鋼管矯直原理

1、直縫鋼管的矯直原理鋼管的矯直是在直縫鋼管生產(chǎn)中的一道重要工序。 尤其是對質(zhì)量要求較高的API 標準的石油套管和油氣管，機械設(shè)備專用管，這幾種鋼管不但在鋼級和焊縫質(zhì)量上有嚴格的要求，對鋼管的直線度也有很高的要求，因為直線度的偏差直接關(guān)系到油套管和輸送管的管端螺紋和管箍的加工，連接，以及管道使用過程中的扭曲變形等?，F(xiàn)有管端車絲的兩種加工形式管子旋轉(zhuǎn)和刀具旋轉(zhuǎn)，大多數(shù)車絲加工采用的是管子旋轉(zhuǎn)，這對于鋼管的直線度就要求更高。談到鋼管矯直，我們首先要弄清楚，鋼管生產(chǎn)程中為什么會變彎？許多人會覺得：這個問題還用說嗎？其實，要真正弄清除鋼管為什么會彎，這個問題還真不簡單。導(dǎo)致鋼管彎曲有許多原因，比如焊縫進行

2、焊接時的熱影響，成型時的偏心，還有壓緊力，彎曲力的不平衡等等。但是從根本上來說，彎曲都是鋼管內(nèi)應(yīng)力的作用，簡單地說，彎曲就是應(yīng)力不均衡。那么，直的鋼管是不是就沒有內(nèi)應(yīng)力呢？不是。直的鋼管也有內(nèi)應(yīng)力，只是直管的內(nèi)應(yīng)力小一些罷了。內(nèi)應(yīng)力是一種什么東西呢？內(nèi)應(yīng)力是物理力學上的說法，它的本質(zhì)，是材料受溫度，外力影響而產(chǎn)生變形時的一種分子之間的相互作用力。鋼管在成型，焊接的時候，也會受到焊接溫度，成型彎曲這些外力的影響而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。鋼管的截面是一個環(huán)形，在這個環(huán)形面積上會產(chǎn)生二種基本應(yīng)力：與環(huán)形平行的力和與環(huán)形垂直的力。平行的應(yīng)力會使得管子不圓；垂直的應(yīng)力會使得管子彎曲。所以直縫鋼管生產(chǎn)過程中有一道冷擴

3、徑工序，目的就是為了消除鋼管的內(nèi)應(yīng)力，增加直縫鋼管的使用強度。我們來看看液壓六輥矯直機的工作原理：需要矯直的管材從機器的左端（或右端）的進料裝置上被送入矯直機的下輥上，上輥下行使其壓住管材，到相應(yīng)的位置后停止。上下輥系分別與被矯直的管材的軸線傾斜一定的角度，輥子的雙曲線型母線與管材的外徑相吻合，呈包絡(luò)狀。三個上輥在各自液壓缸的作用下壓在管材上，兩個下輥子分別由各自的液壓馬達驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，帶動管材既繞軸線旋轉(zhuǎn)又沿軸向移動。改變液壓馬達的旋轉(zhuǎn)方向即可改變管材的旋轉(zhuǎn)方向和軸向移動方向，實現(xiàn)可逆式矯直。然后將被矯直的管材通過另一端的出料裝置送到物料架上。對局部彎曲變形較大的管材，可利用兩端的沖頭先進行局部

4、矯直，然后再進行整體矯直。學過初等數(shù)學的都知道：三點成一線。可是，如果我們用三點成一線的辦法來矯直管子，管子并不能被矯直，被你壓直了還會彈回來，這是由于鋼管內(nèi)應(yīng)力的關(guān)系。我們在矯直鋼管時只能用矯枉過正的辦法來矯直鋼管，就是說，只有對彎曲的管子施加大于應(yīng)力但是方向相反的力量，才能完全消除掉原有的應(yīng)力，使管子變直。矯直機就是使管材通過多次彈塑性彎曲變形實現(xiàn)對管材的矯直的。鋼管的矯直有二種基本方式：直線式矯直和旋轉(zhuǎn)式矯直，這二種方式本質(zhì)上都是通過消除內(nèi)應(yīng)力的原理來矯直管子的， 不過它們之間在用途和矯直方式上有很大區(qū)別。在ERW 鋼管生產(chǎn)中，這二種方式一般都在生產(chǎn)設(shè)備中配置，直線式矯直采用土耳其頭和直

