小口径无缝钢管（精选4篇）
小口径无缝钢管 篇1
引 言
在承压的大口径无缝钢管生产过程中, 由于管坯中存在的非金属夹杂物或严重疏松在轧制中未能焊合, 或轧制工艺不当引起的片状金属分离称之为分层缺陷。大面积分层缺陷存在将会影响大口径无缝钢管制品的承载能力。
由于手工检测分层缺陷效率满足不了大口径无缝钢管批量生产的要求, 故本文引入自动化超声波检测方法, 探讨为实现自动分层缺陷检测而对探伤技术所采用的处理方法。
1 技术要点
钢管分层的自动化超声波检测中, 由于外圆并不是几何意义上的圆, 加之表面属于粗糙表面。自动扫查过程中伤波 (缺陷波) 及底波的幅度波动较大, 以波幅来区分缺陷的大小比较困难。以两者的波幅比来记录缺陷可以克服这个困难。选择适当的探头, 使接近记录尺寸的缺陷才引起底波消失, 可大大简化缺陷评定工作。
为了可靠地检出所有达到记录尺寸的缺陷, 探头的间距应不大于应记录缺陷长度的一半。
2 分层缺陷超声波自动化检测方法
2.1 试样
按GB20490-2006《承压无缝和焊接 (埋弧焊除外) 钢管分层的超声检测》质量等级和记录界限如表1所示。其最小记录缺陷面积为165 mm2。为验证探伤设备的可靠性, 制作了具有面积为150 mm2的人工反射体的样管, 用来校验探伤设备的可靠性 (见图1) 。
注: (1) Bmin表示分层缺陷纵向尺寸和周向尺寸之积, 该尺寸应修约至最接近10 mm2的倍数; (2) D表示钢管外径, 单位为mm。
2.2 超声波自动化检测系统
2.2.1 探头及仪器
采用了8通道的数字探伤仪器和5 MHz Φ8 mm×8 mm的探头组进行检测, 其探头组有效检测宽度为100 mm。
2.2.2 探伤机械
探伤机械选择了钢管原地旋转, 探头沿钢管轴线平行移动。探头相对钢管作螺旋轨迹扫查, 扫查螺距不应大于100 mm。
2.3 扫查方式和探头间距的确定
为了保证声束始终可以扫过人工反射体, 且人工反射体对于声束轴线不成轴对称时, 也能得到最大显示信号。声场直径应不大于人工反射体长度的一半。各探头之间的间距也不应大于人工反射体长度的一半, 当缺陷的长度小于声场直径时, 检测结果的重复性会变得很差。故把探头间距定为12.5 mm。
2.4 缺陷显示的记录方式
把回波图形分为伤波信号不大于底波信号、伤波信号大于底波信号、有伤波信号而无底波信号等若干种, 在C-扫描记录上以不同的颜色来表示这些情况。在质量评定时, 可首先根据记录颜色筛选出较大的缺陷, 在记录图上测量缺陷显示的尺寸。只有测得的缺陷尺寸在拒收界限附近时, 才需要用手工探测来校验缺陷的尺寸。
此外, 对于检测近底表面的缺陷时, 手工探伤中会出现“底波前移”现象, 操作者可以通过肉眼观察回波图形的动态变化来鉴别。而仪器很难像肉眼那样识别出“底波前移”现象, 所以在自动化探伤中可以通过实时测量底波的渡越时间来解决此问题。当存在近底面缺陷时, 仪器会把它作为底波进行测量, 当测得的渡越时间非连续变化, 产生突变时, 单独用另一种颜色来记录这种突变点。在C-扫描记录图形上, 该颜色记录点所包围的区域即为近底面分层的显示面积。
2.5 缺陷当量与回波显示的关系
伤波/底波比值法表示缺陷大小的方法可改善缺陷记录的可靠性。但该比值不仅取决于缺陷的大小, 还与声场的指向角及缺陷的埋藏深度有关。图2示出了采用的探头测试厚度为40 mm的试样得到的测试结果。
图2中a, b, c分别代表Φ12, 8, 4 mm孔径的人工反射体。由图2可见, 直径达到Φ4 mm的人工反射体即可引起底波消失。在C-扫描纪录上, 只需测量引起底波信号消失的缺陷区的面积即可。
3 探测实例
图3为具有25 mm×6 mm人工反射体的试样探测记录, 其涂色区域代表有伤无底的缺陷显示, 利用探伤软件中的测长工具对C-扫描图形进行测量, 其测出的记录面积与实际面积十分接近。
图4为探测钢管的记录, 图中A表示伤波信号小于底波信号, B表示伤波信号大于底波信号, 但是记录面积均小于165 mm2, 所以在评定时可不予考虑。
4 结束语
大口径无缝钢管分层缺陷的自动化超声波检测符合GB20490-2006《承压无缝和焊接 (埋弧焊除外) 钢管分层的超声检测》标准要求, 检测结果较为真实, 且缺陷显示直观。在自动化检测扫查时, 只要扫查螺距不大于探头有效探测宽度均可, 此检测方法的应用将大大提高分层缺陷检测的效率。
摘要：介绍了用于大口径无缝钢管分层缺陷的自动化超声波检测的技术要点和方法。
关键词：钢管分层缺陷,缺陷大小,探头间距,超声波检测
参考文献
[1]GB 20490.承压无缝和焊接 (埋弧焊除外) 钢管分层的超声检测[S], 2006.
