18 焊管成形原理.

18 焊管生产

18.1 概述

焊管生产方法主要有直缝焊管及螺旋焊管。我国目前有直缝中小焊管机组（ERW）约1600～1800套，直缝大口径埋弧焊管机组5套，螺旋焊管机组约90套，年生产能力达900万吨以上。

18.1.1 高频直缝连续电焊管生产

电焊管生产无论在有色和黑色生产中都有较快的发展。中小型直缝电焊管基本上都采用辊式连续成型机生产，机组具有设备简单、投资少；产量高；成本低；机械性能好；精度高、壁厚均匀，表面光洁；焊缝质量好等特点。高频焊管机目前可生产φ5～660×0.5～15mm的水煤气管道用管、锅炉管、油管、石油钻采管和机械工业用管等。当采用排辊成型法时，产品规格可扩大到φ400～1220×6.4～22.2mm。典型工艺流程如图18－1所示：

图18－1 连续电焊管机组典型工艺流程

①水煤气管；②一般结构管和油管；③汽车传动轴管

生产钢种主要有低碳钢及低合金高强度钢，对不同钢种应采用不同工艺规范，以保证焊缝质量。焊管技术发展很快，如螺旋式水平活套装置、双半径组合孔型，高频频率多在350kHz～450kHz，近年来又采用了50Hz超中频生产厚壁钢管；焊接速度达到130m／min～150m／min；内毛刺清除工艺用于内径为15mm～20mm的钢管生产中；冷张力减径级组受到重视；无损探伤应用越来越广泛；有些作业线上还设置了焊缝热处理设备；有些还采用了直流焊、方波焊、钨电极惰性气体保护焊、等离子焊以及电束焊等。在后部工序中很多机组均设有微氧化还原热镀锌、连续镀锌和表面涂层等工艺，并相应设有环保措施。

我国于1978年研制成功履带式成型机，用于生产φ12～150×0.5～3.25㎜的薄壁管和一般用管。成形过程如图18－2所示。成形过程不需要成型辊，当带材进入倾斜的三角模板1和V型槽2构成的孔型后，在Ⅰ段带材比三角板窄，未接触V型槽面；进入Ⅱ段带材开始宽于三角板压出弯边，而后依次通过各段成形为管材。该机组的优点是变换管径方便，适于多品种生产；可生产辊式连续成型机不能生产的较大直径的薄壁管；设备简单，成本小；成形后残余应力小；可用于锥形管的成型。

图18－2 履带式成型机工作原理

（a）一般成形过程；（b）带材变形过程

18.1.2 UOE直缝电焊管生产

UOE法是生产大口径直缝电焊管的主要方法，可生产φ406～1625×6.0～32mm，长达18m的管子。美国于1951年首先应用此法进行生产，随着石油天然气工业的发展，对大口径高强度管的需求量急增，促进了该生产法的发展，全世界拥有量超过30套，我国近年来发展很快，新建4套UOE。

UOE法生产是以厚钢板作原料，经刨边和预弯边，先在U型压力机上压成U形，后在O型压力机上压成圆形管，然后预焊、内外埋弧焊，最后扩径以矫正焊接造成的管体变形，达到要求的平直度和椭圆度，消除焊接热影响区的残余应力。该法可能生产的最大直径受到板带材宽度限制，设备投资也较大。但生产率高，适于大批量少品种专用管生产，是石油天然气输送管的主要生产方法。

目前UOE钢管大口径、厚壁和高强度方向发展，已能采用调制热处理生产X80、X100钢级的高强度管，在UOE压力机前设置了弯边机和焊后机械扩管机，广泛运用自动检测技术和自动控制技术，焊管的质量和精度不断提高。

18.1.3 螺旋电焊管生产

螺旋焊管出现于1888年，典型工艺流程如图18－3所示。目前美国、西德已生产出直径3m以上厚度为25.4㎜的螺旋焊管。与UOE相比，螺旋焊可以用同样宽的板卷生产不同直径的管；内、外焊缝呈螺旋形，具有增强管子刚性的作用；管子直度好，不需设置矫直机，外径椭圆度小，但外径偏差大于UOE法；生产过程易于实现机械化、自动化和连续化；设备外形小、投资少。

图18－3 螺旋焊管工艺流程

1－拆卷机；2－端头矫平机；3－对焊机；4－矫平机；5－切边机；6－刮边机；

7－主递送辊；8－弯曲机；9－成型机；10－内焊机；11－外焊机；

12－超声波探伤机；13－剪切机；14－焊管

螺旋焊新工艺是焊接采用预焊和终焊两步进行，先在一台螺旋成形器上进行成型和预焊（点焊），再在最终焊接设备上进行内、外埋弧焊接。一条成型及预焊设备可配四条埋弧焊设备，产量相当于普通螺旋焊机组的四倍。

18.1.4 连续炉焊管生产

炉焊法生产是将带材加热到1350℃～1440℃焊接温度，通过成型焊接机（图18－4）受压成型并焊接成管子。连续式炉焊管机是高生产率生产焊管设备，比同规格电焊管机组约高6～7倍；成本比电焊管约低20％，比无缝管低30％；机械化自动化程度高，速度高达420m/min～680m/min。可生产φ5～φ100的焊管。但焊缝强度较电焊低，一般仅限于焊接低碳的沸腾钢管，主要用于水煤气管、电缆护套及结构用管等。由于炉焊能耗大，其发展受到限制。

图18－4 连续炉焊工作原理图18－5 成型机布置的基本形式

1—开口孔；2—封闭孔；3—立辊组

18.1.5 钎焊管生产

钎焊又称蜡焊，是利用熔点比母材低的钎料（一般多用铜）进行焊接的方法。钎料加热熔化后，在毛细管的作用下“湿润”和填充连接面，使钎料和母材相互溶解和扩散而焊合一体。这种方法可用来生产双层或多层钎焊管和双金属管。双层钎焊管（又称邦迪管）用于生产汽车刹车管、冷冻机冷凝管和压缩机管等。钎焊管具有如下优点：尺寸精度高、表面光洁；加工性能好，可进行弯曲、卷边、扩口、压扁、定锻和扩径等加工；价格比铜管低，性能优于铜管；防锈性能好，容易镀层等。

18.2 辊式连续成型机生产电焊钢管的基本问题

18.2.1 机架的排列与布置

辊式连续式成型机的电焊管机组在我国分布较广，成型机架的排列与布置形式基本有两种：一种是水平辊和立辊交替布置；一种是在封闭孔前成组布置立辊群，如图18－5所示。其他组合形式均由此演变而来，常见类型列于表18－1。

表18－1 各种机架布置形式

轴径／mm排列方式

51 75 90 89 127 155 228 254 H—V—H—V—H—V—H—V—H—V—H H—V—H—V—H—V—H—V—H—V—H—H H—V—H—V—H—V—H—V—H—V—H—V—H H—V—H—V—H—V—H—V—H—V—H H—V—H—V—H—V—H—V—V—V—H—H—H—H H—V—H—V—H—V—H—V—V—V—H—H—H—H H—H—H—V—H—T—T—Q—Q—Q H—T—T—H—H—H—H—Q—Q—Q

注：H—水平机架；V—立辊机架；T—三辊式机架；Q—四辊式机架。

整个机组完全采用水平辊和立辊交替布置的形式正在逐步淘汰。因为这种布置在封闭孔前几架管坯的变形角相当大，上下辊之间的直径差很悬殊，因而辊面的速比可达到1.8～2.2，造成管坯表