5、線式矯直機，旋轉(zhuǎn)式矯直則采用輥式矯直機。這二種矯直方式各有自己的用處，但其作用對象和工作原理有很大的不同。土耳其頭和直線式矯直機一般用于還沒有被定尺切斷的鋼管的在線矯直。ERW 鋼管在高頻焊接后，會因熱效應(yīng)或成型偏向發(fā)生方向性彎曲，要矯直這種方向性彎曲，需要進行單向矯直，單向矯直時不能使鋼管發(fā)生扭轉(zhuǎn)，因而也不能矯正鋼管的扭轉(zhuǎn)。土耳其頭一般都設(shè)在定徑精整之后，定徑精整由三到四道機架組成，每一道定徑和精整都需要極大的擠壓力，這種擠壓力正好能在徑向固定鋼管，防止它發(fā)生扭轉(zhuǎn)，二道土耳其頭與最后一道精整組成了直線式矯直的三點。土耳其頭對管子施加壓力的方向可以在360°內(nèi)任意調(diào)節(jié)， 當彎曲的鋼管

6、被強制通過土耳其頭時，只要針對鋼管彎曲的方向來調(diào)節(jié)土耳其頭，在這三點之間形成一個反向彎曲的撓度，土耳其頭強大的反向力使管子彎曲的內(nèi)應(yīng)力被消除，鋼管被矯直。土耳其頭在矯直鋼管時有三點要求：第一，正確確定鋼管彎曲方向，按彎曲方向調(diào)整土耳其頭的輥壓方向。為能正確地確定鋼管彎曲方向， 需要在最后一道精整機架與土耳其頭之間有一定的距離 ， 如果離得太近， 就會很難確定彎曲方向。 這個距離的確定與管子的外徑有關(guān)，一般需要根據(jù)管子的外徑和兩道土耳其頭之間的間距來確定。第二，正確設(shè)定矯直支點之間的間距，土耳其頭矯直的三個支點分別是：定徑精整的末道機架和二道土耳其頭，一般要求這三點的間距能均分布置。有一些機組制

7、造廠家不了解這個道理，往往為了縮短機組長度，將二道土耳其頭靠緊在一起布置，而離最后一道精整機架卻很遠，這就會影響土耳其頭與精整機架形成合理的矯直撓度。 二道土耳其頭之間的間距可以比土耳其頭與精整機架的間距近些，但不宜太小，甚至緊靠著。土耳其頭矯直的間距設(shè)置需根據(jù)管徑來確定，管徑大的間距應(yīng)大些，管徑小的間距則應(yīng)短些。因為成型機組都需要生產(chǎn)包含一定規(guī)格范圍的管材，如果能用導(dǎo)軌將土耳其頭設(shè)置成可以調(diào)節(jié)間距的形式，那就較為合理了。第三，正確調(diào)整土耳其頭反向彎曲的撓度。不同的管徑，不同的壁厚，不同的鋼級，不同的彎曲度，在產(chǎn)生彎曲時的內(nèi)應(yīng)力有很大的差別，因而在矯直時需要不同的矯直撓度，理論上可以近似地計算

8、，但主要是需要我們在生產(chǎn)實踐中認真積累，加以掌握，同一鋼級，同一規(guī)格的鋼管，也會由于鋼質(zhì)，成型等因素的變化而造成不同程度的彎曲。輥式矯直機的工作原理與土耳其頭是不同的。 它能使鋼管矯直的原理不象土耳其頭那樣單一地靠反向過彎。比如常用的六輥式矯直機，它在矯直時有兩個力同步地作用于管子：一是軸向的彎曲力，二是圓周的壓扁力。六輥式矯直機使鋼管在旋轉(zhuǎn)中徑向受到強大的壓力，讓管子在徑向和軸向都產(chǎn)生一定量的塑性變形。徑向是通過調(diào)節(jié)上下輥的壓力，來實現(xiàn)鋼管的矯圓；軸向是通過調(diào)節(jié)中間輥的高度形成彎曲撓度，來實現(xiàn)鋼管的矯直。六輥式矯直機一般用于已經(jīng)被定尺切斷的鋼管矯直。在實際生產(chǎn)中，由于成型，焊接，切斷等多道工

9、序的影響，鋼管會產(chǎn)生螺旋彎曲，多向彎曲等復(fù)雜的彎曲狀況，要消除不同方向的彎曲，就不能采取直線式的矯直方法了，如果我們要針對彎曲方向來矯直切斷后的鋼管，鋼管就很難固定，假如這根管子彎曲不是一個方向，那就更難辦了。要達到矯直的目的，需要用專門的夾具加以固定以防止圓周偏轉(zhuǎn)，這一段直了，還得轉(zhuǎn)過一個角度再矯直，這就很難操作了。六輥式矯直機由三對相對滾動的斜輥組成三個矯直支點， 這三個矯直支點之間的間距不是隨便定的，它要由所矯直管材的管徑來確定。同樣，是管徑大的間距應(yīng)大些，管徑小的間距則應(yīng)短些。由于六輥式矯直機的工作原理是通過塑性變形來矯直鋼管的，這就需要很大的力量，所以旋轉(zhuǎn)式的矯直機一般都只能用來矯直