中小口径钢管穿孔减径生产工艺 篇2
1 生产线主要设备组成及简介
生产线主要由斜底式加热炉、穿孔机、感应加热炉和减径机以及辊道、台架等连线设备组成。主要设备具体参数如下。
1.1 管坯加热炉
采用22 m斜底式加热炉, 炉体长度19 m, 进料台2 m, 有效装载宽度2 m, 装载高度≤100mm, 窑外宽3 900 mm, 加热温度为1 200~1 250℃, 燃料种类为煤气。
1.2 穿孔机
穿孔机采用卧式桶形辊穿孔机, 前传动布置, 最大穿孔管坯φ75 mm, 电机功率320 k W, 轧辊直径φ350~410 mm, 轧辊转速123 r/min。
1.3 减径机
减径机为SRM275-14机架微张力减径机, 采用集中差速传动, 轧辊理想直径为275 mm, 该结构传动刚性好, 电气控制简单, 工艺速度给定容易, 不需要计算每一个机架的转速, 现场方便调整张力系数[2]。
1.4 生产线布置简图
具体工艺平面布置见图1。
1—斜底炉;2—输送辊道1;3—穿孔机;4—下料斜台架;5—感应加热炉;6—减径机;7—输送辊道2;8—收集台架
2 生产工艺的难点及解决方法
中小口径的钢管直接经过穿孔机穿出毛料, 再经过减径机减径归圆和改善外表面质量, 不经过轧机生产成品的工艺方式, 主要缺点是由于不经过轧机, 钢管的纵向壁厚和横向壁厚都不能得到改善。壁厚的精度主要由穿孔机的穿孔精度决定, 通过减径机减径后, 一般情况下壁厚情况会恶化, 所以生产工艺的难点在于控制穿孔毛管的壁厚精度和减径机对壁厚的影响。
穿孔毛管壁厚不均产生的主要原因是当管坯加热温度不均匀出现阴阳面时, 会导致穿孔后的毛管壁厚不均, 所以在炉中加热时要考虑留出足够的管坯均热时间, 保证管坯温度均匀;管坯中心线偏移轧制中心线极易造成穿孔毛管壁厚不均, 在生产过程中, 应定时根据设备的标定位置检测孔型中心线与轧制中心线的偏差;孔型椭圆度系数的增大也会导致毛管的壁厚不均增大, 所以要选择合适的椭圆度系数;顶杆发生弯曲时, 顶头会呈转圈旋转并难以对准管坯中心, 也会导致毛管壁厚不均, 因此要及时更换弯曲的顶杆;工具形状也会对壁厚产生影响, 因为无论轧辊还是顶头均设计有均壁段, 在此段, 轧辊表面与顶头表面应在空间状态下保持平行, 否则会削弱该均壁段对毛管的均壁作用。另外均壁段的长度也会影响壁厚精度, 所以应保证均壁段长度不小于一个穿孔螺距, 一般取1.2~1.5个穿孔螺距长度[1]。
减径机生产钢管时产生壁厚不均主要与张力系数、减径率、孔型形状、毛管的原始尺寸以及轧制速度和轧制温度有关系。张力系数较大, 有利于金属的轴向延伸, 减小金属的横向宽展, 从而减小金属的横向不均匀变形, 但是较大的张力系数会使纵向壁厚不均, 增大切头损失, 影响成材率。穿减生产工艺并不适合大张力系数, 应该采取微张力, 增壁轧制;减径率大小的选取与壁厚均匀关系密切, 在其他条件不变的情况下, 减径率增大, 横向壁厚不均匀变形增大, 所以应选择一个合适的减径率, 建议单机架减径率一般不超过3.5%;影响孔型形状的主要原因是孔型与金属接触变形区长度沿孔型宽度上差值的大小会影响横向壁厚不均, 一般情况采用较小的孔型椭圆度系数 (但是不能产生青线) , 这样接触长度的差值变小, 能在一定程度上改善横向壁厚不均。轧制速度和轧制温度对壁厚不均的影响主要是通过摩擦因数起作用。当轧制速度或轧制温度较低时, 摩擦力越大, 对减小钢管的壁厚不均也越有利, 但是轧制速度或轧制温度过低的话, 会影响钢管的纵向壁厚不均[2]。
