專利名稱：大口徑鋼管管端矯正方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大口徑鋼管管端矯正方法及所使用的裝置。
螺旋焊管成型過程中的管端不圓度和管徑偏差控制一直是螺旋焊管生產(chǎn)中亟需解決的問題，美國石油學(xué)會(API)標準規(guī)定的管端不圓度允差為管徑的±1%，對于大口徑管來說，這個標準過松，如φ529mm的螺旋焊管，管端不圓度允差為±5.29mm，這樣的管在管端倒棱時，管端橫截面長軸處的棱邊部分會自然消失，在野外配管焊接施工時，很難將兩管對焊在一起，即使能對焊在一起，也會產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，從而使焊縫處機械強度和抗腐蝕性能明顯下降，造成了管道在使用過程中的不安全性，因而管端矯正成為必要。
國外有關(guān)管端矯正的方法一般都局限于無縫管和直縫管的真圓度矯正，關(guān)于螺旋焊管僅有管全長擴管矯正方法，這些方法均難以解決管端矯正過程中的彈復(fù)及管徑偏差問題，蒲原秀明法(JP5522462，JP5858945，US4262517)很好地解決了直縫管矯正時彈復(fù)和管徑偏差控制，但對強度不明的材質(zhì)，需要增加一套管材機械性能檢測以及擴管后周長控制的微機控制系統(tǒng)，操作過程復(fù)雜，矯正效率低，故未推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于提出一種新的大口徑鋼管管端的矯正方法及矯正設(shè)備，利用該方法及設(shè)備，可以用于各種材質(zhì)的鋼管管端的真園度矯正，并且操作過程簡單，矯正后精度高，矯正效率高宜于推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的詳細內(nèi)容如下一、矯正方法對于大口徑鋼管進行擴口→縮口→擴口的矯正工序，或采用縮口→擴口→縮口的矯正工序，擴口量與縮口量應(yīng)相當，一般為管徑的1-5%，其中縮口工序可采用多輥外旋縮口或用帶有直壁部分的錐形或圓弧形凹模進行軸向縮口。擴口工序則可通過下列方式進行(1)剛性分塊模內(nèi)脹(2)多輥內(nèi)旋(3)彈性體內(nèi)脹(4)爆炸或電磁成形擴口、縮口均能提高管端真圓度，兩種工序?qū)芏诉M行矯正的結(jié)果使管端真圓度達到很高的水平，還由于縮口能對焊縫翹曲變形有矯正作用，縮口后的管端管徑尺寸精確一致，因而形成一種管端真圓度、管端管徑偏差、焊管焊縫翹曲變形的綜合矯正方法。
二、矯正裝置擴、縮口工序可通過組合裝置(即擴、縮口的若干方法的組合，

圖1為其中的一例)或?qū)Ｓ玫臄U、縮口裝置實現(xiàn)，裝置中鋼管的夾緊、定位以及進給裝置可采用液壓、電氣或機械方式實現(xiàn)。對于彈性大、管材機械性能波動大、焊管管端焊縫區(qū)翹曲變形較大(如T/S-52K管)的管端矯正則需采用擴口、縮口的組合工序，而對于一般的彈性小、管材機械性能波動小、焊縫區(qū)翹曲小(如A3管，SM41B管)的管端矯正，僅用該裝置的擴口或縮口工序即可達到較高的矯正效果。此外，本裝置還可對管端進行大變形的擴口和縮口加工。
本發(fā)明所涉及的矯正裝置由圖1所示的各個部分組成，包括縮、擴口模2，剛性分塊模6，拉桿7，組合體8，彈性體9，套缸10，固定油缸11，拉桿12，橫梁13，固定機座14，縮、擴口模檔板15。其中縮擴口模2由三段組成，第一段為直壁部分3，長度l 為100-150mm，內(nèi)徑為(1.02～1.10)D0，(D0為API標準所規(guī)定的管端公稱外徑)，第二段為錐形部分4，其半錐角φ＝5°～15°，第三段為直壁部分5，長度l2為40-150mm，直徑為D+1.00+0.5，組合體8的芯筒部分軸向長度(與縮口模2第二段直壁部分5及錐形部分4對應(yīng)的芯筒部分)為直壁部分5與錐形部分4軸向長度之和，芯筒部分(組合體8)外徑尺寸D的選取如下(芯筒外徑包括彈性體的厚度尺寸、彈性體壁厚一般為5-20mm)D＝D0-2t其中t為管壁厚若芯筒與最終縮口管端內(nèi)徑的間隙達到使管端在大變形縮口時發(fā)生周向皺曲時，則考慮在芯筒上再加上一層彈性體(采用抗剪切強度較好的聚氨酯)，使得芯筒的外徑正好與最終縮口后管端內(nèi)徑一致，即D＝D0-2t，這樣，即可避免管端焊縫加強高在縮口模2與芯筒之間的咬入現(xiàn)象，又可避免縮口時管端周向皺曲的發(fā)生。