10、（|）180mm以下直徑，8mm以下厚度的鋼管。即使是用來矯直小180m mx 8mm 的鋼管，矯直機自身的重量就已超過 40噸，功率超過120Kw。直徑在6180mm 以上的鋼管，一般在12 米基本定尺長度內(nèi)不容易彎曲，一旦需要矯直，只能是另外設(shè)置專門的液壓矯直平臺來壓直它。旋轉(zhuǎn)矯直，其矯直性能的好壞在于合理科學的設(shè)計，我們作為使用者，也需要了解它的矯直原理。影響六輥式矯直機矯直鋼管的因素一般有以下四點： 合理的輥型曲線矯直機的輥型曲線是一條包絡(luò)線。它應(yīng)該包絡(luò)所矯直管徑的范圍，理論上應(yīng)該是一條雙曲線。任何包絡(luò)線都是有一定范圍的。例：現(xiàn)需要矯直范圍為6114小180之間的所有規(guī)格的鋼管，矯直輾

11、角 30。，如果輾型曲線在矯直最大管徑 小180時有三分之一圓周的接觸長度，那就有 188mm的接觸長度，而用同一對 輾矯直小114管子時，其接觸長度則變?yōu)閮H有一個點，輾子邊緣離開 小114管子 有 0.2mm 的間隙。一般來說，管徑包絡(luò)的范圍越大，矯直性能就越差。為什么呢？因為在矯直過程中，輥型曲線與管子外徑需保持一定的接觸長度。接觸線有兩個作用：第一個作用：當矯直中間輥向上調(diào)節(jié)時，使管子在形成矯直撓度，接觸線長度很小或只有點接觸時，矯直撓度曲線將變得很陡，這使得管子只能在很短的長度內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，無法在較長間距內(nèi)消除應(yīng)力；第二個作用：當三道矯直輥全部壓下時，管子在旋轉(zhuǎn)中徑向產(chǎn)生塑性變形，接

12、觸線越長，徑向壓力越均勻，塑性變形面積就越充分，鋼管圓度就越好。由次可見，合理的輥型曲線是矯直性能的保障，接觸線長度越長，矯直性能就越好；接觸線長度越短，矯直性能就越差。近來有學者根據(jù)包絡(luò)理論深入研究了輥形曲線， 認為鋼管在矯直過程中并不是圓的，所以雙曲線的輥面曲線與管材的接觸線太短而且不充分，不適合高精度矯直。已經(jīng)有新型的矯直機出現(xiàn)了漸開線曲線，準雙曲線型和深淺凹型復(fù)合曲線等，這也反映了即使是在傳統(tǒng)行業(yè)中，技術(shù)進步也是隨著時代而發(fā)展進步的。矯直機經(jīng)過一段時間的使用，輥面會造成磨損，從而改變了輥形的曲線，影響矯直效果，所以必須定期對矯直輥進行修正。 合理的輥間距三對矯直輥的間距，需要根據(jù)管子直

13、徑的大小來確定。每對矯直輥與管子的相對旋轉(zhuǎn)運動形成一條螺旋線，輥子的壓力使管子產(chǎn)生的塑性變形會使管端失圓，為了避免這種情況的產(chǎn)生，三對輥的間距布置需要保證三條螺紋線之間有均勻分布的相位差，理想的狀態(tài)是成圓周120 度的分布。但實際上當管徑大小變化而輾間距不變時，三道輾的輾壓螺旋線的相位將發(fā)生很大的改變，以 6180管 為例：當輾間距為1050mm時，設(shè)定小180管的相位差為0° /78 ° /155 ° ;當 輾間距1080mm時，小180管的相位差變?yōu)?° /110° /220 ° ;當輾間距1100mm 時，小180管的相位差又變

14、為0° /133° /266°。輥間距的設(shè)定需要根據(jù)管徑來確定，一般來說，輥間距越小，所需要的矯直力越大，但卻越有利于矯直。在實際上，矯直輥受到尺寸和位置的影響，不可能將間距做得很小，我們只能根據(jù)實際生需要的管徑來確定間距。不過矯直輥之間的間距絕不能做得太大，過大的間距會使小規(guī)格的管子發(fā)生末端的離線彎曲。 合理的輥壓角不同的管徑矯直時需要調(diào)節(jié)矯直輥的角度， 以保證不同管徑在矯直時都有較好的輥壓接觸線。在設(shè)計時以最大管徑為基準，設(shè)定一個基準角度，一般取30°左右，當管徑依次遞減時，輥角逐步變小，這種角度的調(diào)節(jié)是微量的，一般取2 °到3 °

