厚壁无缝钢管

2024-09-03

厚壁无缝钢管（精选5篇）

厚壁无缝钢管篇1

引言

随着我国经济建设的快速发展,对厚壁无缝钢管的需求量猛增,尤其是能源装备领域以及大型设备制造等行业需求旺盛,产品供不应求[1]。厚壁无缝钢管的热处理(淬火、正火和回火)是整条生产工艺的最后一道关键工序,而热处理炉又是热处理生产线的关键设备。目前,由于厚壁无缝钢管热处理具有单重大、外径和壁厚规格多、批量小、批次多、加热工艺变化大等特点,国内在线连续化生产的钢管热处理炉存在一次性投资大、能源利用率低、生产效率不高等问题。

本文以实际工程为例,从设计的角度对厚壁无缝钢管热处理炉进行优化,并通过生产实践进行检验,证明该方案的合理性与可行性。

1 设计条件和技术性能要求

某厚壁钢管厂新建一条钢管调质生产线,该生产线选用步进式无水冷耐热梁炉型。由于资金限制,要求该热处理炉具备淬火、正火和低温回火功能。

该炉型沿炉长方向分为预热段、加热段和均热段[2],钢管入炉温度为室温。在钢管淬火和正火时出炉温度为890～950℃,在钢管回火时出炉温度要求为400～650℃,均热段炉温温差±5℃,沿炉宽方向温度一致。

1.1 设计条件

直径:Φ219～508mm;

壁厚:15～100 mm;

长度:5～12.5m;

单根最大重量:6.3t;

最大单位重量:1006kg/m;

额定产量:20t/h。

1.2 技术性能(见表1)

2 设计难点

1)钢管单重大,额定产量低,给炉型和炉长确定带来难题。入炉钢管外径和壁厚规格范围均变化较大,且该炉子的额定产量较低,按照正常连续炉设计的情况下,炉长较短。外加钢管的最大单位米重超过1t,需用水冷式悬臂辊道。如果炉长过长,容易给项目投资带来压力。如果炉长过短,水冷悬臂辊道给钢管加热带来的负面效应会相应扩大[3]。如何确定合理有效、经济的炉长是该设计的主要问题之一。

2)钢管外径大、壁厚大,给耐热梁的布置、步距、密封等设计带来难题。由于坯料的单重最大超过1t/m,在1000℃左右的炉内,耐热梁的跨距不能太大,否则耐热梁容易变挠。但是如果跨距太小,炉底干,密封托板又不能达到良好的密封效果。

3)热处理炉集淬火、正火和回火功能于一身,给燃烧系统设计带来难题。常用的钢管淬火热处理炉一直选用高速烧嘴和脉冲控制方式进行控温,在炉温800～1000℃时均能达到良好的温度均匀性。但该热处理炉又提出了回火功能,温度在400～700℃。如果仍延续传统脉冲控制+高速烧嘴的方法,回火热处理就达不到理想的效果。

3 采用的技术措施

3.1 确定炉型(炉长)

钢管在热处理的过程中最好是不断滚动加热,这样才能达到较好的温度均匀性,进而可以提高钢管的热处理性能。因此,在炉型的选择上使用了带V字沟槽的耐热钢梁+步进机械来满足生产要求。

为了提高燃料的利用率,沿炉长方向上分为3个温度控制段,分别为预热段、加热段和均热段。在该炉的装料端炉顶压低,形成预热段,这样的结构形式可以防止入炉钢管骤然受到强大热流冲击产生变形,同时延长高温烟气的在炉时间,提高能源利用效率。活动梁和固定梁的顶面是带弧度的齿形,使钢管在炉内等间距放置。在每一次步进时钢管都能转动一个角度,从而保证钢管的加热温度更加均匀并防止钢管在炉内弯曲变形。步进梁用支柱支撑高出炉底约650mm,使炉气能围绕钢管形成良好循环,均匀加热。烟道排烟口设置在预热段下方,烟气经过给入炉的钢管预热后进入烟道,和助燃空气交换热量后排出。经过上述设备选型和经济型双重考虑后,最终设计的炉子尺寸为10.08m(炉子有效长度)×13.5m(炉子宽度)。

