JCO成型過程中常見工藝問題及調(diào)整措施

高財?shù)摚?勇

（中油寶世順（秦皇島）鋼管有限公司，河北 秦皇島 066206）

JCO成型過程中常見工藝問題及調(diào)整措施

高財?shù)摚?勇

（中油寶世順（秦皇島）鋼管有限公司，河北 秦皇島 066206）

為了改善JCO成型焊管質(zhì)量和提高鋼管生產(chǎn)效率，以某JCO成型機組成型工藝為依據(jù)，針對成型過程中出現(xiàn)的工藝問題，根據(jù)實踐經(jīng)驗對調(diào)整措施做出詳細(xì)研究及闡述。研究結(jié)果顯示，鋼管徑厚比、鋼板的屈服強度、成型壓下量和壓下道次均會對鋼管的橢圓度產(chǎn)生影響；成型過程中上、下梁的補償會對鋼管的直線度產(chǎn)生影響；補償不合適、推鋼機位置不準(zhǔn)確，會導(dǎo)致鋼管產(chǎn)生螺旋度；預(yù)彎曲率的大小是影響鋼管撅嘴量、鋼管管型的關(guān)鍵因素。最后，在研究結(jié)果的基礎(chǔ)上提出了具體調(diào)整措施。

直縫埋弧焊管；JCO成型；橢圓度；直線度

Abstract:In order to improve the JCO forming welded pipe quality and enhance steel pipe production efficiency,based on a JCO forming unit forming technology,in view of the problems appeared in forming process,according to the practical experience to make a detail research and adjustment measures for adjustment measures.The research results indicated that the radius-thickness ratio of steel pipe,the yield strength of steel plate and forming reduction will affect steel pipe ovality.In forming process the compensation of upper and lower beam will impact on steel pipe straightness;improper compensation and inaccuracy pusher location can cause steel pipe helicity;the size of pre-bending rate is the key factor of affecting steel pipe pouting quantity and steel pipe shape.Finally,it put forward the specific adjustment measures based on research results.

Key words:longitudinal submerged arc welded pipe;JCO forming;ovality;straightness

JCO成型工藝是20世紀(jì)90年代由德國SMS MEER公司開發(fā)的一種大直徑直縫埋弧焊管的成型工藝，是一種較為先進的鋼管成型方式。JCOE生產(chǎn)線較UOE生產(chǎn)線一次性投資少、模具成本低，特別是在生產(chǎn)小批量、多規(guī)格的鋼管時靈活性高，調(diào)整時間短，成本低，這種成型方式對中等規(guī)模的企業(yè)是十分合適的，近幾年來在世界上得到了廣泛的認(rèn)可，已成為中國現(xiàn)代直縫埋弧焊管機組的主流成型技術(shù)[1-2]。由于JCO成型方式的特性，生產(chǎn)過程中存在一些必須考慮的問題，如確定模具曲率和下模間距、上模具相對下模具壓制深度以及壓制刀數(shù)，等。壓制過程中還需根據(jù)不同鋼板的力學(xué)性能、規(guī)格、壁厚做出臨時調(diào)整，非常復(fù)雜[3]。壓制出的鋼管容易出現(xiàn)橢圓度超標(biāo)、螺旋度超標(biāo)、直線度超標(biāo)、軸向錯邊等工藝問題，因此目前主要采用試錯法壓制第一根管，即更換新規(guī)格鋼管時，取較小下壓量試壓，用匹配的成品管靠模進行測量，取得合適的數(shù)據(jù)。此法作業(yè)效率低，并且不同鋼板性能存在差異，因此取得的數(shù)據(jù)參數(shù)具有不確定性。本研究根據(jù)生產(chǎn)實際操作提出了相應(yīng)調(diào)整措施，以改善JCO工藝成型的鋼管質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

