螺旋縫焊管銑邊機的應用及改進

玉向寧，路啟魯

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博 255082）

隨著國內外用戶對螺旋縫焊管質量要求的日趨嚴格，很多管線的技術條件要求已超過API Spec 5L《管線鋼管規范》和GB/T 9711《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》等產品標準，對焊管內在質量和外觀形狀都有了更高要求。螺旋縫焊管生產過程中，帶鋼邊緣加工是必不可少的關鍵工序之一，其目的是保證帶鋼工作寬度尺寸精度、預制焊接坡口及鈍邊、部分消除帶鋼彎度等。帶鋼板邊加工狀況對焊管成型的穩定性、成型縫以及焊接質量有重要影響［1］。

1 帶鋼邊緣加工技術發展歷程

螺旋縫焊管生產帶鋼邊緣加工技術及配套裝備的發展歷程大致分為三個階段［2］。

第一階段是20世紀90年代以前，通常采用圓盤剪對帶鋼邊緣進行剪邊處理，其特點是設備簡單，運營成本低，易于調整等；不足是邊緣加工精度差，不能加工焊接坡口，剪下的板邊易傷人，安全風險大等［1］；適用于薄壁低材質的帶鋼邊緣加工。

第二階段是20世紀90年代末到21世紀初，隨著產品壁厚的不斷增加，焊接工藝對帶鋼邊緣加工提出了預制焊接坡口的要求，通常采用圓盤剪剪邊（加工帶鋼寬度尺寸）+銑邊機（或刨邊機）（加工焊接坡口和/或寬度精度）組合方式［3］，其特點是板邊精度高，可以提高厚板焊接速度，改善焊接質量，換刀方便，可以實現不停車換刀；不足是這種方式對鋼板控制要求較高，刨刀壽命短，設備較復雜，板寬變化大時工作困難；適用于采用較厚鋼板制管前的焊接坡口加工［4］。

第三階段是21世紀初至今，隨著油氣長輸管線工程建設用鋼管的壁厚和鋼級的不斷提升，以往的帶鋼邊緣加工工藝和裝備已難以滿足生產需要，大功率、高強度銑邊機應運而生，目前，該類銑邊機在螺旋縫焊管生產領域得到廣泛運用［5］，完全滿足對厚壁、高鋼級生產時帶鋼邊緣的加工要求，可加工I型、Y型、X型坡口，坡口鈍邊尺寸精度高、表面光潔，完全能夠滿足厚壁螺旋縫焊管的精確成型和自動焊接需要，有效避免厚壁焊管生產時的成型錯邊、焊接燒穿、未焊透、焊縫超高等缺陷［6-7］。

2 銑邊機技術分析與應用

2.1 銑邊機的結構及工作原理

銑邊機結構如圖1所示，主要由傳動床頭箱、進刀機構、拖壓輥、刀盤和排屑器等幾大部件組成［8］。銑邊機一般安裝在遞送機前，在焊管生產過程中帶鋼沿遞送線運動，經過銑邊機時銑邊機兩側高速旋轉的刀盤對其進行銑削，銑削深度根據帶鋼板寬與生產工作寬度來決定，兩刀盤間距離通過螺桿傳動來實現［9］，托壓輥機構實現帶鋼高度位置的調整和控制，銑削的鐵屑用排屑器運送收集至鐵屑箱。

圖1 銑邊機結構示意

2.2 銑邊機主要技術參數

山東勝利鋼管有限公司（簡稱勝利鋼管）Φ2 200 mm螺旋縫焊管機組采用的是西安某公司生產的QXQ500型銑邊機，刀盤直徑500 mm，采用模塊結構坡口形式（坡口形式分為I、X、Y型三種）［7］，坡口角度有30°、40°兩種，根據焊接坡口的不同需要進行更換，加工寬度1～2 m，最大銑削厚度20 mm，主電機功率45 kW，單邊銑削寬度最大10 mm，系統壓力為10 MPa。

2.3 銑邊機的應用情況

結合國內生產的銑邊機的性能，Φ2 200 mm螺旋縫焊管機組基本采用雙銑邊模式［10］，1套機組配備2臺銑邊機（1臺粗銑1臺精銑）。生產壁厚較小焊管時（壁厚一般10 mm以下），只啟動1臺進行銑削，另一臺只在板頭板尾時啟動；生產大壁厚焊管時（壁厚10 mm以上），2臺同時啟動，第一臺銑I型進行粗銑，另一臺精銑，安裝有角度刀盤銑X或Y型坡口。銑邊機前后裝有槽型立輥控制帶鋼左右竄動，自身的托壓輥裝置對帶鋼限位控制，防止上下跳動，以此減少對銑邊質量的影響，防止損壞刀盤及刀盒［11］。在實際生產中，會根據原材料和成型的需要合理選擇銑邊工藝參數，一般選擇8～10 mm的銑削量。