钢管的纵向壁厚不均主要影响钢管的切头长度或者壁厚超出标准公差要求, 所以通过提高毛管加热温度的均匀性, 能够在一定程度上改善纵向壁厚不均。穿孔后毛管头部与尾部不可避免地会产生温度差, 钢管温度越高, 减径机减径后壁厚增加的越少, 因此应在减径机入口处布置感应加热炉, 提高钢管纵向温度的均匀性, 减少切头损失和壁厚公差超差。
3 结束语
通过上述生产过程中的工艺控制手段, 逐渐摸索经验, 现已经能大规模稳定地生产合格产品, 生产钢管最小外径为φ32 mm, 最薄壁厚3 mm, 最长为7.5 m, 产品在市场中极具竞争力, 在严酷的市场竞争中站稳了脚跟, 取得了较好的利润。
参考文献
[1]成海涛.无缝钢管缺陷与预防[M].成都:四川科学技术出版社, 2007.
小口径无缝钢管 篇3
大口径厚壁无缝管主要用作流体输送管、 蒸汽管[1,2]、石油天然气管道以及高压锅炉管[3]等,也是火电[4]、核电和石油化工等行业关键的基础元件[5,6]。 近年来我国大口径厚壁无缝管市场需求与日俱增,相应的热挤压成形工艺和装备的研究与开发也在快速发展。以典型材料P91钢为例,目前国内外普遍采用的冲孔-挤压生产大口径厚壁无缝钢管的生产工艺如图1所示。
从图1可见,采用冲孔-挤压法生产大口径厚壁无缝钢管的生产流程长、加热次数多、铸锭切料头和冲孔工艺浪费材料;锯床切料头、镦粗制坯和冲孔工艺等需要专用设备,不仅增加了设备投资,而且增加了动力消耗。
针对传统大口径厚壁无缝钢管生产工艺的问题, 太原科技大学李永堂为首席的科研团队提出了一种新的大口径厚壁无缝管短流程生产工艺[7,8],该工艺采用空心铸坯直接挤压生产大口径厚壁无缝钢管,其生产工艺流程如图2所示。通过冶炼铸造工艺制成所需要的空心铸坯, 加热后直接在立式挤压机挤压成形,然后进行热处理、校直和机加工。 与传统大口径厚壁无缝钢管生产工艺相比, 明显缩短了工艺流程、提高了生产效率、减少了加热次数、节约了材料,同时也省掉了去料头、冲孔等工艺的设备投资和动力消耗,经济效益和社会效益显著。
在大口径厚壁管短流程生产工艺中, 铸造空心坯的热挤压成形过程是该技术的核心研究内容,铸造空心坯的热挤压成形质量的好坏直接影响到厚壁管的机械性能。 由于热挤压所用坯料--铸造空心坯的晶粒组织比较粗大,分布不均匀,在热挤压成形过程中需要科学优化设计工艺参数, 通过高温和挤压变形的综合作用消除铸态组织的缺陷、 细化晶粒组织、提高产品的综合力学性能,实现“ 变形”和“ 改性” 的双重目的。
目前只有少数国家能够利用垂直挤压技术生产大口径厚壁钢管,我国还处在初期阶段,有关利用空心铸坯直接挤压生产大口径厚壁无缝钢管的短流程制造工艺及其理论研究,国内外尚未见文献报导。
1挤压力学分析
对铸造空心坯的热挤压成形过程的研究, 关键是建立管材挤压变形的计算模型, 理论分析厚壁管的挤压变形过程及计算公式。
本文对挤压变形力采用主应力法[9,10]进行分析, 其实质是将微分平衡方程和屈服方程联立求解。 但为使问题简化,采用基本假设:将问题简化成平面问题或轴对称问题; 根据工件变形特点选取基本分析单元--基元体;接触面上的摩擦切应力采用库伦摩擦条件;建立基元体的力学平衡条件;在屈服条件中忽略切应力影响( σx-σy=2K,其中 σx>σy) 。