1 JCO成型工藝介紹

JCO成型工藝是一種漸進折彎成型方式，每步只對一小部分鋼板進行彎曲成型。該成型方式主要成型過程是將鋼板銑邊后經(jīng)過預(yù)彎的鋼板，按J形-C形-O形的順序成型，每一步?jīng)_壓均遵循三點沖壓基本原理，多次漸進式壓制成型，成型過程如圖1所示。成型過程中，首先使鋼板的一半按設(shè)定的步長橫向進入成型機，一側(cè)鋼板開始（讓開預(yù)彎區(qū)）在成型機上、下模之間壓彎形成預(yù)定的曲率，使鋼板的一半先成為橫臥的“J”形（見圖1（a））；隨后上模抬起，鋼板由行進機構(gòu)推進，使其未成型的一邊到達(dá)模具下方，進行另一半的多步逐段彎曲，形成橫臥的“C”形管坯（見圖1（b））；最后在“C”形管坯中間進行最后一次彎曲，使橫臥的“C”形管坯開口縮小，成為開口的“O”形管坯（見圖1（c）），即完成一個JCO成型過程[4-5]。

圖1 JCO鋼管成型過程

2 JCO成型與鋼管橢圓度的關(guān)系

在圓形鋼管的橫截面上存在著外徑不等的現(xiàn)象，即存在不一定互相垂直的最大外徑和最小外徑，通常用最大外徑與最小外徑之差表述橢圓度[6]，即

橢圓度是衡量管線鋼管成型質(zhì)量的一個重要技術(shù)指標(biāo)，按照API SPEC 5L（第45版）標(biāo)準(zhǔn)，以外徑為610～1 422 mm鋼管為例，成品橢圓度不應(yīng)超過鋼管公稱直徑的1.5%[7]。JCO成型工藝中不可避免地會出現(xiàn)橢圓度超標(biāo)問題，這與鋼管的徑厚比、鋼板的屈服強度、壓制過程壓下量的控制、刀數(shù)（步長值）等均有密不可分的聯(lián)系。

2.1 鋼管徑厚比與橢圓度的關(guān)系

一般來說，鋼管徑厚比越小，鋼管成型越穩(wěn)定，出現(xiàn)橢圓度不合格的現(xiàn)象也越少。在管徑相同情況下，例如Φ813 mm×12.7 mm和Φ813 mm× 16 mm兩種規(guī)格鋼管相比較，前者的穩(wěn)定性要明顯高于后者，相對來說，前者也更不容易出現(xiàn)橢圓度超標(biāo)問題。在相同壁厚、不同管徑的鋼管成型過程中，管徑越大，越容易出現(xiàn)橢圓度超標(biāo)現(xiàn)象，例如Φ813 mm×12.7 mm和Φ1 219 mm×12.7 mm兩種規(guī)格鋼管，后者更容易出現(xiàn)橢圓度超標(biāo)問題。在Φ1 219 mm×12.7 mm鋼管實際生產(chǎn)中，由于徑厚比大，鋼管易出現(xiàn)橢圓度不合，鋼管矯直過程將會影響生產(chǎn)速度。通過分析研究，并對預(yù)焊后和擴徑后測量的大量數(shù)據(jù)進行對比，不斷修正JCO的成型工藝參數(shù)，可有效地控制鋼管的橢圓度。

2.2 鋼板屈服強度與橢圓度的關(guān)系

目前國內(nèi)管線鋼主要應(yīng)用鋼級集中在X65、X70和X80，有的甚至更高。鋼板屈服強度對成型工藝影響較大，主要表現(xiàn)在屈服強度的同板差，以及相同規(guī)格、不同爐批鋼板之間的差異。在工藝要求中，屈服強度同板差要求在40 MPa之內(nèi)，爐批差在70 MPa之內(nèi)，但實際中有時最大差值已經(jīng)達(dá)到了170 MPa左右，給生產(chǎn)帶來了很大的困難。在MES系統(tǒng)上線之前，多種爐批鋼板混合上線生產(chǎn)，給JCO成型帶來很大困難。MES系統(tǒng)運行后，成型崗位MES系統(tǒng)中有爐批標(biāo)記功能，在鋼管信息中能夠看到下一張鋼板的爐批信息，這樣就能將變形量大、與一般變形量明顯不同的鋼板爐批標(biāo)記出來，在下次生產(chǎn)此爐批時，提前修改成型參數(shù)，有效規(guī)避因鋼板屈服強度不同引起的橢圓度不合現(xiàn)象的發(fā)生。屈服強度不一致還表現(xiàn)在回彈量的不同，回彈量的大小最終會影響鋼管的開口度[8]。相同管徑、壁厚的鋼管，屈服強度越高，越容易出現(xiàn)橢圓度超標(biāo)問題。因為回彈量大，鋼管的不可控性越強[9]。不僅表現(xiàn)在成型階段，鋼板屈服強度對擴徑的影響也不容小覷。鋼板屈服強度與整個JCOE生產(chǎn)過程的每一步都息息相關(guān)。因此，縮小鋼板屈服強度的差異，改善鋼板性能，可以有效降低鋼管橢圓度不合格率，提高生產(chǎn)效率。