3 銑邊機存在的問題及改進

3.1 存在的主要問題及改進

3.1.1 存在的主要問題

勝利鋼管Φ2 200 mm螺旋縫焊管機組銑邊機從2006年安裝使用至今存在的最大問題是：對頭前后受成型不穩定的影響，鋼板上下浮動，導致銑邊坡口位置上下變化大［12］，特別是壁厚12 mm以下焊管生產過程中受此影響更大，不利于焊接。正常生產過程中銑邊機處于自動運行狀態，設備壓輥裝置壓下量通過調節液壓系統壓力進行調整。銑邊機壓下機構如圖2所示，液壓系統工作原理如圖3所示。泵源壓力10 MPa，兩個電磁鐵分別控制銑邊機左右各3組油缸的升降來實現壓輥的壓下和抬起，蓄能器為其液壓系統儲存和釋放能量、穩定壓力、減小功率、補償滲漏、吸收壓力脈動和減緩沖擊等［13］。在實際連續生產中，液壓系統壓力一般不可隨意調整變化，而在螺旋縫焊管對頭前后帶鋼的前后變形量很大，進入銑邊機后實際需要的壓輥壓下量也是變化不同的，而銑邊機壓輥壓力不可隨意調整造成對頭前后銑邊不穩，坡口變化量增大，難以達到焊接工藝要求，且對頭的變化量還有可能引起銑邊機設備損壞，刀盤打刀，進而造成機組頻繁停車調整，大大影響焊管的焊接和成型質量。

圖2 銑邊機壓下機構示意

圖3 銑邊機液壓系統工作原理

3.1.2 改進措施

分析銑邊機壓下機構存在問題的主要因素后，經過長期討論和試驗提出了合理的改進方案，壓下裝置結構如圖4所示。具體措施是：將原來有液壓控制的壓下機構改為機械式結構，去掉液壓缸改為螺桿螺母傳動來替代油缸的運動，當更換不同規格壁厚的焊管調型時調節螺桿來調節上下壓輥間距離，生產過程中，帶鋼壁厚的公差變化以及對頭焊縫引起的壓輥的起伏變化，通過鎖緊螺栓與螺母間的組合碟形彈簧實現，碟形彈簧具有變剛度特性，能在較小的空間內承受極大的載荷，其單位體積的變性能較大，具有良好的緩沖吸震能力［14］，完全能夠實現對鋼板前后變形量產生的壓輥沖擊力的調節，避免了帶鋼變化引起的鋼板浮動產生的坡口變化，保證了銑邊機銑邊工作的穩定性和可靠性。改進后的結構簡化，維修方便，既減少了由于液壓系統故障引起的設備故障率，又消除了漏油引起的周圍工作環境的惡劣情況。

圖4 銑邊機壓下裝置結構示意

3.2 其他問題分析及改進

勝利鋼管自2006年使用QXQ500型銑邊機至今除上述問題外還針對不同程度的故障情況進行了合理地改進。

（1）傳動主軸的改進。銑邊機銑削的實現是通過主軸的旋轉實現，主軸與銑刀盤配合固定主要依靠軸端上安裝的異型鍵，在生產過程中刀盤高速旋轉，轉速高達133.54 r/min，切屑速度251.7 m/min，對連接鍵有強烈沖擊，使用初期經常由于滾鍵造成停車維修，現在在加工主軸時，相對刀盤的位置共加工了4個均勻分布的端面鍵槽，加強了主軸與刀盤的連接力度，加大了鍵的受力面，杜絕了銑邊機由于滾鍵原因造成停車維修。

（2）托輥調節機構改進。由于螺旋縫焊管生產線設備安裝標高是一致不變的，因此銑邊機托輥高度基本不用變化，但在實際生產調型過程中為了保證鋼板銑邊位置處于銑刀中部，產生上下均勻的坡口，需要對下托輥進行微調。勝利鋼管銑邊機原結構中下托輥左右各3組輥子分別是通過下部安裝的頂絲進行調節，這種結構存在很大缺陷，需要人員在調型時蹲到鋼板底部分別進行調節，由于空間所限，所以每次調節都非常困難，費時費力。改進后的托輥調節機構如圖5所示，整個下輥座底部安裝1組相對的楔塊結構，其中1個楔塊頂部通過螺栓與機架相連，調型時調節螺栓頂楔塊左右移動來實現托輥的上升和下降。

圖5 改進后的托輥調節機構示意

4 結 語

勝利鋼管在Φ2 200 mm螺旋縫焊管機組就此改進方案進行了試用，改進后的銑邊機主軸故障率顯著降低，無論在調型時托輥的調整效率還是在生產過程中坡口大小的變化上都有了顯著提高，使用效果良好，目前下一步的改進目標是將壓下機構由手動調節改為自動化結構。

國內銑邊機設計使用至今已有十多年歷史，隨著不斷改進，已經發展的非常成熟，設備使用狀況穩定，為焊管的成型、焊接創造了良好的條件［15］。當然相比進口銑邊機還存在一些不足之處，特別是在線自動板邊測量調節、坡口調節等方面還需要有進一步的研究改進。