JCOE焊管橢圓度和管徑誤差的控制

1、摘要：通過分析JCOE雙面埋弧焊管的生產(chǎn)工藝特點，包括原材料性能、成型、預焊和擴徑的工藝參數(shù)對鋼管橢圓度和管徑誤差的影響，總結出：JCOE鋼管管端橢圓度0.012D時，橢圓度指標會有明顯提高，鋼管平均橢圓度一次合格率從原來的85.4%提高到98.46%；鋼管管端直徑誤差（D610 mm）控制在±1.3 mm，管端管徑尺寸精度控制也能得到明顯改善，管端管徑一次合格率從原來的90.56%上升至現(xiàn)在的99.47%。指出了鋼管橢圓度調(diào)整方案和鋼管管端直徑誤差控制改進辦法，以及常見問題產(chǎn)生的原因和改進措施，對提高鋼管的橢圓度和管徑精度有一定借鑒意義。0 前言 鋼管的形狀和尺寸精度是油氣輸送管線

2、質(zhì)量要求中的重要內(nèi)容。鋼管橢圓度和管徑誤差是影響現(xiàn)場施工對接施焊的最直接因素。橢圓度好、管徑誤差小的鋼管，在高輸送壓力服役下的各個方向應力均衡，就能為管線施工提供良好的質(zhì)量保障。由于原材料、制管工藝等各方面的問題，保證鋼管質(zhì)量工作面臨著各種問題需要去研究解決。針對南京巨龍鋼管有限公司JCOE鋼管生產(chǎn)的現(xiàn)狀，筆者采用統(tǒng)計分析、工藝研究、有限元分析等手段，對鋼管的橢圓度和管徑誤差采取的有效改進措施進行了相關介紹，旨在為同行提供借鑒。1 橢圓度調(diào)整方案設計 針對橢圓度波動較大的問題，進行了大量數(shù)據(jù)分析，對原材料性能、成型和擴徑等工藝參數(shù)進行如下調(diào)整。1.1 原材料性能方面的調(diào)整鋼板的屈服強度是影響鋼

3、管成型的重要因素。鋼管橢圓度與鋼板屈服強度數(shù)值見表1，鋼管橢圓度與鋼板屈服強度關系如圖1所示。 從圖1可以看出，屈服強度為500570 MPa的鋼板，成品橢圓度合格率達到87%，且整體趨勢為正比線性分布。但實際成型時，鋼板屈服強度很難預測，所以應調(diào)整成型的壓制參數(shù)來適應不同鋼級的鋼板。對趨勢線進行近似計算，以560 MPa作為平均中值，鋼板屈服強度每改變10 MPa，橢圓度即變化約1.3 mm。因此，應盡量將鋼板屈服強度控制在較小的變化范圍內(nèi)。 最大值與最小值差異t=7-（-8）=15 mm。反映數(shù)據(jù)離散程度的標準差s=2.18，表示橢圓度穩(wěn)定性較差。 通過以上分析，對制管所用的鋼板，在訂購技

4、術條件中應做出明確的規(guī)定：屈服強度不低于500 MPa的不同爐批的鋼板的屈服強度差異不得大于70 MPa，同一鋼板的屈服強度差異不得大于40 MPa。1.2 影響橢圓度工藝參數(shù)的調(diào)整在生產(chǎn)過程中，對影響鋼管橢圓度的有關生產(chǎn)工序如成型、預焊和擴徑等工序的工藝參數(shù)進行試驗和追蹤，鋼管擴徑前、后橢圓度對比情況見表2。根據(jù)擴徑前后橢圓度對照表繪制出的鋼管兩端預焊擴徑后橢圓度變化情況如圖2所示。從圖2可以看出，在鋼管A端，預焊后橢圓度在010 mm范圍內(nèi)時，擴徑后橢圓度合格機率為70%；而在鋼管B端，預焊后橢圓度在020 mm范圍內(nèi)時，擴徑后橢圓度合格機率可達92%。從變化趨勢線可以看出：鋼管A端趨勢線