2.3 成型壓下量與橢圓度的關(guān)系

JCO成型過程中，最直接的影響參數(shù)應(yīng)該就是壓下量。不管從鋼板預(yù)彎到J-C-O各個環(huán)節(jié)，壓下量參數(shù)的設(shè)置直接影響著鋼管的曲率，影響著最后鋼管成型的橢圓度問題[10]。實際生產(chǎn)中，因為壁厚不均勻、同規(guī)格批次的鋼板壁厚的差異，導(dǎo)致同一壓下量壓出的鋼管橢圓度有很大不同，所以需要調(diào)整壓下量。由于生產(chǎn)中不能逐一測量每張鋼板的壁厚，所以壁厚引起的橢圓度不合很難避免。壓下量的調(diào)節(jié)還表現(xiàn)在成型和預(yù)彎的搭接處是否合適以及整個JCO成型過程壓下量是否合適。圖2為鋼管壓制位置示意圖，一般來說，假定預(yù)彎曲率是理想狀態(tài)，滿足工藝要求，那么改變成型過程中鋼管焊縫邊緣和3點、6點、9點附近的壓下量對鋼管影響較大。3點、9點壓下量增大，會導(dǎo)致鋼管橫截面水平方向直徑較大，這樣的鋼管習(xí)慣稱之為“橫橢”，同理如果焊縫邊緣壓下量較小，6點壓下量相對較大，表現(xiàn)為垂直水平方向直徑偏大，稱之為“立橢”。當(dāng)然，整個成型過程中還會出現(xiàn)斜向的直徑較大或較小，要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整每一刀的壓下量來保證鋼管的整體橢圓度偏差在可控范圍。

圖2 鋼管壓制位置示意圖

2.4 刀數(shù)（步長值）與橢圓度的關(guān)系

一根鋼管壓制多少刀（道次），要視步長的大小，兩者其實反應(yīng)的是一個問題 。鋼管步長的大小對橢圓度也有相當(dāng)大的影響[11]。選擇合適的壓制步長對鋼管成型效果和生產(chǎn)效率有著直觀的影響[12]。比如針對 Φ813 mm×12.7 mm鋼管，壓制17刀的效果要明顯好于15刀的效果。步長值的縮小會減小鋼管每步之間的直邊量，使鋼板變形充分，從而更好地控制橢圓度不合現(xiàn)象的發(fā)生。在壓制過程中，還有一個影響較大的問題就是壓制過程中兩邊的位移量不一樣，即左右兩邊壓制位置不對稱，就會出現(xiàn)前述的斜向鋼管橢圓度不合，需要在后期生產(chǎn)過程中不斷修改推鋼機位置，來反復(fù)提高兩邊壓制位置的一致性，從而保證鋼管的橢圓度合格[13]。

3 JCO成型過程與鋼管直線度的關(guān)系

JCO成型過程中，由于鋼管整體受力不均勻，會出現(xiàn)沿焊縫方向側(cè)向彎曲、正下方彎曲和正上方彎曲等不同程度的彎曲。彎曲的鋼管會對后續(xù)工序帶來不必要的麻煩。鋼管生產(chǎn)工藝對直線度也有一定要求，一般要求鋼管全長直線度總偏離≤0.2%L，管端1.0 m范圍內(nèi)局部偏離應(yīng)不大于4.0 mm。鋼管的彎曲導(dǎo)致焊縫跟著彎曲，直接影響焊接、擴徑等工序，所以調(diào)整鋼管直線度非常必要。