15、;左右。輥壓角度的調(diào)節(jié)要求有同一性，如果三對輥的輥壓角不一致，將會因此而造成各道向前送的力不同而影響矯直效果，并會對管子表面造成擦傷。如果矯直壓力很大，還會使管子發(fā)生較大的縮短。目前已有的矯直機組中，輥角的調(diào)節(jié)都是采用分別調(diào)節(jié)的方式，分別調(diào)節(jié)導(dǎo)致同步性比較差，影響矯直效果。如果要使鋼管能準確地矯直，必須從同步調(diào)節(jié)這一個根本環(huán)節(jié)上著手來解決這個問題。 現(xiàn)在有些鋼管矯直機組采取了多道次矯直的方法，由三道增加到五道甚至七道，這樣的設(shè)計對于合理分散輥角的相位是有好處的，可以有效避免管端的失圓情況，也能提高一些矯直的精確度，但其矯直原理與通用的矯直機是同樣的。 多道次矯直的調(diào)節(jié)相對于通用的矯直機要困難些

16、。（ 4） 合理的矯直撓度矯直撓度就是矯直中間輥向上的調(diào)節(jié)量。矯直中間輥可以向上調(diào)節(jié)，這是為了形成合理的矯直撓度曲線，當彎曲的鋼管在旋轉(zhuǎn)中進入矯直輥時，被強迫按照這撓度曲線彎曲，與撓度曲線相同的彎曲面基本不受影響，而與撓度曲線相反的彎曲面則受到反向的力而被消除應(yīng)力。如上例：當矯直輥按30°角布置，管徑小180時有三分之一圓周的接觸長度（188mm）,輾間距為1050mm ,鋼管通過這三道矯直輥時將旋轉(zhuǎn)近4 圈，即按撓度曲線彎曲4 次，一般認為，普通鋼級的鋼管有3 次彎曲就可以消除應(yīng)力，達到矯直的效果。必須注意：中間輥頂?shù)迷礁?，撓度曲線就越陡，矯直力就越大，但是有效矯直長度將縮短，所以

17、不能將中間輥調(diào)得很高。在實際生產(chǎn)中，特別是我們需要生產(chǎn)如X60 以上的高鋼級管子時，可能會出現(xiàn)一次還不能矯直，需要矯直兩次的情況。六輥式矯直機的工作原理需要我們所有的操作人員真正地理解， 同時更需要我們在生產(chǎn)實際中掌握調(diào)節(jié)量。工人常常會因為不了解矯直機的原理，不能針對管子的彎曲度而盲目地去調(diào)整中間輥的位置，破壞了三對輥之間合理的撓度曲線 ， 矯直時就會時好時壞， 直了不知道為什么能直， 彎了也不明白為什么矯不直。影響矯直輥調(diào)節(jié)的因素，除了操作不當以外，還有很重要的就是上矯直輥調(diào)節(jié)絲桿與螺母付之間，矯直輥與軸之間有了磨損間隙，當這種間隙達到一定的許可范圍，操作者就很難準確的調(diào)節(jié)壓緊的力量，所以必

18、須對設(shè)備之間的磨損間隙經(jīng)常檢查，及時更換和修理調(diào)整。鋼管矯直調(diào)整原理：管子朝焊縫同一方向彎曲原因：焊縫正火處理不充分，管子靠焊縫一側(cè)存在熱應(yīng)力，因而在冷卻后發(fā) 生朝一個方向的彎曲。解決辦法：1調(diào)節(jié)中間輾，適當加大撓度曲線；2兩次矯直；3在無法直 接矯直的時候，管子整體回火。二，管子無規(guī)則彎曲原因：1.三道輾之間的壓力不一致；2.矯直輾磨損較大。解決辦法：檢查調(diào)整上矯直輾是否松動，用樣棒校直三道之間的接觸線長度。三，管子的長度縮短較大原因：三道矯直輾之間的輾壓角度相差太大；矯直壓力較大。解決辦法：調(diào)整輾壓角，盡可能做到一致；適當調(diào)整矯直壓力。四，管子的一頭彎曲原因：輾與輾之間的間距太大。解決辦法：選用適應(yīng)相應(yīng)管徑的較小間距的矯直機。五，管子頭部不圓原因：三道矯直輾之間的接觸相位分布不當或重合，輾壓力太大。解決辦法：適當調(diào)整輾與輾之間的角度，調(diào)節(jié)輾對管子的壓力。隨著科技的進步發(fā)展，已有更多的新技術(shù)在鋼管矯直機上得