5、與擴徑后橢圓度5mm處水平線交于7.5mm，表明A端擴徑前橢圓度宜控制在7.5mm以內(nèi)；而B端趨勢線與擴徑后橢圓度5 mm處水平線交于16 mm，表明B端擴徑前橢圓度宜控制在16 mm以內(nèi)。根據(jù)目前的實際情況，重新修改了成型工藝參數(shù)，要求成型后（預焊后、擴徑前）B端橢圓度在1217 mm，成型后A端橢圓度控制在510 mm。1.3 影響橢圓度的設備方面的調(diào)整對有可能影響橢圓度的設備精度和問題進行了排查，發(fā)現(xiàn)擴徑頭在擴徑時不能對正鋼管，會導致某一方向上橢圓度偏差較大，擴徑頭偏離示意如圖3所示。由于擴徑頭中心偏離6 mm，致使鋼管擴徑時橫向延展大于縱向延展，從而使得鋼管圓度為扁型，約占超標鋼管的7

6、0%。通過將擴徑機擴徑支撐輥墊片厚度從15mm降至9 mm，使夾鉗高度降低15 mm，增強擴徑機向水平方向擴展的能力，從而改善了鋼管大多數(shù)呈扁形的情況。1.4采用有限元分析法優(yōu)化工藝以成型機最大安全壓力6 500 t為依據(jù)，反推成型模具的曲率，采用Mise應力理論進行有限元分析，得出了一系列計算式。按照計算式計算結果，在計算機上模擬鋼管形狀，并針對不同的管徑、壁厚重新加工最適合的配套模具，并優(yōu)化工藝參數(shù)用于不同規(guī)格的鋼管成型。圖4為不同管徑模具的照片。 以準1 016 mm×21 mm為例，采用軟件優(yōu)化后，將模具曲率半徑改為R280，圖5為采用R280模具的成型示意圖，圖6為經(jīng)軟件分

7、析后得出的成型后鋼管管坯。為了盡量減小成型后管坯的直線段，使管坯盡量接近圓形，適當增加JCO成型的步數(shù)，并且對壓制的鋼管形狀進行了計算機模擬。2 管端直徑誤差控制方案設計對影響管端直徑誤差的因素進行了理論分析，得出的結論是：鋼管的管端誤差與成型后鋼板延展量有最直接的關系。鋼板成型為鋼管后，壁厚中性面外側受拉伸，內(nèi)側受壓縮。圖7為鋼板鋼管變形示意圖。計算鋼板工作寬度時，成型后延展與鋼管壁厚和鋼級有關。壁厚越厚延展越大；鋼級越高，延展越大，通過試驗可以得出不同鋼管成型時的實際延展量。表3為同鋼級不同規(guī)格鋼管成型延展情況測定表。3 現(xiàn)場應用 通過以上方案的實施，JCOE埋弧焊管的橢圓度和管徑誤差得到

8、了很好的控制，取得了良好的效果。（1）經(jīng)過生產(chǎn)實踐，對鋼管的橢圓度情況進行了跟蹤檢查，并對橢圓度值進行了樣本統(tǒng)計，樣本標準差s=1.31，較之整改前s=2.18有所下降，表明鋼管橢圓度穩(wěn)定性有所提高。又對橢圓度一次合格率情況進行了對比，發(fā)現(xiàn)所有鋼管橢圓度都在0.012D以內(nèi)，顯然鋼管橢圓度有了明顯提高，圖8為鋼管橢圓度分布情況統(tǒng)計圖。（2）按照表3進行鋼板工作寬度設定，通過鋼管管徑誤差分布情況的統(tǒng)計分析，鋼管的外徑誤差都精確控制在±1.3 mm以內(nèi)，鋼管的外徑誤差有了明顯的提高。圖9為鋼管直徑誤差情況統(tǒng)計分布圖。4結論（1）統(tǒng)計分析表明，JCOE鋼管管端橢圓度0.012D時，橢圓度指標有了明顯提高，鋼管平均橢圓度一次合格率從原來的85.4%提高到現(xiàn)在98.46%；鋼管管端直徑誤差（D610 mm）控制在±1.3 mm，管端管徑尺寸精度控制也得到明顯改善。管端管徑一次合格率從原來的90.56%上升至99.47%。（2）應用有限元分析、材料形變理論