3.2 炉内耐热梁的设计与布置

炉内共设计有9条固定梁和9条活动梁,固定梁与固定梁、活动梁与活动梁之间的间距约为1500mm。每组相邻固定梁与活动梁间距约400mm,梁齿距为420mm。固定梁两端由支柱固定在炉底钢结构上,周围为轻质浇注料保温,活动梁支柱穿过炉底长圆孔,固定在平移框架上,采用工字钢结构形式。均热段的梁的材质为ZG40Cr25Ni35,在适应最高炉温1100℃需要的同时,最大限度节省投资。炉内孔洞采用干密封形式,上层拖板及导向板材质ZG40Cr25Ni20Si2,空腹形式,内填充浇注料。下拖板及下导向板材质1Cr18Ni9Ti。移动立柱和固定立柱每排设置了6支,移动立柱和固定立柱尺寸为Φ160×25。加热段支柱的材质为ZG40Cr25Ni20,均热段支柱的材质为ZG40Cr25Ni35。

活动梁的升降是通过2个升降缸通过推动连杆机构带动活动框架升降完成的。水平移动是由1个平移缸推动活动框架实现平移动作。

3.3 悬臂辊道的设计与防冒火措施

热处理炉采用单独传动的悬臂辊道完成钢管的装炉和出炉,每套悬臂辊均由1套交流变频传动的电机减速机带动,并配有水冷轴、轴承和轴承座以及铸钢辊套等组成[4]。出料端铸钢辊套材质为ZG40Cr25 Ni35,全炉有进料悬臂辊道组和出料悬臂辊道组。钢管入炉对中借助于编码器实现。辊道采用变频调速,辊道速度范围0.3～1m/s。

鉴于钢管本身米重较大,悬臂辊道辊身相对而言也比较大,在辊身与炉体的密封上采用如下处理:1)密封处的异性耐火砖采用锥形砖,安装时用耐火纤维毯在异形砖周围塞紧。2)悬臂辊本身与耐火砖接触部位设置成Z型空腔,阻挡高温烟气的进入。3)辊身上设置了膨胀金属环,内塞纤维毯,在温度升高后形成喇叭状密封面,进一步降低高温烟气的溢出。

改进后的悬臂辊密封示意图如图1所示。

3.4 淬(正)火与回火要求时燃烧系统的设计

针对该工程要求的正火、淬火与回火于一炉的要求,设计人员进行了精心设计。热处理炉沿炉长分为加热段和均热段。加热段和均热段沿炉宽方向又各分为4个区进行燃烧和温度控制,以保证钢管长度上的温度均匀性。全部采用脉冲的燃烧控制方式,保证出炉钢管温差在±5℃以内。在炉子的加热段配备了16台天然气高速烧嘴,单台功率420kW。在均热段配备了16台二次风烧嘴,单台功率230kW。天然气由中心引入烧嘴内管,经切向多孔从烧嘴头成一定角度喷出;空气由侧部进入烧嘴外管,亦经切向布置的导流孔后喷出,旋转的空气与旋转的天然气在烧嘴头部迅速混合燃烧,燃烧后高温烟气从烧嘴砖内高速喷入炉内,在炉内形成强烈的气流搅动。其最大的优点是无明显火焰,也就不存在火焰特有的高温区,从而保证炉内均匀的温度分布[5]。在保温阶段如果温度低于600℃时,打开均热段二次风电磁阀,往炉内通入冷风,降低烟气的燃烧温度,弱化在均热段出现的局部高温点。烧嘴的二次风是通过换热器之后的预热空气,在通往炉内时不会出现局部低温点。因此,这种设计应用在钢管的回火工艺上十分有效。

4 使用效果及检测

该工程从2010年12月份投产以来,已连续正常运转2a多。从目前的使用效果来检测当初的设计措施如下。

1)该炉子的正常生产小时产量为17～24t/h(根据规格变化产量不同),平均产量20.4t/h,同时累积统计该期正常生产时的天然气消耗量为25.56m3/h(热值为7850kcal/m3),大大低于该种炉型的国内水平,达到了优化设计的目的。

