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        螺旋管焊縫"撅嘴"的原因分析

        時(shí)間:2021-10-16 15:22:29 作者:zhishun

        螺旋管生產(chǎn)中成型縫"撅嘴"是普遍存在的一種成型缺陷,在采用小成型角生產(chǎn)時(shí)表現尤其突出。分析了成型縫"撅嘴"的危害及其產(chǎn)生原因,提出了可行的控制措施,對緩解成型縫"撅嘴",改善螺旋管成型縫質(zhì)量具有一定的借鑒及指導意義。 

        1成型縫撅嘴的危害

        1.1管線(xiàn)施工時(shí)組對困難

        管線(xiàn)施工規范要求對口處螺旋焊縫必須錯開(kāi)一定距離,"撅嘴"處不規則的圓弧段與另一鋼管較理想的圓弧段對縫,會(huì )產(chǎn)生環(huán)焊縫對縫錯邊,錯邊量的大小與圖1所示"撅嘴"量基本相等。

        1.2管端內焊縫打磨明顯傷及母材

        現行產(chǎn)品標準大都要求對鋼管管端至少150mm范圍內的內外焊縫進(jìn)行打磨,磨后余高為0-0.5mm。如果成型縫"撅嘴"較嚴重,在進(jìn)行內焊縫打磨時(shí),為保證磨后余高滿(mǎn)足標準要求,將會(huì )明顯傷及焊縫兩側的鋼管母材,導致鋼管剩余壁厚減薄甚至超出標準要求。

        1.3加劇成型縫的內緊外松

        成型縫"撅嘴"會(huì )進(jìn)一步加劇內緊外松,導致成型縫變化大、成型質(zhì)量不穩定,出現焊縫燒穿、夾雜、未焊透等焊接缺陷,焊接規范的調整難以適應成型縫的頻繁變化。

        1.4成型縫附近應力集中

        "撅嘴"處曲率不規整,產(chǎn)生尺寸突變缺陷,使"撅嘴"處應力(屬于一次應力性質(zhì))集中系數增高,導致"撅嘴"處應力集中,影響管線(xiàn)服役壽命,降低了管線(xiàn)運行的安全性和可靠性。

        1.5影響焊縫外觀(guān)質(zhì)量

        "撅嘴"嚴重的成型縫焊接時(shí),內焊易出現裂紋、焊縫邊緣不規整等缺陷[巧,外焊易出現焊縫偏流、焊縫余高過(guò)高等缺陷,對內外防腐也會(huì )產(chǎn)生影響。

        QQ截圖20211016151147.jpg

        2成型縫"撅嘴"缺陷

        成型縫"撅嘴"(也稱(chēng)之為"竹節"或"梨形")現象在螺旋管生產(chǎn)中普遍存在,表現為成型縫兩側向外翹起,如圖l所示。"撅嘴"對鋼管質(zhì)量影響較大,但GB9711和APISPEC5L中都沒(méi)有此項質(zhì)量指標的要求。隨著(zhù)管線(xiàn)建設工程對鋼管質(zhì)量要求的不斷提高,成型縫"撅嘴"量也逐步成為一個(gè)重要的質(zhì)量指標。從西氣東輸管線(xiàn)工程開(kāi)始,在螺旋管供貨補充技術(shù)條件中對"撅嘴"做了明確的量化規定:焊縫兩側各50mm弧長(cháng)范圍內局部區域與鋼管理想圓弧的最大徑向偏差不得大于1.5mm[l]。因此,有效控制成型縫"撅嘴"顯得越來(lái)越重要。

        3成型縫"撅嘴"原因分析

        3.1成型時(shí)帶銅兩邊和中間部分變形量不一致 

        帶鋼進(jìn)入三輯彎板機螺旋成型時(shí),帶鋼兩邊和中部的變形不一致。由于內焊頭裝置要占據一定的空間,懸臂輯(2#輻)布置不能覆蓋整個(gè)螺距,導致遞送邊緣100-150mm范圍內的帶鋼彎曲變形不充分。另外,內外輻各小輯之間有間距,很難調整至剛好壓住帶鋼邊緣。因此,帶鋼兩邊的變形沒(méi)有中間部分的變形充分,合縫時(shí)導致