3.1 上梁補償對鋼管直線度的影響

JCO成型機模具操作界面如圖3所示，成型機的補償主要是通過控制作用在上、下梁的油缸控制的[14]。

圖3 成型機模具操作界面

上梁補償主要是針對鋼管兩端開口度不同而進行設(shè)置和調(diào)整的。由于成型機壓刀長度為13 m，整體下壓過程中會存在兩端壓下量不一樣的情況，壓制出的鋼管兩端開口會出現(xiàn)不同程度的差別，如圖4所示，反映的是端部的開口一端大一端小的問題，以小開口端為基準(zhǔn)，適當(dāng)加大開口端的補償值，可以很快地將兩端開口調(diào)整一致。因此，適當(dāng)?shù)脑黾踊驕p少上梁兩端補償值對鋼管直線度有較大影響。

圖4 鋼管兩端開口度異常情況

3.2 下梁補償對鋼管直線度的影響[15]

下梁補償對板邊直線度影響較大，調(diào)整下梁每一個油缸的補償量對鋼管的局部受力有不同影響。一般來說，調(diào)整鋼管的下梁補償，可以單獨糾正鋼管形成內(nèi)括弧形和外括弧形（見圖5）。根據(jù)具體規(guī)格鋼管的要求，配合上梁補償調(diào)節(jié)可以有效地調(diào)節(jié)鋼管板邊直線度和整個鋼管的直線度。

圖5 鋼管板邊直線度異常情況

圖6為下梁補償數(shù)據(jù)設(shè)置界面。它把鋼管分成四個部分：1/4，2/4，3/4，4/4，此圖為右視圖。按照中國的習(xí)慣，一般都是左視圖，也就是說3/4，4/4是壓制的第一面，首先壓制；1/4，2/4是壓制的第二面，后壓制。每根鋼管在長度上分為四個補償油缸位置分布在下梁下面。也就是說4個補償缸，16個補償點。如果出現(xiàn)圖5（a）所示情況，出現(xiàn)內(nèi)括弧形鋼管，說明中間兩個補償缸補償量偏小，應(yīng)加大補償量；如出現(xiàn)圖5（b）所示外括弧形鋼管，應(yīng)減小中間補償值或加大兩端補償值。補償值添加與減小的基準(zhǔn)為不添加補償，也就是補償為0。正常壓制鋼管時，由于下梁中間部位受壓力和自身重力而產(chǎn)生撓度，所以正常壓制成型過程中，中間部位要適當(dāng)給予一定的補償。補償值要根據(jù)具體情況具體分析，上述兩種情況只是典型的例子，實際生產(chǎn)中還要看鋼板的性能、模具的平整度、下模間距的一致性（下模墊片中是否夾灰塵）以及上梁補償?shù)纫蛩亍Ｏ履Ｑa償需要配合上梁補償進行整體調(diào)整，才能達(dá)到理想的直線度要求。

圖6 成型過程下模補償參數(shù)設(shè)置界面

4 JCO成型對鋼管螺旋度的影響

JCO成型過程中，鋼管會因成型過程中的受力不均、推鋼機位置不準(zhǔn)確、補償值不當(dāng)?shù)仍虍a(chǎn)生軸向錯邊，使鋼管呈小幅度螺旋狀。同時，會影響內(nèi)焊機頭導(dǎo)向輪的正常工作，導(dǎo)致焊接過程中導(dǎo)向輪脫出坡口，引起焊偏。由于焊縫不直，將影響擴徑工序焊縫方向?qū)φ戎T多方面的問題。

