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1、#60#焊管#第29卷第4期#2006年7月焊接钢管机械扩径工艺和水压扩径工艺技术分析王利树,黎剑峰(番禺珠江钢管有限公司,广州511450)摘要:详细阐述了焊接钢管机械扩径和水压扩径的定义与工作原理,结合生产实践着重从工艺技术角度分析了两者的异同,并对两种扩径设备的选用提出了相关建议。关键词:焊接钢管;扩径工艺;水压扩径机;机械扩径机;技术分析+中图分类号:TG315.44文献标识码:B文章编号:1001-3938(2006)04-0060-040引言两种工艺在广义上都属于机械扩径方式。1.2扩径原理随着石油天然气在陆地、海洋开发的快速发1.2.1机械扩
2、径原理展,对管线钢管的制造工艺要求也越来越高,钢管机械扩径原理如图1所示。油缸向右拉动扩扩径工序就是钢管制造标准要求之一,其扩径工径锥度头2,扩径锥度头2推动斜块4、模具3扩序的目的:①矫正钢管在成型、焊接过程中的不均张,达到设定尺寸时扩径锥度头2向左运动,斜块匀变形,使钢管的管径、圆度和直度达到要求的精4、模具3缩小,完成一个步距的扩径。钢管1移度;②消除由成型机压缩加工产生的管体残余应动一个步距后,再重复上述动作,直到钢管全长完力,改善应力分布,提高钢管的整体力学性能;③成扩径。消除焊接造成的焊缝部位残余应力,避免产生氢脆而发生氢致裂纹。钢管扩径机有水
3、压扩径机和机械扩径机两种。番禺珠江钢管有限公司既有水压扩径机,又有机械扩径机,笔者主要通过公司几年来的生产实践,对两种扩径工艺进行一些必要的技术分析和对比。1)钢管2)扩径头3)扩径模具4)斜块5)固定挡圈6)联接(扩径锥度头和油缸)机构7)油缸1两种扩径工艺的定义及工作原理图1机械扩径原理图1.1两种扩径工艺的定义机械扩径工艺是指利用机械扩胀头分段对钢1.2.2水压扩径原理管进行扩径的工艺,扩径头由一组锥形楔块组成,水压扩径原理如图2所示。水压扩径机两端是一种分块、分段式凸模刚性胀形工艺。头将钢管两端密封,外模将钢管包住,从一端向钢水压扩径工艺则指利用高
4、压乳化液为传压介管内注入高压乳化液,高压乳化液将钢管扩胀到质,利用外模限定扩径后尺寸,从钢管内部对钢管紧贴外模,在钢管径向扩大的同时水压机一头随进行一次性扩径的工艺,是一种整体式凹模柔性动伸长,以保证缩短时不漏水,按设定时间保压胀形工艺。后,即完成扩径工序。第29卷第4期王利树等:焊接钢管机械扩径工艺和水压扩径工艺技术分析#61#1)推力油缸2,6)管端密封件3)外抱模具4)钢管5)高压乳化液7)管端挡板8)高压水注入管图3机械扩径时钢管管径变化示意图图2水压扩径原理图2工艺分析2.1扩径时钢管轴向收缩对其尺寸、性能的影响钢管径向扩胀时,轴向会收缩,以补偿
5、扩胀时的壁厚损失。机械扩径时模具外表面和钢管内表面存在一定的摩擦力,其方向与钢管轴向收缩力的方向相反。在材质、壁厚、扩径率等参数确定的图4机械扩径时轴向重叠区的过渡曲线情况下,理想的钢管轴向收缩率应为一常数。但扩径时被扩径管段都是从模具两边向中间收缩,面轴向不平直和壁厚不均匀。在力学性能上则表收缩时受到摩擦阻力的影响,在一个扩径的步距现为局部应力分布不均匀。内钢管不同截面的受力状况会有差别。随着收缩水压扩径由于采取一次扩径,因此不存在接距离的增大,钢管轴向变形量也增大。因此同一头部位。步距内的轴向收缩量是不一样的,在尺寸上表现2.3扩径时径向应力和应变分析
6、为模具中间截面上的钢管壁厚由于得到的收缩补机械扩径时,扩径模具从横截面上看是利用偿最小,因此壁厚最薄;而在越靠近模具两端的部多个扇形块胀开后撑起钢管内壁。每两个扇形块位,得到的收缩补偿越大,其壁厚越厚。在力学性之间有一定的间隙,随着模具胀大间隙也变得更能上则表现为应力分布不均匀。水压扩径机是采大,见图5。不同扩径率下的钢管壁厚分布情况取外模包容法,在收缩时钢管未与外模内壁紧密见图6。接触,其摩擦力很小,再加上水压机的轴向推力补偿作用可使钢管各截面得到均匀的收缩率,有效地避免了轴向壁厚误差和局部残余应力。2.2扩径对接头部位的影响机械扩径采取分段式扩径,在每
7、两次扩径步距之间有一个接头区段(a~b),该区段变型状况比较复杂,在第一次扩径时,ab段受拉伸长,同时存在拉应力,而对第二段aca段扩径时,ab段又变成压应力,已经拉长后的管段再缩短是比较困难的,在aca段内扩胀时,ab段由于被轴向拉长,应力状态已改变,在此段必然要出现所谓的/竹节0现象,若两次扩胀时有足够的重叠量,ab段会凸起,若不重叠,ab段会凹陷,选择合适的重叠量则会出现凸起和凹陷并存的现象(见图3、图4)。ab段的不均匀性在外观上表现为钢管外表图5机械扩径示意图#62#焊管2006年7月小时,这个直边会很明显),cd段壁厚最薄,延伸率最大,cd段的
8、延伸率大大超出平均扩径率,而模具块中间的b点和e点延伸率最小,由于
