水壓擴徑機合模浮動調(diào)整機構

梁景洪

摘 要：詳細闡述了焊接鋼管設備中水壓擴徑機的合模在工作過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，并根據(jù)合模的受力情況，提出了合模浮動機構調(diào)整的改造方向。

關鍵詞：水壓擴徑機；合模；調(diào)整機構；擴徑率

中圖分類號：TG306 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.096

石油天然氣在陸地、海洋開發(fā)的快速發(fā)展對管線鋼管的制作工藝提出了更高的要求。鋼管擴徑的目的有以下3個：①矯正鋼管在成型、焊接過程中的不均勻變形，使鋼管的管徑、圓度和直度達到要求的精度；②消除由成型機壓縮加工產(chǎn)生的管體殘余應力，改善應力分布，提高鋼管的整體力學性能；③消除焊縫焊接造成的殘余應力，避免因產(chǎn)生氫脆而導致氫致裂紋出現(xiàn)。

1 “水壓擴徑”的定義及鋼管出現(xiàn)的現(xiàn)象

1.1 “水壓擴徑”的定義

目前，國內(nèi)外的擴徑方法主要有水壓擴徑法和機械擴徑法。就擴徑效率來說，水壓擴徑法要遠遠高于機械擴徑法。水壓擴徑的原理為：水壓擴徑機兩端頭將鋼管兩端密封，外模將鋼管包住，從一端向鋼管內(nèi)注入高壓乳化液；高壓乳化液將鋼管擴脹到緊貼外模，在鋼管徑向擴大的同時，水壓機一頭隨動伸長，以保證縮短時不漏水；按設定時間保壓后，即完成擴徑工序。

1.2 水壓擴徑過程中鋼管出現(xiàn)的現(xiàn)象

在水壓擴徑過程中，合模對鋼管的管徑、圓度和直線度起著重要的作用。水壓擴徑機由6組合模組成，覆蓋管長12.5 m。為保證合模同軸，合模數(shù)量越少越好。考慮到加工成本和短管的生產(chǎn)，將合模設計為6組。此時，就需要考慮如何保證合模的同軸度。一旦同軸度得不到保證，鋼管就會出現(xiàn)錯節(jié)現(xiàn)象，無法滿足交貨要求。另外，如果每組合模間的間距無法保證，當間距過大時，就會出現(xiàn)竹節(jié)現(xiàn)象，同樣使鋼管無法滿足交貨要求。為解決以上問題，提出了關于合模調(diào)整和結構設計的方法。

2 水壓擴徑機合模的受力情況

2.1 現(xiàn)有水壓擴徑機合模機構的使用情況

合模機構的安裝形式為：耳座合模水缸使用后耳座結構，與合模水缸底座連接，安裝在地基上。對于這種結構來說，如果沒有浮動調(diào)整機構，就會出現(xiàn)上述問題。在多年的使用過程中，后耳座的連接銷軸變形并磨損，銷軸與耳座的間隙變大。這說明，合模在工作過程中會使合模水缸受到一個沖擊力，使銷軸變形，進一步驗證了合模浮動調(diào)整機構的重要性。

2.2 鋼管對合模的影響分析

水壓擴徑率的確定對鋼管有著重要的影響，擴徑率的計算公式為：

σ=（D-d）/D. （1）

式（1）中：D為鋼管擴徑后的管徑；d為鋼管擴徑前的管徑。

一般情況下，水壓擴徑的擴徑率為0.3%.如果鋼管擴徑后的管徑為610 mm，那么水壓擴徑前的管徑則為608.2 mm。從以上數(shù)據(jù)可以看出，如果鋼管出現(xiàn)彎管，那么就無法合模或者合模后，合模受到抗彎的力。因此，在水壓擴徑前，應校直鋼管。這是保證模具順利合模的關鍵。由于校直的效率與生產(chǎn)成本有一定的關系，因此，校直對象一般為管彎程度較大的鋼管。既然存在彎管，合模就要主動去適應這一情況。