        "撅嘴"。

        3.2合縫時(shí)帶鋼兩邊變形不一致

        合縫處帶鋼兩邊變形不一致會(huì )導致兩邊"翹嘴"量不同。成型縫咬合處的自由邊已經(jīng)過(guò)三輻彎曲和外控輯輔助成型變形,變形較充分,遞送邊則剛進(jìn)入三輻彎板機,變形不充分,因此,成型縫咬合時(shí)遞送邊的"撅嘴"量比自由邊大。

        3.3成型角越小越容易產(chǎn)生"撅嘴"

        帶鋼在彎曲變形過(guò)程中,三轆彎板機的每排輯平行于鋼管中心線(xiàn),沿垂直于成型縫方向剖開(kāi),鋼管的剖切面是一個(gè)橢圓,如圖2所示。

        QQ截圖20211016151747.jpg

        4成型縫"撅嘴"的控制措施

        4.1改進(jìn)帶鋼邊緣預彎裝直

        成型之前對帶鋼邊緣進(jìn)行預彎是防止成型縫"撅嘴"的有效措施,改進(jìn)預彎裝置設計對改善預彎效果尤為重要。

        在工作狀態(tài)下,上下預彎轆轆面在垂直方向的間隙量

        /1h=l+δm皿+/1l+(0.5-1.0),式中:l帶鋼公稱(chēng)厚度;

        8max一帶鋼厚度極限上偏差;

        /1t一帶鋼頭尾對接縫的最大錯邊量。

        該結構同樣要根據不同成型角和鋼管規格設計相應的預彎輯。要保證該裝置正常工作,對帶鋼頭尾對接提出了更高要求:一是對接縫錯邊量必須嚴格控制,二是對帶鋼兩邊參與預彎寬度范圍內的對接焊縫余高進(jìn)行磨平處理,磨后余高控制在0-0.5mm內。

        (3)采用三輯預彎裝直

        蘭車(chē)昆預彎裝置基本結構如圖5所示。裝置主要由箱體、上預彎輯壓下機構(蝸輪蝸桿減速器)、上下預彎輯、3#預彎輯及進(jìn)退機構等部件組成。裝置可在其底座上沿帶鋼寬度方向整體進(jìn)退,以調節帶鋼預彎寬度和彎曲點(diǎn)位置。2#預彎輯的升降采用電動(dòng)蝸輪蝸桿機構自動(dòng)調整,3#預彎輯在帶鋼寬度方向上的進(jìn)退采用手動(dòng)絲桿傳動(dòng)機構調整,通過(guò)調整γ預彎輯的壓下量和Y預彎輻的進(jìn)退量來(lái)滿(mǎn)足不同鋼管規格和成型角對帶鋼邊緣的預彎要求。

        采用該預彎裝置也存在一定的局限性。由于裝置本身在帶鋼寬度方向占據的空間較大,在采用窄板(帶鋼工作寬度運導板寬度+5∞mm)生產(chǎn)時(shí)卷邊預彎效果較差。另一方面,受裝置本身橫向尺寸的制約,帶鋼上下限位導板距離帶鋼邊緣相對較遠,給帶鋼遞送線(xiàn)的控制帶來(lái)了一定的難度,在薄板低鋼級鋼管生產(chǎn)時(shí)遞送線(xiàn)控制難度更大。

        4.2優(yōu)化調整邊緣預彎工藝參數

        無(wú)論采用上述哪種結構的裝置對帶鋼邊緣進(jìn)行預彎,對預彎工藝參數進(jìn)行合理調整和不斷優(yōu)

        化都很重要。根據不同的成型角、鋼管管徑、鋼級、壁厚和成型縫"撅嘴"程度對預彎裝置整體進(jìn)退量、上預彎輻壓下量、帶鋼邊緣彎曲寬度、彎曲點(diǎn)位置等主要工藝參數進(jìn)行調整,并不斷總結優(yōu)化,滿(mǎn)足標準對成型縫"撅嘴"量指標的要求。