組合體8采用鑄造加工，其芯筒的內(nèi)徑、外徑以及與拉桿7配合的部分采用機械加工，左端用法蘭部分與套缸10的端部聯(lián)結(jié)，其園盤部分與左端法蘭部分之間采用筋板加強，這樣可通過組合體8這種特殊結(jié)構(gòu)將套缸10的軸向力傳遞給橫梁13，然后橫梁13帶動嵌入其內(nèi)的縮口模2將縮口力作用于管端1，橫梁內(nèi)孔是用來固定縮口模的，其尺寸可按最大管徑尺寸來定(最大管徑為φ1420mm，內(nèi)孔尺寸定為φ1600mm)管徑變化時，縮口模內(nèi)、外徑尺寸相應(yīng)變化，考慮縮口模采用成本較高的硬質(zhì)合金制造。因此縮口模2內(nèi)外徑之差不能太大。所以，在管徑調(diào)整時，縮口模2在橫梁13中內(nèi)孔的固定采用一內(nèi)徑變化而外徑為橫梁由孔直徑的調(diào)整環(huán)(圖中未畫出)這樣可以調(diào)整縮口、擴口部位的尺寸。
縮口模2的軸向固定是通過組合體8的園盤部分以及設(shè)備端面處園盤15(帶筋)來實現(xiàn)的，為了避免帶筋園盤15與縮口模2接觸處的集中載荷(管端1退出縮口模2時由于管壁與縮口模壁之間的摩擦作用而產(chǎn)生的軸向力)作用而引起集中載荷處的變形，因此在設(shè)計中，采用了筋板結(jié)構(gòu)(徑向?qū)ΨQ布置)以減緩載荷體中處的變形，從而起到對縮口模2的較好固定作用。
芯筒(組合體8)端部開有徑向滑槽，在擴口時剛性分塊模6可在拉桿7斜面作用下徑向向內(nèi)或向外運動，芯筒還可作為拉桿7的導(dǎo)向部分以及縮口時防周向皺曲措施。
拉桿12除承受縮口時的軸向縮口力作用以外，還可作為與縮口模2相連的橫梁13的軸向?qū)?，在縮口時、管端中心與縮口模2的中心自然重合。在拉桿12與管中間對應(yīng)部位(圖中未畫出)拉桿12采用分段聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，可根據(jù)管長進行拆裝組合。
圖1為本方法之一的原理圖，其犬概過程為管端1進入縮口模2的第一段直壁部分3，拉桿7向左作用時，剛性分塊模6對管端1進行擴口，拉桿7及套缸10右移，管端1隨之進入縮口模2的錐形部分4及直壁部分5，縮口模2退出管端1時，即完成矯正。
部件8在縮口時可作為芯筒，在其上固定一層彈性體，不僅可避免縮口時周向皺曲現(xiàn)象的發(fā)生，還可避免焊縫加強筋處在縮口時在芯筒8與縮口模直壁部分5的咬入現(xiàn)象。
本方法及設(shè)備可對螺旋焊管的焊縫桃形嘴”進行局部矯正。螺旋焊管在三輥彎曲成型時，在合縫處有可能出現(xiàn)直邊，焊接后熱變形以及彈復(fù)結(jié)果使焊縫局部區(qū)出現(xiàn)翹曲變形(即所謂的“桃形嘴”現(xiàn)象)(圖2a所示)，軸向縮口時，首先是焊縫加強肋與模壁接觸，從而使焊縫徑向向內(nèi)移動(圖2b)，管端退出縮口模之后，“桃形嘴”有一向外的反彈量，最終結(jié)果使焊縫局部區(qū)被矯正過來(圖2c)，其矯正原理相當于桿件彎曲矯正。
用本方法矯正彈性大、機械性能波動大，焊縫翹曲變形大的管材時，無論管端原始狀態(tài)如何，矯正后均能得到非常滿意的效果，而對于一般彈復(fù)小，機械性能波動小，焊縫翹曲變形小的管僅需進行小變形量的擴口或縮口就能得到較好的矯正效果，本方法對于任意管材，任意管型(無縫管、直縫管、螺旋焊管方形管)的管端矯正均適用。
對于不同的管徑，可對本裝置的矯正部分進行局部拆裝組合從而調(diào)整縮口模和芯筒的相應(yīng)尺寸，管長1變化時，管兩端的矯正設(shè)備相應(yīng)距離也要相應(yīng)變化，如圖1的裝置中，可調(diào)節(jié)分段聯(lián)接的拉桿12來實現(xiàn)，綜上所述，本方法是一種萬能性很大的管端真圓度矯正、管徑控制及焊縫翹曲矯正方法。
圖1為本發(fā)明裝置的原理圖，其中1-管端;2-縮口模;3-管端擴口時位置(縮口模2的第一段直壁部分;4-縮口模2中的錐形部分;5-縮口模2中的第二段直壁部分;6-剛性分塊模;7-拉桿;8-組合體(包括芯筒、縮口模固緊、擴口時導(dǎo)向頂緊部分);9-彈性體;10-套缸;11-固定機座;15-縮口模2固定用擋板;16-拉桿固緊用螺母;17-半圓形固定套;18-滑套;19-油缸固定螺母。