2)该炉内的耐热梁、支撑立柱、滑板和悬臂辊道经过2a多的使用未曾损坏,侧墙没有出现冒火和鼓包现象。

3)用手持式高温辐射计测量炉底温度低于90℃,证明在无水冷干密封式热处理炉的步距设计和保温设计上是成功的。

2011年6月进行了黑匣子试验,试验选用Φ467×50×9000钢管作为代表规格,沿钢管长度及圆周方向共埋热电偶14点,具体分布如图2所示。

在炉温950℃,保温20min的情况下测量结果如图3所示。均热段炉温均匀性在±5℃以内。完全满足钢管调质的温度要求。

5 结语

热处理炉所有的技术决策及功能都要首先通过设计充分体现出来。只有设计阶段控制得到位,所有的技术决策才能得以实现。优化的设计方案也为后续采购订货、工厂制造及现场施工的顺利开展奠定了基础。该类型热处理炉通过优化设计不仅能够满足业主的要求,而且为冶金工业同类炉型的设计提供了可借鉴的经验,促进节能降耗,经济效益可观。

摘要：介绍厚壁无缝钢管热处理炉的设计特点,重点阐述该类型热处理炉的设计难点和采取的技术措施。实践证明:在步进式钢管热处理炉设计过程中,注意设计难点并采取相应的技术措施,可以达到设备运行平稳等目的。

关键词：步进式,厚壁,热处理炉

参考文献

[1]李谦.大口径厚壁无缝钢管热处理炉的设计[J].中国科技成果,2011,(18):32-34.

[2]王秉铨.工业炉设计手册(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2002.

[3]B.M.蒂姆恰克,B.JI.古索夫斯基.加热炉与热处理炉计算手册[M].北京:机械工业出版社,1989.

[4]陆钟武.火焰炉[M].沈阳:东北大学,1994.

[5]武文斐,陈伟鹏,等.冶金加热炉设计与实例[M].北京:化学工业出版社,2008.

厚壁无缝钢管篇2

张力减径工艺是在前后布置的一系列轧辊机架中对荒管进行连续轧制的过程,也是钢管生产中的最后一道热变形工序。在这一过程中,采用适当的孔型系列,使荒管外径得以连续减缩,同时凭借机架系列中轧辊转速比例的调节,可以取得预定的壁厚变化。张力减径工艺具有轧制速度高、产品规格范围大等优点,目前已得到广泛应用。在张力减径过程中,钢管周向变形不均匀,导致钢管内表面由圆形变为多边形,在轧制中厚壁钢管时,该现象尤为严重[1]。为了改善和消除钢管的内多边形缺陷,需要实时测量张力减径过程中钢管各个部位的应力、应变及温度等场量,但在生产现场,测量这些数据往往比较困难且费时费力,因此利用数值模拟技术来掌握上述场量在张力减径过程中的变化是非常必要的。为了提高产品的壁厚精度,目前国内外许多学者已经利用有限元法针对钢管张力减径过程的壁厚变化规律进行了大量的研究工作[2,3,4,5,6],并取得了较大的进展。

导致钢管内表面由圆形变为多边形的因素主要有轧辊孔型、张力分布情况、荒管壁厚及轧制温度等。本文采用基于MSC.MARC的有限元分析方法,建立了钢管张力减径过程的有限元热力耦合分析模型,在其他参数相同的情况下,研究了不同壁厚钢管的张力减径过程,分析了钢管内多边形的形成机理,得到了荒管壁厚和张力系数对钢管内多边形程度的影响规律,可为提高产品的壁厚精度和形状精度提供理论指导。

1 设备主要参数及热力耦合有限元模型的建立

1.1 设备主要参数

本文在建立张力减径有限元模型时,设定的张力减径机组的机架个数为20,轧辊的名义直径设定为345mm,相邻机架间的距离为320mm,荒管的外圆直径为180mm,成品钢管直径为79mm。为了研究荒管壁厚及张力系数对钢管内多边形的影响规律,在其他参数相同的情况下,本文选取了9种不同壁厚的荒管及对应的张力系数进行有限元模拟,其具体数值如表1所示。