厚壁管挤压采用沿空心球锥轴向流动的运动学许可速度场,建立极坐标系。挤压时按坯料的变形情况,可将其分为三个区域:已变形区Ⅰ、变形区Ⅱ和未变形区Ⅲ三个部分组成[9、11],如图3所示。 原则上坯料只在变形区Ⅱ发生塑性变形, 在已变形区Ⅰ和未变形区Ⅲ只存在摩擦力。 以下分别对三个区域进行分析。
1.1已变形区力学分析
对于挤压变形力有影响的锥形区末端到凹模出口处之间长度为L0区域的材料。 当芯棒下压,材料流至凹模出口处逐渐卸载,完成塑性变形[12]。 为便于分析,设此部分坯料处于临界弹塑性状态,各应力分量仍满足屈服条件。 在区域Ⅰ处切取外半径为R1、 内半径为R0、厚度为dz的微元体,其受力情况如图4所示。 列出基元体的轴向平衡方程
化简得
设此处金属坯料与凹模内壁、 芯棒的摩擦系数均为 μ1,且 τ1与 σn之间满足库伦摩擦条件,即 τ1= μ1σn。 将近似屈服条件 σn-σz=σs与摩擦条件一起代入式( 2) 得
当z=0时 σz=0,求得积分常数为C=Inσs
当z=L0时,得区域Ⅰ、Ⅱ交界处的轴向压力为
1.2变形区力学分析
厚壁管的挤压是轴对称正挤压,挤压时,变形区的形状随挤压角 、接触面的摩擦条件而变化。 变形区采用连续速度场, 通常有球形连续速度场和三角形连续速度场两种设计,为了方便计算,本文采用球形速度场[9、13]。 如图5所示,变形力主要包括:变形区塑性变形力、 变形区金属坯料与凹模之间的正压力和摩擦力、 变形区金属坯料与芯棒之间的正压力和摩擦力,微元体在轴向受力平衡。
在微元体上的正面压力在轴向的分量为
略去高阶无穷小整理得
在微元体锥面上的正压力在轴向的分量为
变形区金属坯料与凹模之间的摩擦条件,可按库伦摩擦定律确定,即 τ2=μ2σs,则作用在微元体锥面的摩擦力在轴向的分量为
变形区金属坯料与芯棒之间满足库伦摩擦定律,即 τ3=μ3σs则
根据静力平衡条件
近似塑性条件
将式( 7) 、( 8) 、( 9) 、( 10) 代入式( 12) 化简整理得
积分后得:
当 z=a 时 σz=p1则
当z=b时, 得到变形区与未变形区交界处的轴向压力为
由几何关系得 αsinα=R1bsinα=R2, 整理得
其中为挤压比,是坯料变形前后横截面之比。
1.3未变形区力学分析
未变形区金属在芯棒给予的变形力与变形区金属变形阻力的作用下, 会产生轻微的轴向压缩和径向、切向伸长变形。这是由于坯料与凹模之间的初始间隙所致。 由于凹模内壁的限制, 会产生径向压应力,导致未变形区金属随芯棒移动时,与凹模内壁产生摩擦阻力。而芯棒运动时,金属坯料也跟着一起运动,没有相对运动,即只有静摩擦。 受力情况如图6。
设未变形区金属处于临界塑性状态,则轴向力平衡
此处 σz的压应力数值要比 σn大, 所以近似屈服条件为 σz-σn=σs。
设此处摩擦服从库伦摩擦定律, 即 τ4=μ3σn,代入式( 12) 得
当z=L0+L1时,σz=p2,从而求得积分常数
式中:μ3———未变形区材料的接触摩擦系数。
设芯棒底面到凹模出口处的距离为L, 代入式( 13) 就得到瞬时单位及压力为
L越大,单位挤压力也就越大。 可见,最大单位及压力出现在变形初期坯料始端刚从凹模出口露出的时刻。 此时L-L0-L1≈h为原始坯料的长度。 故最大单位挤压力为