4.1 補償不合適導(dǎo)致的受力不均對螺旋度的影響

鋼管補償是否恰當(dāng)會對鋼管產(chǎn)生局部和整體影響。上梁補償?shù)牟缓线m會出現(xiàn)鋼管兩端開口不一致，在鋼管進入預(yù)焊機時，易造成對中不準(zhǔn)確，單一方向偏差，預(yù)焊后出現(xiàn)螺旋度。下梁補償對鋼管局部有很大影響，最終造成鋼管進入預(yù)焊時焊縫局部偏差，忽左忽右，從而導(dǎo)致鋼管的螺旋度出現(xiàn)。

4.2 推鋼機位置不準(zhǔn)確對螺旋度的影響

推鋼機在整個成型過程中對鋼板起到步長輸送和定位的作用。成型過程中，任一方向的推鋼機出現(xiàn)不同步現(xiàn)象都會導(dǎo)致鋼板推斜，與壓刀形成一定的角度，這就會在一定程度上造成鋼管的軸向錯邊（如圖7所示），從而導(dǎo)致焊接后的鋼管產(chǎn)生螺旋度。

圖7 鋼管軸向錯邊

5 JCO成型與預(yù)彎、預(yù)焊的關(guān)系

預(yù)彎是JCO成型工藝的首道彎曲工序，預(yù)彎曲率的大小影響著鋼管撅嘴量、鋼管管型等關(guān)鍵因素，如何與預(yù)彎配合是JCO成型重要的一環(huán)，焊縫邊緣的曲率也決定著預(yù)焊過程的難易程度，對預(yù)焊崗位影響較大[16]。

（1）因機械本身的原因，當(dāng)預(yù)彎機預(yù)彎曲率不夠時，板邊彎曲較小，達(dá)不到理想曲率，板邊也會出現(xiàn)小直邊現(xiàn)象。如果不調(diào)整成型機參數(shù)，很容易出現(xiàn)撅嘴現(xiàn)象，容易擴裂[17]。為了彌補預(yù)彎的不足，JCO成型過程中要盡量縮短第一刀位置與邊緣的距離。加大前幾刀壓下量，彌補預(yù)彎過程中的不足；相反，如遇到預(yù)彎較深的情況，適當(dāng)減輕前幾刀壓下量，配合預(yù)彎壓制曲率較深情況，從而使鋼管達(dá)到滿意曲率。

（2）由于預(yù)彎機同側(cè)油缸壓力不同步而產(chǎn)生的接刀痕，對預(yù)焊影響較大。如果預(yù)彎設(shè)備不能完全消除此現(xiàn)象，成型機應(yīng)適當(dāng)調(diào)整補償，盡可能減小接刀處的硬彎，這樣才能給預(yù)焊提供一個成型良好的管坯。

（3）JCO成型鋼管的開口大小也決定著鋼管的外觀尺寸，如果兩端開口度差距較大，應(yīng)快速調(diào)整上梁補償，減小差距[18]，以防止預(yù)焊過程擠壓過量導(dǎo)致的撅嘴或擴裂。

6 結(jié)束語

通過幾年的實踐，發(fā)現(xiàn)JCO成型工藝環(huán)環(huán)相扣，互相影響，錯綜復(fù)雜。本研究針對生產(chǎn)過程中遇到的JCO成型工藝問題，根據(jù)實際操作經(jīng)驗，提出切實可行的調(diào)整措施，在保證焊管幾何形狀精度的基礎(chǔ)上，有效提高焊管成品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在生產(chǎn)中，調(diào)整JCO成型工藝參數(shù)是對后面工序的質(zhì)量保證，也是生產(chǎn)合格鋼管的必要條件，對提高JCO成型鋼管生產(chǎn)的整體工藝水平具有重要意義。

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Common Process Problems and Adjustment Measures in JCO Forming Process

GAO Cailu,XUE Yong
（Zhongyou BSS(Qinhuangdao)Petro-pipe Co.,Ltd.,Qinghuangdao 066206,Hebei,China）

TE973.1

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.03.008

2016-11-01

編輯：黃蔚莉

高財?shù)摚?982—），男，碩士，機械工程師，主要從事直縫埋弧焊管生產(chǎn)線的設(shè)備管理工作。