直缝埋弧焊钢管的成形方式及选择

直缝埋弧焊钢管的成形方式及选择
摘要直缝埋弧焊钢管由于性能优良,在未来的输送流体管道中将占有很大的比例,长输油气管道用直缝埋弧焊钢管将逐渐代替螺旋埋弧焊管。

分析总结了直缝埋弧焊钢管常见的成形方式,以及各种成形方式的优缺点,就实际工程设计中如何选择直缝埋弧焊钢管提出了建议和意见。

一、直缝埋弧焊钢管的优点
在长输管道建设中,线路用钢管占相当大的比例,一般情况下,线路钢管投资约占工程总投资的35%~40%。

如何选择价格合理、性能优良的管材就显得尤为重要,管材的合理选择对节省建设投资、方便施工及管道系统的安全运营有很重要的影响。

长输油气管道钢管有高频直缝电阻焊钢管、螺旋埋弧焊钢管、直缝埋弧焊钢管。

高频直缝电阻焊钢管的管径范围有限,国内一般限于406.4 mm以内的钢管,在日本最大的管径已经达到了508mm。

用于大口径的制管形式有螺旋埋弧焊、直缝埋弧焊两种。

螺旋焊缝钢管因其制管工艺和成形特点存在许多缺点,在长输管道中所占比例正在逐渐下降。

在国外,特别是许多欧美国家,已经禁止使用螺旋埋弧焊钢管作为线路主体用钢管。

而直缝埋弧焊钢管以其特有的优点正广泛应用于长输油气管道中,其优点如下。

(1)没有拆卷的工序,使母材压坑、划伤少。

(2)错边、开缝、管径周长等易于控制,焊接质量优良。

(3)扩管消除应力后基本不存在残余应力。

(4)由于是直线焊缝,焊缝短,因此产生缺陷的几率小。

(5)扩径后,钢管的几何尺寸精度得到提高,大大方便了现场施焊。

(6)焊缝为一条直线,对防腐材料涂敷质量影响较小。

二、直缝埋弧焊钢管常见成形方式
直缝埋弧焊钢管成形方式有连续扭转成形法(HM E)、排辊成形法(CFE)、U ing Oing Expanding成形法(UOE)、辊压弯曲成形法(RBE)、Jing CingOing Ex panding成形法(JCOE)等,但应用最广泛的是UOE、RBE、JCOE三种成形法。