2.3 合模機構如何適應彎管

為解決以上問題，合模機構需要一個浮動調(diào)整機構配合彎管的使用。合模底座的上方向、下方向、左方向和右方向都需要具備浮動條件，并且具備復位功能。合模底座安裝在一塊63 mm厚的丁晴橡膠墊上，而且在受到外力的情況下，比如合模的重力，丁晴橡膠壓縮后的理論高度為60 mm。但是，每種規(guī)格的橡膠墊的質(zhì)量并不相同，因此考慮選用硬度較高的橡膠墊。上方向的浮動采用碟簧與鎖緊螺栓定位的結構，實現(xiàn)合模底座上浮的限位與復位；合模左、右方向的浮動采用復位水缸，在工作狀態(tài)下，合模為自由浮動。當鋼管進入合模前，先使用4個復位水缸將合模底座推到設備要求的位置，也就是水缸滿行程的狀態(tài)。合模底座到位后，復位水缸即可復位，使合模在后續(xù)動作過程中不受水缸作用力的影響。

合模的浮動在一定程度上解決了彎管的問題，并且減少了鋼管擴徑過程中合模對鋼管過多的約束。合模對鋼管的約束會造成鋼管變形、直線度不合格等情況。合模的浮動機構也需要考慮到合模水缸的浮動。由于合模上、下方向存在一定的位移，因此，合模水缸必須隨動，否則會被損壞。對于水缸浮動機構，其合模水缸的安裝座采用碟簧組結構，實現(xiàn)合模水缸的上下浮動。合模水缸采用中耳軸，安裝在滑塊上。將滑塊作用于碟簧組上，實現(xiàn)合模水缸的上下浮動。滑塊由卡塊定位，并預留滑動間隙。同時，考慮到合模會有一定范圍的擺動，我們采用了安裝座旋轉(zhuǎn)的結構。連接鎖緊軸與安裝座，并通過連接座固定于合模安裝大梁上。

3 水壓擴徑過程中鋼管縮短情況的介紹

鋼管在擴徑時徑向變大，隨后，鋼管會出現(xiàn)縮短的情況。根據(jù)筆者對所在公司某幾個訂單的統(tǒng)計得出，鋼管擴徑前與擴徑后的平均縮短量約為22 mm。由于鋼管出現(xiàn)縮短情況，其在貼緊內(nèi)襯模后，內(nèi)襯模也受到其軸向縮短拉力所產(chǎn)生的摩擦力的影響，容易導致合模移位。

為了解決以上問題，合模座的前、后應使用前后擋塊限位，防止合模在鋼管縮短時隨之移動。如果取消這樣的剛性限位，那么在多次做管時，合模間的裝配間隙就會越來越小，最后合模間相互接觸，增加合模合起的阻力，加劇合模兩側(cè)的磨損，導致設備的使用壽命縮短。

4 總結

水壓擴徑機采用的是外模包容法，鋼管外徑的大小取決于外包模具的尺寸。多組合模間的相對位置是否合理直接決定鋼管能否滿足產(chǎn)品要求。在成型過程中，如果合模的狀態(tài)不合理，也會造成鋼管不合格。因此，水壓擴徑機的合模浮動調(diào)整機構是鋼管質(zhì)量的一個保證，能大大提高鋼管的質(zhì)量，并延長設備的使用壽命。

參考文獻

[1]黃克堅，劉京雷，阮鋒.UOE成型工藝在大直縫焊接鋼管生產(chǎn)中的應用[D].廣州：華南理工大學，2006.

[2]王利樹，黎劍峰.焊接鋼管機械擴徑工藝和水壓擴徑工藝技術分析[J].焊管，2006（04）.

[3]黃展友.補償缸在焊管水壓擴徑機上的應用[J].焊管，2010（8）.

〔編輯：劉曉芳〕