2分析与讨论
本文推出的挤压变形力计算公式比较全面地反映了影响变形力大小的各方面因素。
( 1) 变形程度及凹模锥角 α 可用变形区与未变形区交界处的轴向应力p2来分析
可见,挤压比越大,挤压力就越大,凹模锥角越小,挤压力越小。
( 2) 挤压件的原始坯料越高,最大变形力也就越大。其最大变形力出现在挤压变形的初期,此后随着芯棒的不断压下,挤压力逐渐减小。
小口径无缝钢管 篇4
2004年以后, 600 MW机组作为主力发电机组逐年增加, 100 MW机组逐步淘汰, 以便提高热效率, 降低发电成本和环境污染。随着大容量火电机组的增加, 特大、特厚的钢管用量也随之大幅度增加。国内目前仅能生产6 000 t, 大部份产品依靠进口解决, 仅电站锅炉行业就有约3万t的市场缺口。到目前为止, 国内外乃生产商生产的大口径无缝钢管的方法都是挤压成型法, 这种 方法能耗大、金属收得率非常低、生产成本居高不下, 江苏诚德钢管股份有限公司通过近终成型方法生产大口径厚壁无缝钢管, 在生产过程中很好地解决了这些问题, 但时有严重壁厚增厚现象, 因此必须了解壁厚增厚原理及成因, 从而修订轧管工艺, 提高产品合格率。
1生产工艺流程及缺陷
大口径无缝钢管生产工艺流程如下:
管坯→检验→切割→冷定心→加热→穿孔→加热→二次轧制→热处理→矫直→锯切头尾→内外表面修磨→探伤→入库
由于二次轧制中采用的二辊可逆式轧机进行轧管, 其中厚壁无缝钢管采用的是空心减径轧制工艺, 壁厚存在增厚, 甚至内方现象, 如图1、图2所示。
减径前壁厚尺寸见表1, 钢管材质为P22, 荒管尺寸为219 mm。
轧后壁厚如表2所示, 通过比较分析壁厚平均增厚量为1.24 mm, 钢管内径有内方现象。
2增厚原因分析
钢管空心体无张力纵轧过程中, 一般存在两个固有问题。其一是管壁厚问题。由于钢管径向压下, 金属被迫向纵向和壁厚方向流动, 即在产生纵向延伸的同时也出现壁厚增厚现象。影响增厚值的因素很多, 但主要因素为减径量及其分配, 即减径量越大, 增厚量也越大;开轧温度越高, 增厚越大。其二, 空心体纵轧时, 由于孔型底部与开口处变形条件的差异, 会出现钢管内方 (内多边形) 问题, 二辊纵轧出现的是内四方, 而三辊轧制则出现内六方, 但后者的横向壁厚不均程度大大减轻。内方程度, 主要与钢管减径量和壁厚系数直接相关, 减径量越大、壁厚越厚, 内方越严重。
3改进后的增厚
诚德钢管有限公司在850机组上轧制钢管空心体, 这种生产工艺在国内独一无二。由于钢管口径较大, 壁厚较厚, 轧制过程中的增厚值的确定尚缺乏依据。为此, 公司技术人员改进生产工艺, 通过提高轧制温度, 改变轧制压下规程、修改轧管孔型等工艺, 通过一系列的实践的改进及摸索, 钢管内表面的质量得到改善。产品壁厚达到国家标准要求。
4结束语
根据钢管减径特点, 适当减少总减径量, 提高开轧温度可以很好地解决大口径厚壁钢管减径。
孔型设计时应考虑椭圆度合适, 应尽量减少轧管时的不均匀变形。通过实践掌握各规格钢管轧制时的增厚规律, 从而调整整个钢管生产工艺。目前还没有非常精确的理论计算公式来计算增厚量, 实践中得出的规律也很有较强的针对性。
参考文献
[1]李连诗, 韩观昌.小型无缝钢管生产[M].北京:冶金工业出版社, 1995.