1.2 有限元模拟模型建立

三辊张力减径的热力耦合有限元模型如图1所示,轧辊设为刚性体,钢管为弹塑性体,材料为20钢,长度取4.8m。根据轧辊与钢管的对称性,将模型进行简化,取钢管的1/6进行计算模拟。采用8节点等参单元对网格离散,钢管两侧对称面上的节点位移为零。进行有限元计算分析时设定的边界条件设定如表2所示。

根据各机架金属秒流量相等的原则及荒管与成品钢管的壁厚,计算出各架轧辊的转速,建立所需的张力模型。刚性推板推动钢管进入第一机架后,推板停止运动,钢管依靠轧辊摩擦进入后续机架。

2 结果分析

2.1 应力应变和温度分析

将上述建立的有限元分析模型和设定的边界条件分别在Marc软件设定,获得了壁厚17mm的钢管轧制时的变形情况。图2为钢管在第10机架变形区的等效应变、等效应力和温度分布图。从图中可知,钢管产生的等效应变、等效应力以及轧制过程中的温度分布并不均匀。在轧辊约束下,钢管外表面产生的变形小于内表面变形;辊缝处的等效应力小于辊底处的等效应力。从钢管的温度分布云图可以看出,钢管的外表面由于与处于较低温度的轧辊的接触,温度迅速下降较多;钢管中间部分的温度升高,但幅度不大,主要是由于钢管变形,部分变形功转换为热量;钢管内表面温度基本不变,说明内表面通过对流和热辐射与外界进行的能量交换较少。

2.2 成品钢管的周向壁厚分析

本文在进行钢管张力减径的有限元计算过程中发现,划分的有限单元网格产生畸变,单元节点与其径向位置偏离较大,由此会导致在Marc自带的后处理模块中计算成品钢管壁厚时会产生较大的误差。因此,本文将有限元计算获得的结果文件导入到CAD软件中进行壁厚测量,能充分保证测量的准确性。钢管周向壁厚按图3所示位置进行测量。

图4为本文经过计算获得的不同壁厚的钢管减径后的壁厚沿周向分布图。可以看出变形后的成品钢管的壁厚并不一致,且都出现了内多边形现象,壁厚越小,出现的内多边形现象越严重。分析产生内多边形的原因主要有如下3点:

(1)轧辊孔型的椭圆形状导致张力减径过程中金属沿孔型圆周方向的压下量出现差异,辊底处的压下量较大而辊缝处压下量较小;同时,辊底的金属和辊缝的金属变形时的流动方式不一样,辊底金属向内侧流动,而辊缝金属向外侧流动。

(2)轧辊运动时,其横截面上不同位置的线速度导致了钢管表面的摩擦力分布不均。图5给出了变形过程中钢管表面的摩擦力分布云图。从图中可以看出,由于钢管的线速度小于辊缝处的线速度,而大于辊底处的线速度,由此造成了摩擦力方向在辊缝位置与轧制方向相同,而在辊底位置摩擦力与轧制方向相反,并在辊缝处形成了轴向压应力[7,8,9],而在辊底处形成轴向拉应力,并且越靠近辊缝和辊底位置,摩擦引起的附加应力越大。

