UOE成型大口径直缝焊管工艺及主要设备介绍

【摘要】本文主要介绍了uoe成型大直径直缝焊接钢管生产的主要设备。

对相应部件主要制造难点也做了简要说明。

【关键词】 uoe成型焊管制造
uoe成型工艺是生产大口径直缝焊管的一种重要工艺。

大口径直缝焊管是指直径大于508mm（20英寸）的直缝焊接钢管，产品主要为石油天然气输送用管线管。

大口径直缝埋弧焊管成型方法主要有uoe法、排辊成型法、辊弯成型法、jcoe成型法、c成型法、hu一metal成型法、以及pfp渐进式模压或折弯成型法等。

而uoe成型工艺是目前世界上应用最多、最成熟、质量最被认可的大口径直缝埋弧焊管生产工艺。

本文将以宝钢uoe生产线为例，对uoe成型工艺和主要设备进行简要介绍。

1 uoe工艺简介
uoe成型工艺技术成熟、可靠，产品质量好，品种规格多，产量高。

虽然投资高，但是当要求年产量在20～30万以上时，uoe成型工艺为首选。

uoe生产工艺是焊管成型过程中的三个重要工序的第一个字母（u-ingpress、o-ingpress、expanding），即是将预弯边的钢板先在u成型机内由压模压成u型，然后在o成型机内压成o型，待o型管筒焊接后再进行扩径加工的生产工艺。

uo成型过程如图1所示，即钢板进行预弯边（c成型）→u成型→o成型。

宝钢uoe项目的工艺为：钢板上料区（1区）-引弧板焊接区（2区）-铣边区（3区）-预弯区（4区）-u成型区（5区）-o成型区（6区）-钢管焊缝清洗装置（7区）-烘干炉区（8区）-预焊机（9区）-预焊缝检查台（10区）-内焊区域（11区）-钢管内部清洗装置（12区）-外焊机区域（13区）-引弧板切除区（14区）-超声波检查（16区）-x光检查处（17区）-机械扩径区（标段二）。

