanicalexpandingprocessofLSAWpipeendwithlargediameterandthick．wall．Staticequilibriumtheoryandtheprincipalstressmethodwerecombined，ont

6、hefirstplace，toanalyseanddeducetheexpandingforceformulaofpipeportexpanding，whichprovidesabasisfortheselectionofequipment．Onthesecondplace，detailedanalysiswasimplementedforthepipeenddeformationprocessduringmechanicalexpanding，andformingcriterionwasalsoobtained．Inaddition，formulaofspringbackde

7、formationafterunloadingwasgivenbyanalysingthecalibrationandexpandingstage．Atlast，usingthefiniteelementsoftwareMSC．Marctodevelopthetwo—dimensionalandthree—dimensionalsimulationofportexpanding，theregularitiesofdistributionofthestress，strain，thickness