(3)钢管横截面上的温度场分布也会对金属的周向流动过程造成影响,从图2(c)可以看出,横截面上的温度场分布不一致,使金属变形过程中在其横截面上流动不均匀。

2.3 荒管壁厚和张力系数对钢管内多边形程度的影响规律

影响成品钢管在张力减径过程中产生的内多边形程度的因素较多,但一般认为荒管壁厚和张力系数起主要作用。在其他因素不变的情况下,钢管的变形会随着其壁厚的增加逐渐呈现不均匀现象,钢管产生内多边形的现象趋于严重;而钢管变形不均匀的现象则会随着张力系数的增大而逐渐趋于均匀。图6给出了不同壁厚的荒管在张力减径条件下,产生的不同周向壁厚方差的对比。可以看出,成品钢管的周向壁厚方差随着荒管的壁厚增大呈逐渐减小的趋势。当荒管壁厚为15.5mm和16mm时,相应的,其周向壁厚方差分布达到1.04和1.05,钢管的内多边形程度较高。当荒管壁厚增加到16.5mm~18mm时,成品钢管的周向壁厚方差比壁厚为15.5mm和16mm时减小了1/3;当荒管壁厚进一步增加到22mm和24mm时,其周向壁厚方差在0.14附近,说明此时钢管壁厚分布最好。经本文作者进一步研究发现,当荒管壁厚继续增加时,成品钢管的壁厚并不继续减小,因此采用张力减径工艺生产该种型号的成品钢管时,荒管的壁厚控制在20mm~24mm之间为宜。

3 结论

(1)通过对厚壁钢管张力减径过程的数值分析,分析获得了轧辊形状、轧辊不同截面的线速度以及钢管的温度场是影响钢管壁厚不均的主要因素。

(2)通过对不同壁厚钢管张力减径过程的有限元模拟,分析获得了荒管壁厚和张力系数对成形后钢管壁厚分布不均的影响规律。结果表明,当荒管壁厚为22mm和24mm时,成形成品钢管的周向壁厚方差在0.14左右,说明此时钢管壁厚分布最好,成品管内表面较圆。

参考文献

[1]于辉,杜凤山,汪飞雪.无缝钢管张力减径过程的有限元模型开发及应用[J].机械工程学报,2011,47(22):74-79.

[2]于辉,杜凤山,臧新良,等.微张力减径过程热力耦合有限元模拟[J].中国机械工程,2008,19(14):1744-1747.

[3]臧新良,杜凤山,孙澄澜.张力减径过程组元建模技术及有限元模拟[J].中国机械工程,2003,14(19):1652-1654.

[4]杜喜代,杜海波.单头机械扩径机拉力分析王益群[J].锻压装备与制造技术,2010(2):72-74.

[5]Dong Y G,Zhang W Z,Song J F.Theoretical and experimental re-search on the elongatn law of the rail in rail rolling by a universalmill[J].Journal of Mechanical Engineering,2010,46(6):87-92.

[6]王辅忠,刘国权,张勇刚.32Mn2V油井管张力减径过程的三维热力耦合有限元模拟[J].北京科技大学学报,2004,26(5):538-541.

[7]李瑞斌,毛春燕.钢管压力矫直过程有限元分析.锻压装备与制造技术,2011(3):60-62.

[8]Shen G X,Li M,Yanagimoto J,et al.Indeterminacy of the offset mechanism and microscale static determinacy of roll system in four-high mill[J].Journal of Mechanical Engineering,2010,46(10):69-74.

厚壁无缝钢管篇3

在超声波探伤的基本方法中, 按声耦合方式来分类, 可分为接触法和水浸法两大类。对于无缝钢管管壁的超声波探伤, 目前运用最为广泛的方法是水浸法, 它是将探头发射的超声波经过一定厚度的水层后再进入工件的探伤方式。在水浸法中, 对于不同壁厚的探伤方式主要有两种, 一种为横波反射法, 一种为变型横波反射法。在进行超声波检测时, 面对钢管壁径比t/D大于0.2 的超厚壁钢管, 常用的横波反射法已经不能完整地探查到钢管内壁上的缺陷。为实现对钢管进行完整的探伤, 必须保证折射横波与钢管内壁相切, 所以就需要使用变型横波反射法进行探伤。

1 变型横波反射法的检测原理

当t/D>0.2 时, 横波反射法已经无法探测到钢管内壁的缺陷, 应采用特殊方法进行探伤, 因此, 变型横波反射法得到了应用。其中, 变型横波反射法与横波反射法的入射角就有所不同, 前者的入射角要小于第一临界角 α1, 这样就可以保证, 钢管中的横波和纵波同时存在, 然后利用折射纵波在钢管外壁上产生的反射横波, 进行超厚壁钢管内壁缺陷的检测。

