螺旋焊管引熄弧板制作裝置的開發(fā)

楊永，鄭兆君

（山東勝利鋼管有限公司，山東淄博255082）

1 問題的提出

國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展離不開石油、天然氣等能源的支撐, 目前東部沿海發(fā)達(dá)地區(qū)石油、天然氣的需求量與供應(yīng)量仍存在巨大的缺口[1-3]，鋼管作為石油、天然氣的長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)闹饕绞剑邩?biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量鋼管需求量也逐漸加大[4]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)主要螺旋焊管生產(chǎn)單位大多采用傳統(tǒng)的一步法生產(chǎn)工藝，其最大的不足就是生產(chǎn)速度慢、效率低下。為了破解這個(gè)難題，我公司引進(jìn)了國(guó)際先進(jìn)的兩步法生產(chǎn)工藝（又稱預(yù)精焊生產(chǎn)工藝），相比于傳統(tǒng)的一步法生產(chǎn)工藝，兩步法最大的優(yōu)勢(shì)就是生產(chǎn)速度快，生產(chǎn)速度是一步法的3～6倍。成型和焊接分步進(jìn)行，避免了傳統(tǒng)螺旋焊管生產(chǎn)中容易出現(xiàn)熱裂紋、夾渣等問題，容易得到高質(zhì)量焊縫[5]。預(yù)精焊工藝流程如圖1所示。

圖1 預(yù)精焊工藝流程圖

由于成型預(yù)焊和精焊是分開進(jìn)行的，為了提高焊接質(zhì)量和減少材料消耗，必須在成型后的鋼管兩端分別焊接引熄弧板，引熄弧板的弧度和鋼管的弧度最好是完全一致。從對(duì)頭管上切割下來的弧形板由于成型殘余應(yīng)力使鋼板產(chǎn)生彈性變形，因此不能直接焊接在鋼管上。必須采用機(jī)械加工的方法消除弧形板的殘余應(yīng)力，使引熄弧板的弧形盡可能地與鋼管弧形一致。本文針對(duì)此問題，開發(fā)了螺旋焊管引熄弧板制作裝置。

2 引熄弧板的制作過程

2.1 引熄弧板工作原理

本文以生產(chǎn)φ508×10.1、材質(zhì)為L(zhǎng)555的螺旋焊管為例。坯料規(guī)格：320 mm×510 mm。L555板材材料參數(shù)：厚度為10.1 mm；屈服應(yīng)力為555～705 MPa；抗拉強(qiáng)度為625～825 MPa；屈強(qiáng)比為0.93。

為了保證焊接可達(dá)性，在確定焊接位置并實(shí)施焊接[6]，焊接前先將一塊板材用手工電弧焊點(diǎn)焊到所要焊接焊縫的一端，然后埋弧焊是從該板材上開始引弧，等電弧移動(dòng)到所需加工的焊縫時(shí)，焊接的電流、電壓和電弧都比較穩(wěn)定，此時(shí)焊接的焊縫質(zhì)量比較好，缺陷少，等焊接完成后，在熄弧板上結(jié)束焊接。引熄弧板的焊接方式如圖2所示。

為獲得和鋼管一樣弧度的引、熄弧板，必須對(duì)引熄弧板進(jìn)行壓力加工，引熄弧板的加工和變形過程如圖3和圖4所示。

2.2 引熄弧板制作裝置

引熄弧板制作裝置主要由兩大部分構(gòu)成：液壓壓力機(jī)，模具。

圖2 引熄弧板的焊接方式

圖3 引熄弧板的加工過程

圖4 引熄弧板的變形過程

液壓壓力機(jī)的計(jì)算選型：

鋼板厚度按照10.1 mm，相對(duì)彎曲半徑計(jì)算如下：

壓力機(jī)的公稱壓力[7]計(jì)算如下：

F=0.7KBt2σb/(r+t)=0.7×1.3×320×10.12×555÷（495.3+10.1）=32620.59 N。

因?yàn)槲夜旧a(chǎn)最大鋼管規(guī)格為1620×25.4, 材質(zhì)為X120[8]。按照25.4 mm計(jì)算得到的公稱壓力為196 472.92 N。

根據(jù)液壓壓力機(jī)的選用原則[9]，設(shè)計(jì)選用了100 t液壓壓力機(jī)，壓力機(jī)行程為500 mm。上壓頭工作臺(tái)為500 mm×500 mm；2道T形槽之間的中心距為140 mm；下工作臺(tái)有3道T形槽，中心距為200 mm，T形螺栓為M20。壓力可調(diào)，行程可調(diào)；有自動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、半自動(dòng)、腳踏開關(guān)和手動(dòng)開關(guān)。引熄弧板加工模具主要由底座、上模、調(diào)節(jié)螺桿、旋轉(zhuǎn)軸等構(gòu)成。生產(chǎn)不同規(guī)格的鋼管所需的引熄弧板大小不同，要求模具應(yīng)具有一定的可調(diào)性。

2.3 工作步驟

1）引熄弧板毛坯件的下料。根據(jù)生產(chǎn)管型確定下料尺寸，引熄弧板原材料包括板頭、對(duì)頭管、降級(jí)管等，切割均采用等離子切割或氧氣乙炔火焰切割。

2）引熄弧板的制作。將下料的毛坯件放置在模具的底座上，調(diào)節(jié)螺桿調(diào)整到適當(dāng)位置，啟動(dòng)壓力機(jī)，調(diào)整上模下壓量，開始下壓，達(dá)到合適的要求，壓出所需的弧度。

3 結(jié) 語

該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有：設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用、維護(hù)方便，使用范圍廣，理論上可以制作各種常見型號(hào)螺旋焊管的引熄弧板，實(shí)用效果較好，能夠滿足預(yù)精焊生產(chǎn)的配套需要，為后面的引熄弧板焊接及鋼管的焊劑提供了較好的保障，提高了螺旋焊管的焊接一次合格率，也大大降低了氣孔等焊接不穩(wěn)定缺陷的產(chǎn)生。為螺旋焊管的引熄弧板制作提供了重要參考，同時(shí)也可用于直縫焊管的生產(chǎn)[10]。

圖5 壓力機(jī)示意圖