圖2-管端縮口前后焊縫區(qū)翹曲變形的矯正過程;
a-縮口前焊縫局部區(qū)的翹曲形貌;
b-縮口時焊縫局部區(qū)的形貌;
c-管端退出縮口模時焊縫區(qū)的形貌。
圖3-T/S-52K熱軋鋼帶(曲線A)與16Mn冷軋鋼帶(曲線B)的應(yīng)力應(yīng)變曲線;
圖4-剛性分塊模擴管整園時，管端不圓度ΔD(曲線A)周長增長量Δl(曲線B)隨擴管壓力變化的曲線;
圖5-管端外部加環(huán)狀金屬限制套，管內(nèi)用剛性分塊模帳(見專利JP5825822)的管端矯正方法對應(yīng)的管端不圓度ΔD(曲線A)、周長增長量Δl(曲線B)隨擴管壓力變化的曲線;
圖6-管端外部加環(huán)狀金屬限制套，管內(nèi)用聚氨酯脹(見專利JP55117530)時管端不圓度ΔD(曲線A)、周長增長量Δl(曲線B)隨加載壓力變化的曲線;
圖7-蒲原秀明法(見專利JP5522462，JP5858945，US4262517)管端矯正時，管端不圓度ΔD(曲線A)，周長增長量Δl(曲線B)隨壓力變化的曲線;
圖8-管端擴口后再進行縮口(帶有直壁部分的錐形凹模)時(本專利方案之一)，管端不圓度ΔD隨縮口率變化的曲線。(A為縮口時皺曲點)實施例為了模擬實際大口徑鋼管的管端矯正，采用了彈復(fù)及強度較T/S-52K(性能相當于16Mn熱軋鋼帶)還要大的16Mn冷軋鋼帶(性能比較見圖3)，卷制試驗用螺旋焊管，管徑為φ60mm，壁厚t＝1.23mm，試驗中還比較了無焊縫加強高(打磨平)和有焊縫加強高的管端矯正結(jié)果，發(fā)現(xiàn)，無焊縫加強高(磨平縫)的翹曲變形效果不如有焊縫加強高的管。
針對同時控制管端真圓度和管徑偏差這一要求，將本專利方案實驗結(jié)果與國外被認為是較好的幾種管端矯正方案實驗結(jié)果作了對比分析。結(jié)果表明，本專利方案為更有效的方案。圖4～8為實驗結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種用于大口徑鋼管管端矯正的方法，其特征在于采用縮口→擴口→縮口的矯正工序，擴口量應(yīng)與縮口量相當，為管徑的1-5%，縮口采用多輥外旋縮或用帶有直壁部分的錐形或圓弧形凹模進行軸向縮口，擴口采用下述方式種的任意一種a、剛性分快模內(nèi)脹b、多輥內(nèi)旋c、彈性體內(nèi)脹d、爆炸或電磁成形
2.一種用于權(quán)利要求1所述方法的矯正裝置，包括縮擴口模2，剛性分快模6，拉桿7，組合體8，套缸10，固定油缸11，拉桿12，橫梁13，固定機座14，其特征在于縮擴口模2由三段組成，第一段為直壁部分3，長度為100-150毫米，內(nèi)徑為1.02～1.10D0(D0為API標準規(guī)定的管端公稱外徑)，第二段為錐形部分4，半錐角為5°-15°，第三段為直壁部分5，長度為40-150毫米，內(nèi)徑為D+1.00+0.5，組合體8的芯筒部分軸向長度為5與4的軸向長度之和，芯筒部分外徑尺寸D按下式選取D＝D0-2t(mm)其中t為管壁厚，組合體8的芯筒部分左端用法蘭部分與套缸10的端部聯(lián)結(jié)，其園盤部分與左端法蘭部分之間采用筋板加強，芯筒端部開有徑向滑槽，拉桿12采用分段連接結(jié)構(gòu)，帶筋園盤15與縮口模2接觸處采用筋板結(jié)構(gòu)。
3.權(quán)利要求2所述矯正裝置，其特征在于在芯筒上加一層彈性體9，彈性體采用抗剪切強度較好的聚氨酯制造。
全文摘要
本發(fā)明為一種大口徑鋼管管端矯正方法及其裝置，針對彈性大、機械強度波動大的焊管，提出了管端縮口，擴口并用的方法及其矯正裝置。結(jié)果表明用此法矯正管端，不僅能得到精確一致的管徑尺寸和極高的管端真圓度，還可利用其中的縮口工序矯正焊縫處的翹曲變形，擴口、縮口可用組合裝置，也可通過專用擴、縮口裝置實現(xiàn)，對于彈性小、機械強度波動小的無縫管及焊管，可僅用其中小變形的擴口或縮口即可對管端進行矯正。
文檔編號B21D41/00GK1042673SQ8810783
公開日1990年6月6日 申請日期1988年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月12日
發(fā)明者康達昌, 王仲仁, 梅世錦 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)