为了获得较大折射纵波分量, 角度选择小于第一临界角, 这样折射纵波既能透射到管材一个壁面, 又能分离出较强的反射横波投射到管材的内表面, 如图1。

为了保证变型横波能探测到钢管内壁, 这个角度也有它的最大值上限, 根据数学推导可得

由公式 (1) 可以看出, 探头入射角的最大值, 跟钢管的内外径尺寸比有直接关系。如表1, 列出了几种常见规格所允许的最大入射角[1]。这样, 就可以根据不同超厚壁钢管的尺寸来选取相应的探头, 检测其内部缺陷, 满足生产的需要。

2实际应用

2.1标准样管设计

根据现行的相关标准和技术要求, 采用规格为 φ121mm×36mm的超厚壁钢管, 截取一段, 在钢管内外壁上进行人工刻伤, 加工成具有横孔和矩形槽的两种标准反射体, 其中横孔可制作成 φ2mm深25mm的规格, 矩形槽可按标准GB/T 5777 -2008 制作成40mm ×1mm×1.5mm的矩形槽。在进行无损检测时, 需要有标准人工参照反射物来检查探测仪的灵敏度, 以保证检测的准确性。

2.2 探伤频率的选择

根据GB/T 5777-2008 标准要求[2], 探伤仪使用的探头频率可以在1-15MHz之间选择。同时, 根据钢管本身的结构采用适当的频率探伤, 查阅资料可以发现, 晶粒较粗的钢管可以采用低频进行探伤, 反之则需要用高频。通过生产经验可知, 对于该规格超厚壁钢管, 可采用频率为2.5MHz的探头进行探伤。

2.3 检测方法

在对超厚壁钢管式样检测之前, 先将钢管探头探测处的油漆及氧化膜去掉, 以保证探头和钢管之间良好的接触。当变型横波遇到钢管内外部缺陷时, 会产生强烈的反射信号, 在其所显示的波形中, 外伤显示的波形相对于内伤显示的波形更靠近始脉冲, 因此操作人员在工作中, 可以根据缺陷波在时基线上的位置, 很容易正确地判断出来内外壁的缺陷。但是, 在实际应用中, 由于超厚壁钢管的本身厚度原因, 会导致锯齿形传播的超声波由于跨距增大而加大衰减量, 从而再导致锯齿漏点面在钢管圆周面上出现的问题。因此, 为了保证探伤仪对钢管圆周的110%的检测, 才能对钢管进行批量的精确检测, 所以需要增大探头沿钢管圆周方向的移动范围。根据生产经验, 可将钢管分为三个圆周面, 每次检测钢管的三分之一圆周, 且每次检测应有10%的覆盖面, 从而保证全部缺陷均被检测出来。

2.4 实测结果

实际检测时选取三十根 φ121mm×36mm的超厚壁钢管进行检测, 在入射角的最大允许范围内, 根据相关技术规范要求, 测试三十根超厚壁钢管时, 发现有缺陷的超厚壁钢管认定为不合格, 并将缺陷钢管进行解剖验证缺陷确实存在。实验证明, 该方法检测超厚壁钢管内部缺陷比常规方法所检测的结果真实可靠, 同时具有准确率高、实用性强、应用方便等优点。

3 结束语

超厚壁钢管壁径比大, 常用的横波反射法不能完整的检测到钢管内壁上的缺陷, 所以变型横波反射法得到了应用, 它通过调整探头不同的入射角, 使之配合不同的超厚壁钢管规格, 再增大探头沿钢管圆周方向上的移动范围, 避免漏测点面的出现。根据生产经验可知, 变型横波反射法具有实用性强, 准确率高和应用方便等优点。但是, 目前这种检测方法还存在缺陷, 对于缺陷的成像还不能直观显示出来, 使它的发展有一定的局限性, 因此未来可以向信号成像、处理等方面发展, 使该技术慢慢成熟起来。

摘要：现阶段, 各行业对无缝钢管的质量要求越来越高, 大量研究已经证实超声波无损检测技术是一种有效的检测方法。目前, 有关变型横波反射法的无损检测研究成为热点, 文章主要介绍了变型横波反射法的原理和在超厚壁钢管无损探伤中的应用, 具有准确率高、实用性强、应用方便等优点。

关键词：超声波,无损探伤,超厚壁钢管

参考文献

[1]赵仁顺.超厚壁钢管内壁缺陷的超声波探伤方法研究[J].检测技术, 2010, 39 (3) :55-59.

