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(yù)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(jié)出：JCOE鋼管管端橢圓度0.012D時，橢圓度指標(biāo)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(jìn)辦法，以及常見問題產(chǎn)生的原因和改進(jìn)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(yīng)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(jìn)措施進(jìn)行了相關(guān)介紹，旨在為同行提供借鑒。1 橢圓度調(diào)整方案設(shè)計 針對橢圓度波動較大的問題，進(jìn)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(jìn)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(guān)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(dá)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(yù)測，所以應(yīng)調(diào)整成型的壓制參數(shù)來適應(yīng)不同鋼級的鋼板。對趨勢線進(jìn)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(shù)條件中應(yīng)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(guān)生產(chǎn)工序如成型、預(yù)焊和擴徑等工序的工藝參數(shù)進(jìn)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(yù)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(yù)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(yù)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(dá)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(yù)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(shè)備方面的調(diào)整對有可能影響橢圓度的設(shè)備精度和問題進(jìn)行了排查，發(fā)現(xiàn)擴徑頭在擴徑時不能對正鋼管，會導(dǎo)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(biāo)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(yīng)力理論進(jìn)行有限元分析，得出了一系列計算式。按照計算式計算結(jié)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(zhǔn)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(dāng)增加JCO成型的步數(shù)，并且對壓制的鋼管形狀進(jìn)行了計算機模擬。2 管端直徑誤差控制方案設(shè)計對影響管端直徑誤差的因素進(jìn)行了理論分析，得出的結(jié)論是：鋼管的管端誤差與成型后鋼板延展量有最直接的關(guān)系。鋼板成型為鋼管后，壁厚中性面外側(cè)受拉伸，內(nèi)側(cè)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(guān)。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(yīng)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(jìn)行了跟蹤檢查，并對橢圓度值進(jìn)行了樣本統(tǒng)計，樣本標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行鋼板工作寬度設(shè)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(jié)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(biāo)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(yīng)用有限元分析、材料形變理論