        由前面原因分析已知,成型縫遞送邊"撅嘴"比自由邊嚴重,因此,如果工藝位置允許,可在遞送邊設置兩套預彎裝置,分別選擇帶鋼邊緣不同的點(diǎn)進(jìn)行彎曲,保證預彎充分。

        4.3選擇合適的成型角

        APISPEC5L標準規定:螺旋管生產(chǎn)的寬(工作板寬)徑(鋼管外徑)比為0.8_3.0[4],也就是說(shuō)成型角范圍為15°-75°。從經(jīng)濟性考慮,成型角越小越好,可提高生產(chǎn)效率,降低各種材料消耗。從可行性考慮,采用小成型角時(shí),成型縫"撅嘴"加劇,成型焊接的穩定性降低;采用大成型角生產(chǎn)時(shí),可有效緩解成型縫"撅嘴",但生產(chǎn)效率相對較低,材料消耗高。同時(shí),考慮鋼廠(chǎng)可提供熱軋帶鋼寬度范圍等因素,生產(chǎn)大直徑鋼管時(shí)應選擇相對偏大的成型角,生產(chǎn)小直徑螺旋焊管時(shí)應選擇相對偏小的成型角。因此,從生產(chǎn)經(jīng)濟性、可行性和成型縫"撅嘴"等多方面綜合考慮,在45。-65。范圍內優(yōu)選成型角較為適宜。

        4.4提高圓盤(pán)剪的剪切質(zhì)量

        對于采用圓盤(pán)剪工藝來(lái)保證帶鋼工作寬度的螺旋管機組,剪切后帶鋼邊緣的平整度和彎曲方向對成型縫"撅嘴"也有一定的影響O

        以前多數螺旋管生產(chǎn)線(xiàn)圓盤(pán)剪刃的安裝布置方式如圖6所示,上剪刃在外,下剪刃在內。在剪切過(guò)程中,上剪刃向下的剪切力導致帶鋼邊緣向下產(chǎn)生彈塑性彎曲變形,在剪切外力去除后,彈性變形部分恢復,但塑性變形部分導致帶鋼邊緣向下彎曲,其彎曲方向正好與邊緣預彎的方向相反,與成型縫固有的"撅嘴"相疊加,加刷了成型縫"撅嘴"。另一方面,剪切導致的反向彎曲往往產(chǎn)生在帶鋼邊緣15-20mm內,要依靠邊緣預彎裝置進(jìn)行反向彎曲幾乎不可能。

        4.5配套措施

        帶鋼邊緣預彎裝置安裝在遞送機和成型人口帶鋼控制立輯之間,帶鋼邊緣經(jīng)預彎處理后要通過(guò)一對控制立輯再進(jìn)入成型器,因此該控制立輯的輻型設計必須滿(mǎn)足預彎后帶鋼端面的控制要求,否則將會(huì )導致帶鋼遞送線(xiàn)控制難度加大和帶鋼邊緣擠厚等問(wèn)題出現。如罔8所示,帶鋼邊緣經(jīng)預彎后其端面與垂直面存在夾角β,人口控制立轆轆型設計時(shí)輯面也應為β角錐面輯,以有效控制帶鋼遞送線(xiàn)。

        5結語(yǔ)

        成型縫"撅嘴"是由于帶鋼邊緣變形不充分造成的,"撅嘴"量與邊緣變形量差異大小直接相關(guān),還與成型角、管徑、鋼級和壁厚等因素有關(guān),在采用小成型角生產(chǎn)中小直徑鋼管時(shí)表現突出。較嚴重的成型縫"撅嘴"對產(chǎn)品質(zhì)量造成較大影響,其危害性很大。

        工藝設計時(shí)優(yōu)選成型角、優(yōu)化調整帶鋼邊緣預彎工藝參數、改進(jìn)預彎裝置輯型和結構設計、提高帶鋼邊緣剪切質(zhì)量等是緩解成型縫"撅嘴"的可行措施,能有效控制成型縫"撅嘴"量指標,使其滿(mǎn)足產(chǎn)品標準要求,提高成型焊接質(zhì)量。

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