厚壁无缝钢管篇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.

厚壁无缝钢管篇5

随着现代钢结构技术的高速发展, 各种造型独特的钢结构建筑物也应运而生, 给工厂的加工制作带来了很大挑战。其中今年本公司承接的成都海洋馆项目, 就树立起了一个典范。

成都海洋馆项目的主桁架部分有大量规格为Ф1400×35mm、Ф1400×30mm、Ф1200×30mm、Ф1200×25mm的弧形钢管弦杆 (材质为Q345B) 。对于弦杆的分段制作, 弦长为10米, 其最大弯曲矢高约168mm。根据以往经验, 常规弧形钢管的直径在800mm范围内, 壁厚在20mm范围内, 同时弦长10米时, 其最大弯曲矢高在80mm范围内。因此, 该项目的弧形钢管已大大地超越了工厂的常规加工范围, 则加工难度相当大。而如果进行外协加工, 将可能采用中频弯管工艺, 该工艺加工方式不仅费用昂贵, 而且生产周期长, 难以满足业主的工程进度要求。因此, 经过综合考虑后, 决定进一步精细化火工煨弯工艺, 实现超大直径厚壁钢管的批量煨弯加工。

2 火工煨弯的加工难点

针对于火工煨弯的传统加工方法, 应用于超大矢高超大直径厚壁的弧形钢管的加工制作实属罕见, 其加工难点体现于以下几个方面:

(1) 弧形钢管的管径大、管壁厚、矢高大, 已大大地突破了常规火工的加工范围;

(2) 弧形钢管长度的控制;

(3) 弧形钢管圆度的控制;

(4) 弧形钢管扭度的控制;

(5) 弧形钢管矢高的控制。

3 火工煨弯加工工艺

3.1 工艺原理

利用金属热胀冷缩的物理特征, 采用火焰对直钢管一半圆以上部分区域进行加热 (加热温度控制在900℃~1000℃之间) , 加热部分金属膨胀而产生塑性变形。在钢管自然冷却后, 塑性变形残留下来, 使钢管出现收缩现象, 即形成所需的弧形钢管。

3.2 工艺流程

3.2.1 钢管火工煨弯余量的加放

考虑到火工煨弯时, 钢管长度收缩余量受到加热温度、加热范围、加热次数等诸多因素的影响, 无法准确地进行定量, 因此, 根据以往的经验, 钢管长度在套料时以外弧长度为基准再加放30mm的火工煨弯收缩余量。

3.2.2 内隔板、支撑板的装配

在火工煨弯前, 首先进行内隔板、管口“米”字形支撑板的装配, 以解决煨弯后钢管圆度的超标问题, 从而减少矫正工作量, 提高弯管工效。同时, 在煨弯过程中, 由于钢管内弧的收缩量无法定量, 即内隔板也无法准确地进行定位, 因此, 为了保证煨弯后的装配精度, 内隔板暂时按照外弧尺寸进行装配, 而且, 只要求点焊, 以便后续再进行偏位内隔板的调整。

3.2.3 胎架搭设及十字基准线绘制

为了方便对煨弯后的钢管矢高进行检测, 要求搭设水平胎架以及在钢管外壁上弹出十字基准线 (即1条内弧基准线、1条外弧基准线以及2条侧边基准线) 。

(1) 胎架搭设。

在胎架搭设过程中, 采用水准仪对胎架的高度进行定位, 以确保胎架的水平度。否则, 对胎架进行调整。

(2) 绘制十字基准线。

将钢管放置于胎架上, 任意拉出直径EF, 找出EF的中点O, 然后在管口悬挂线坠, 使静止的线坠经过EF的中点O, 线坠与钢管的外圆交点C、D即为钢管十字基准线的端点, 如图2所示。紧接着采用同样的方法在另一管口找出C′、D′, 弹线CC′ (即外弧基准线) 、DD′ (即内弧基准线) 。

