隨著能源需求的日益增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)外油氣管道的鋪設(shè)量迅速增加。目前我國(guó)主流油氣管線鋼以X70、X80為主，管道用鋼管以螺旋埋弧焊管為主。大口徑螺旋焊管幾何尺寸控制技術(shù)的水平直接影響鋼管的質(zhì)量、管道建設(shè)進(jìn)度及安全性、企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。由于螺旋焊管在生產(chǎn)中工序多，變形過(guò)程復(fù)雜，使得螺旋焊管尺寸精度的提高變得困難，對(duì)螺旋焊管幾何尺寸控制的研究資料很少，所以研究螺旋焊管的工序?qū)缀纬叽绲挠绊懀⑶以诖嘶A(chǔ)上進(jìn)行螺旋鋼管幾何尺寸的控制具有重要意義。
本論文以西氣東輸二線螺旋焊管的生產(chǎn)為背景，主要研究了螺旋焊管的關(guān)鍵工序與幾何尺寸質(zhì)量的關(guān)系。
⑴應(yīng)用螺旋焊管成型三輥彎板原理，通過(guò)三輥彎板機(jī)構(gòu)中的帶鋼彈性變形、塑性變形到屈服的過(guò)程分析，建立三輥彎板的力學(xué)模型圖，得到帶鋼在成型器內(nèi)彈塑性彎曲變形的彎矩和曲率函數(shù)，建立了三個(gè)成型輥在空間的位置關(guān)系，得到了不同規(guī)格鋼管生產(chǎn)關(guān)鍵位置參數(shù)。研究表明，生產(chǎn)鋼級(jí)X80的φ1219×18.4mm鋼管，工作寬帶1540，1、2號(hào)輥夾角α=15°14′，2、3號(hào)輥夾角β=21°36′，1、2號(hào)輥垂直距離=224.4mm，2、3號(hào)輥垂直距離=314.5mm，滑動(dòng)座端部距固定座端部距離△=56.6mm。
⑵應(yīng)用螺旋焊管成型幾何關(guān)系，得到成型角與螺旋焊管直徑及螺距公差的關(guān)系，系統(tǒng)分析了成型過(guò)程對(duì)鋼管幾何尺寸的影響，優(yōu)化后的φ1219×18.4mm成型角為α=65°54′。研究表明，加強(qiáng)成型輥位置及角度參數(shù)核查，尤其是1#、2#、3#號(hào)輥位置及角度，從開(kāi)卷機(jī)到成型入口段各工位嚴(yán)格按遞送線位置送料，采用雙銑邊工藝加工需要的帶鋼截面形狀和精確的工作寬度，可以控制螺旋焊管管徑、成型縫間隙穩(wěn)定性，減輕或消除錯(cuò)邊和撅嘴現(xiàn)象。
⑶分析了螺旋焊管內(nèi)應(yīng)力的大小與材料彈性模量、半徑、厚度及開(kāi)口量的關(guān)系，通過(guò)控制殘余應(yīng)力來(lái)保證鋼管幾何尺寸。理論研究表明，成型時(shí)帶鋼變形不足會(huì)產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，加大三輥彎板的變形量，利用成型阻力和阻力矩可以控制彈復(fù)量，可實(shí)現(xiàn)低結(jié)構(gòu)應(yīng)力(甚至負(fù)彈復(fù))鋼管生產(chǎn)，滿足鋼管幾何尺寸控制要求。
⑷分析了螺旋焊管焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫成形質(zhì)量的影響及焊接缺陷產(chǎn)生的原因，通過(guò)采用不對(duì)稱X型坡口，匹配焊接材料及焊接工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了鋼管焊縫幾何形貌的質(zhì)量控制，X80鋼級(jí)φ1219X18.4mm螺旋焊鋼管實(shí)現(xiàn)了1.76m/min高速焊接，焊偏量≤3.0mm，重合量≥1.5mm，焊縫寬度15～19mm，內(nèi)焊縫余高0～1.8mm，外焊縫余高0～2.5mm，焊縫表面光滑，過(guò)度圓滑，無(wú)焊縫偏流，無(wú)咬邊等幾何缺陷。
⑸介紹了管端機(jī)械擴(kuò)徑過(guò)程擴(kuò)徑力和擴(kuò)徑行程計(jì)算方法，管端機(jī)械擴(kuò)徑成形特點(diǎn)和影響因素，研究了擴(kuò)徑率與管端周長(zhǎng)、橢圓度、焊縫性能的影響，研究表明，管端周長(zhǎng)隨著擴(kuò)徑率的增大而增大，橢圓度變好，0.5%左右的擴(kuò)徑率對(duì)鋼管內(nèi)在質(zhì)量沒(méi)有影響，通過(guò)合理控制焊管段生產(chǎn)的管徑范圍，可以實(shí)現(xiàn)0.3%-1.0%小擴(kuò)徑率條件下對(duì)大口徑螺旋焊管管端幾何尺寸的精確控制。
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