1、UOE成形法
UOE钢管机组成形工艺分三步完成,即预弯边、U形压力机成形和O形压力机成形,最后是对全管进行冷扩径,以消除制管过程中产生的应力。

该成形机组设备庞大,造价高,每套成形设备需要配备多套钢管内、外焊机,生产效率高,年生产能力为30万~100万
t。

由于是仿形成形,所以成形设备较多,一种直径的钢管就需要一套特定的成形模具,更换产品规格时,需要更换这些模具。

成形后的焊管内部应力较大,一般都配备了扩径机。

UOE机组工艺成熟,自动化水平高,产品质量可靠,但机组设备投资巨大,适合于生产批量大的产品。

目前世界上已有UOE机组40余套,大部分在发达国家,广东省的番禺珠江钢管有限公司于1999年从美国引进首条UOE机组生产线。

2、RBE成形法
RBE成形的阶段为辊压、弯曲和扩径,生产工艺成熟,过去的RB主要用于制造外径较大且长度较短的压力容器、结构钢及给排水管。

由于一般企业难以承受UOE制管机组的巨大投资,在RB基础上发展起来的RBE制管机组具有投资小、批量适中、更换产品规格方便等特点,因而得到较快的发展。

用此种成形工艺生产出来的焊管在质量和性能上接近UOE钢管,因此在大部分情况下可以代替UOE焊管。

RBE制管机组是以三辊滚压来实现钢管成形的,其制管过程是,三辊成形机将钢板滚压成一定口径的钢管,然后用成形辊将其边缘弯曲,也可以采取后弯边。

由于是三辊连续辊压弯曲成形,因此在钢管成形过程中产生的应力分布较均匀,但在改变产品规格时,需要更换芯辊,并适当调整下辊。

该成形设备的一套芯辊可以兼顾几种规格的产品。

缺点是生产规模小,由于受芯辊强度和刚度等方面的影响,钢管壁厚和管径受到了很大的限制。

3、JCOE成形法
JCOE成形有三个阶段,即先将钢板压成J形,然后再依次压成C形和O形,E代表扩径(Expanding)。

JCOE成形制管机组是在UOE成形工艺的基础上发展起来的,它借鉴U形的工作原理,将UOE成形工艺分布实施,使成形机的吨位大大减少,从而节省了设备的投资。

生产出来的钢管在质量上与UOE焊管相同,但产量比UOE焊管机组低,这种工艺容易实现成形过程中的自动化控制,产品成形质量较好。

JCOE成形设备大体可以分成两种形式,一种是折弯成形,另一种是模压成形。

折弯成形主要用于厚板和中厚板的成形工艺,步幅较小,产量较低。

成形过程是先在弯边机上将钢板两个边缘按焊管的曲率半径滚压成弧形,然后用成形机经过多次步进冲压将钢板的一半压成C形,再从钢板的另一边开始冲压,经过多次步进冲压,将钢板的另一边也压成C形,从而使整块的钢板成为开口的O形。

模压成形主要用于薄板和中厚板的成形,与折弯成形相比,主要是成形机压头不同,折弯成形机压头的截面为T形(单位面积压力较大),模压成形机的压头为倒T形(单位面积压力相对要小),并且压头按一定的曲率制造。

成形步骤基本与折弯成形相同,先将钢板
的一半经过多次步进冲压压成C形,再将钢板的另一边也压成C形,然后再将其两边弯成要求的弧度,最终使整块钢板成为开口的O形。

在整个成形过程中,上下压头以及送板机械手的操作均采用计算机控制,可以根据不同的钢级、壁厚、板宽自动调整压下量、压下力和钢板进给量,同时上下模具有补偿变形功能,可以有效地避免模具变形对成形所造成的不良影响,保证钢板在压制过程中全长方向的平行度。

成形时送进步长均匀,可以保证钢管的圆度和焊接边的平行度。

JCOE成形方式主要特点是在生产小规模产品时能适应较大的壁厚,具有投资中等、产品范围广、产量适中等优点,适用于中小型直缝埋弧焊钢管的生产。

近几年,日本、德国、印度、印度尼西亚等国家建设了数套JCOE直缝埋弧焊钢管生产机组,我国的巨龙钢管有限公司(原华北石油钢管厂)于2000年4月引进了首套JCOE直缝埋弧焊钢管生产机组。

上述几种成形方式性能参数见表1。

直缝埋弧焊钢管选择何种成形方式取决于产品规模、企业承受能力等综合因素,通过对UOE、RBE和JCOE三种成形法综合比较,JCOE工艺是目前最先进、最适合输气管道市场需求的工艺,中等投资规模的企业也能够承受得起,可以以最小的投资获得最佳的设备和工艺配置,既可以保证产品质量,又能最大限度地满足长输油气管道建设的需求。

三、直缝埋弧焊钢管的选择
(1)对于调峰要求很高的管道,由于用户的用气量很不均匀,管道压力波动频繁,钢管承受的交变应力很大,管材中已有的缺陷将在交变应力下扩展,如果选用焊缝多、缺陷几率高的螺旋焊缝钢管,管道的安全运营将得不到保证。

(2)管道穿越地震断裂带或通过局部高烈度地震区域,由于这些地段的地质活动频繁,会对管道产生纵向或轴向的交变应力。

螺旋焊缝多,缺陷几率高于直缝埋弧焊钢管,在长期的应力作用下,螺旋焊缝钢管发生事故的几率大大高于直缝埋弧焊钢管,因此,在这种地带应选用直缝埋弧焊钢管。

(3)对内、外防腐层要求很高的管道,应采用直缝埋弧焊钢管。

螺旋埋弧焊钢管焊道多,焊缝余高一般比直缝埋弧焊钢管高,在对钢管进行内、外防腐时,防腐材料与裸管的结合度不如直缝埋弧焊钢管紧密,防腐效果也没有直缝埋弧焊钢管好。

(4)对于重要的穿跨越工程,应使用直缝埋弧焊钢管。

由于日后的维护管理都比一般线路段困难,因此,采用性能优良的直缝埋弧焊钢管尤为必要。

(5)对于管道薄弱环节,如热煨弯头管材,应采用直缝埋弧焊钢管。

热煨弯头由于方向改变,其所承受的内外力比一般线路直管段要大,由于在煨制过程中受各种因素的影响,其应力不容易消除,是长输管道中比较薄弱的环节,采用综合性能好的直缝埋弧焊钢管可以弥补这些不足。