根据弧长DA=CA=DB=CB以及弦长DA=CA=DB=CB的原理, 找出十字基准线中的端点A、B、A′、B′, 然后弹线AA′、BB′, 即侧边基准线, 如图3所示。

3.2.4 火焰加热区绘制

完成上道工序后, 采用石笔在钢管管壁居中位置绘制出瓜瓣状烤火加热区, 然后以该加热区为始点, 分别往端头方向绘制出形状、尺寸相同的加热区。由于弧形钢管矢高较大, 要求其相邻加热区的间距为0。同时, 为了控制煨弯过程中钢管出现扭曲变形, 每个加热区的形状对称于内弧基准线。具体加热区范围的要求如下:

(1) 对于钢管端头250mm范围区域, 由于火工煨弯效果不明显, 且钢管弯曲矢高偏差在允许范围内, 因此, 该区域范围不要求烤火。

(2) 为了确保钢管弧线过渡平缓, 每个加热区最大宽度应控制在200mm左右, 同时, 加热区的长度应大于钢管半圆, 且通过侧边基准线10°左右, 如图4、图5、图6所示。

3.2.5 火工煨弯

完成上道工序后, 将钢管吊至于水平胎架上, 采用中性焰进行火工煨弯, 具体烤火规定要求如下:

(1) 人员布置。

根据对称烤火原则, 钢管左右端头分别布置2人, 并且人员分别位于钢管的两侧, 如图7所示:

(2) 加热温度的控制。

根据《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205-2001规定:①当零件采用热加工成型时, 加热温度应控制在900~1000℃;②低合金钢应自然冷却。因此, 在火工煨弯过程中, 采用红外测温仪对烤火温度进行控制, 避免温度过高, 使母材金属组织出现过热现象, 造成晶粒粗大, 使母材塑性、韧性的性能急剧下降。同时, 在烤火过程中, 钢管应进行空冷, 禁止采用水、盐水、油等冷却剂对构件进行快速冷却。

(3) 烤枪喷嘴至母材表面距离的控制。

在火工弯管过程中, 烤枪喷嘴与母材表面的距离要求控制在22~25mm的范围内, 禁止两者之间距离太近, 使高压氧气吹走母材熔融金属, 造成母材表面出现凹坑损伤现象。

(4) 外力工装的设置。

在火工煨弯时, 由于管壁较厚, 要求在钢管外表面的中间位置设置工装, 借助工装外力, 以提高煨弯工效。但设置工装时, 应注意控制工装与钢管之间的接触面积应足够大, 避免局部压应力过大, 造成钢管表面出现内凹。具体工装如图8所示。

(5) 单个加热区的烤火顺序。

根据对称烤火原则, 两侧人员从单个加热区的内弧基准线位置往侧边基准线方向同步进行烤火, 以控制钢管扭曲变形。如图9所示。

(6) 钢管长度方向的烤火顺序。

在火工煨弯过程中, 为了避免钢管局部煨弯过度, 给后续的矫正工作带来困难, 因此, 采用“从端头往中心位置跳烤”方式进行烤火, 具体如图10所示。

(7) 矢高检测以及火工修整。

钢管冷却至室温后, 对钢管侧边基准线的端点进行拉线, 并采用卷尺或者其它量具进行矢高检测, 如图11所示。同时, 采用专制样板对钢管弧形进行检测。根据检测情况, 对于矢高偏差区域, 采用“端头往中心位置”的方式进行火工修整, 直至修整合格 (注意:每次火工煨弯应在未曾加热的区域进行烤火) 。

4 质量检测

钢管煨弯后, 工厂质检人员联合监理单位对其弧形钢管的质量进行地样检测, 并一致通过质量验收。其质量检测内容如表1所示。