本文仅对标段一进行叙述。

2 主要设备介绍
2.1 铣边机
为提高钢管的焊接质量，在直缝焊管成型之前，关键性的一步就是将带钢精确加工成要求的宽度。

另外根据带钢的不同厚度，将带钢两侧加工出合适的焊接坡口。

板边过去通常用刨边机加工。

现在可用高速铣边机来完成加工，主要优点是所产生的切屑非常小、易于运送和处理。

铣边机有两台，每台每边各安装有一个铣头。

硬质合金刀具均匀分布在铣头上，通过程序控制进行全自动加工。

这个过程确保获得最优准备及极高质量的焊缝，确保铣切边缘清洁、无毛刺、无冷作变形以及确保形成细小且易清理的切屑。

而且，根据板材和板宽超差对铣切速度进行了优化。

宝钢uoe项目的铣边机本体是全进口设备。

2.2 预弯边机
预弯边机的作用是使钢板成型前将焊缝两侧边缘部分预弯曲。

如不设置预弯边工序，在o成型时，虽然还有1%以下的压缩率，但钢板边缘产生直线段，使成型后的管坯成为“栗子形”。

宝钢uoe的预弯机采用压力机。

弯边压力机是在钢板两侧装有具有一定曲率的4000～5000mm长的上下压模。

一个压模固定，另一个压模由液压缸驱动使钢板边部弯曲。

压力机的压力大小和u型压力机基本相同，每次预弯长度约5m长，分几次预压完成一张钢板的弯边。

两台弯边机彼此相对排列，同时对板子两边进行弯边。

每个弯边机的最大压力40mn，弯边步长4，900mm。

主体弯边机主要大部件有底座、c形框架、上工具夹紧机构、弯边梁部件、夹紧梁等。

其中c形框架是最重要的部件，上中下三个梁总重475吨，制造难度大，探伤要求高，是宝钢uoe项目的重点跟踪部件之一。

在制造过程中，c形框架因铸造要求不符合要
求，曾几经报废。

最后在制造厂和各位专家的努力下，终于才装机成功。

2.3 u型压力机
u型压力机用于把预弯边的钢板成型为u型。

一台由三个弯曲压机组合而成的u成型机把钢板成型为u形件。

垂直压机是23.5mn的压机，另外两个侧压机也是23.5mn的压机。

这一设计原理保证了垂直和水平压机相对于其它压机都是独立工作的，从而优化u形件的成型。

这三个压机通过电气/液压进行控制，其行程可在控制台上进行设定。

u成型机包括底座、压机框架、主液压缸、侧向台架组件、板子对中装置、支撑梁、压机工作平台等设备。

其中压机框架重量为367吨，是制造的重点之一。

2.4 o型压力机
o型压力机不仅将u形管压成o型，还要将o型管筒进一步给予一定的压缩加工，一般为直径的0.4～0.5%。

随着焊管直径、壁厚、长度的增大，钢级的提高，o型压力机的压力越来越大。

宝钢uoe项目o成型机由sps公司设计，压机框架由8个钢板框架单元组成，框架单元之间由水平预应力拉杆连接。

垂直压力720mn。

o成型机的压机梁通过电气/机械控制。

8个液压缸中的每个缸的位置的行程都被监控。

u 形件和开口缝钢管在o成型机内由侧部夹送辊输送，这些夹送辊可以通过摆进摆出调整到所要求的钢管尺寸位置。

主体设备o成型机主要由基础框架、压机框架、活动梁、固定梁、液压缸、移动梁、上下模座组成。

其中压机框架总重超过2000吨，活动梁和固定梁单个重量达378吨。

因此，o 压机是uoe项目最重要的而且制造难度最大的设备，在制造过程中是需最重点跟踪的。

在制造过程中，国外监制专家对产品质量要求极其严厉，对于其中框架使用的厚板多次报废。

最后使用了宝钢五米宽厚板轧机生产的厚板，终于顺利完成制造工作。

2.5 预焊机
预焊机是焊接前的一道重要工序，预焊的好坏直接影响正式焊接后的钢管焊接质量。

预焊分点焊及连续焊接方式，点焊一般为焊距300mm，点焊长度100mm。

连续焊接则有2种型式，一种是用带箍或框架将管筒箍住，用多台自动焊机进行预焊；另一种是用辊环使焊缝连续合拢，用自动焊机全长预焊。

采用连续预焊不但可使正式焊接时，钢管边部不移动，同时还可避免内焊时出现漏焊现象，以及防止空气吸入焊接区而形成气孔。

因此目前高水平的焊管机组均采用连续预焊。

宝钢uoe项目的预焊机由smsmeer专门为大口径焊管生产所开发。

采取了合作制造的方法。

2.6 内焊机、外焊机
预焊完毕的有连续焊道的钢管在内焊机处完成内焊。

内焊为最多同时4丝的多丝焊接，焊接过程一道完成。

钢管在经过内焊机进行内焊之后，需要在外焊机上进行最终焊接。

最多可以有5个焊头同时进行操作，来完成单道焊接。

宝钢uoe项目的内外焊钢结构部分采用合作制造。

2.7 扩径机
采用扩管工序的目的如下：（1）矫正由焊接热造成的钢管变形，使钢管椭圆度和平直度达到所要求的精度；（2）消除由o压力机压缩加工所产生的包兴格效应，增加钢管强度；（3）消除焊接时造成的焊缝部位残余应力，避免石油或天然气中氢成分使应力集中部位产生氢脆，发生氢致裂纹。

扩管率一般采用管子直径的0.8%～1.5%，扩管后，管子壁厚可能减小约0.8%，管长会缩短约0.5%。

扩管机有水压扩管机和机械扩管机两种。

早期建设的uoe机组大部分采用水压扩
管机，60年代以来新建的uoe机组多采用机械扩管机。

主要原因是与水压扩管机相比，机械扩管机具有效率高、易于满足钢管野外焊接要求、椭圆度好、管端形状和尺寸好的优点。

宝钢uoe机组的扩径机是sms-meer设计的机械式扩径机。

2.8 水压试验机
随着高压流体输送管道的应用，每根钢管的强度严格满足要求，于是api5l标准制定了100%水压试验来检验钢管的强制性要求。

每根钢管应进行水压试验且不得有渗漏现象，试验压力至少不低于标准试验压力。

以前钢管的密封多采用径向密封，而现在则普遍采用带有端面密封的水压试验头，密封件是由精确的预设定力压到管端的。

试验压力由柱塞泵或由液压操作的增压器来控制。

宝钢uoe项目的水压机是拉杆式压机。

带充水头和排气头的4根拉杆构成框架。

拉杆起到吸收夹紧力的作用。

由于这4根拉杆对称布置在水压机中，因此拉杆只是承受夹紧力所致的拉伸载荷。

水压机的倾斜角为2度，以便于排水。

3 结语
就uoe工艺而言，其板料弯曲过程所采用的方法是一种对钢板进行预弯、u（uing）成形、o成形（oing）以及扩径（expanding）等工序相结合的逐次成形的方法，生产效率明显高于其他生产工艺，同时成形精度能够得到保证，因而是大直缝焊接钢管产品生产的一种很好的生产工艺。

由于其设备规格大，给加工制造带来了很大的难度，承接的制造厂需要具有强大铸造、加工、装配能力，并需加强过程质量控制。