管端機械擴徑是重大管線用螺旋焊管提高管端幾何尺寸精度、方便管道施工的重要工藝環(huán)節(jié), 通過對管端擴徑力的計算與分析, 校核了設(shè)備的能力, 提出了設(shè)備改進方案, 并在西二線大口徑螺旋焊管生產(chǎn)設(shè)備改造實踐中得到成功驗證, 設(shè)備的可靠性得到保證。 0 前言 西

　　管端機械擴徑是重大管線用螺旋焊管提高管端幾何尺寸精度、方便管道施工的重要工藝環(huán)節(jié), 通過對管端擴徑力的計算與分析, 校核了設(shè)備的能力, 提出了設(shè)備改進方案, 并在西二線大口徑螺旋焊管生產(chǎn)設(shè)備改造實踐中得到成功驗證, 設(shè)備的可靠性得到保證。

　　0　前言

　　西氣東輸一線是僅次于三峽工程的跨世紀(jì)工程,西氣東輸二線已于2008年初開工建設(shè), 西起新疆的霍爾果斯, 經(jīng)西安、南昌, 南下廣州, 東至上海, 干線全長4 859km, 加上若干條支線, 管道總長度超過7 000km, 于2010年建成通氣。西氣東輸二線的建設(shè)里程和投資都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過西氣東輸一線, 其中螺旋焊管鋼級、厚度和口徑均比西一線明顯提高, 達到了X80, <1 219mm ×18.4mm。管端擴徑機作為螺旋焊管生產(chǎn)線精整段關(guān)鍵設(shè)備之一, 國內(nèi)大多數(shù)制管企業(yè)基本上是在西氣東輸一線建設(shè)過程中才投入使用的,由于當(dāng)時國內(nèi)對機械擴徑關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用較少,同時對國內(nèi)外油氣管線日新月異的發(fā)展趨勢也始料未及, 制管設(shè)備近年來更新?lián)Q代的步伐明顯加快, 所以, 在西氣東輸二線鋼管試制和試生產(chǎn)中, 設(shè)備原來的薄弱環(huán)節(jié)也逐漸表現(xiàn)出來, 迄待及時改進提高。

　　1　管端擴徑機的結(jié)構(gòu)及工作原理

　　1.1　擴徑機主要結(jié)構(gòu)簡介

　　為了簡化管端擴徑機的結(jié)構(gòu), 一般設(shè)置專門崗位提前去除擴徑范圍內(nèi)的內(nèi)焊縫凸出母材部分, 使焊縫處的曲率與焊縫附近母材處的曲率一致; 鋼管的移動動作由其它輔助機構(gòu)完成; 人工管端清理內(nèi)壁, 去除氧化皮及污物, 保證擴徑頭模片及錐體的清潔; 人工檢查擴徑前后鋼管具有的直徑和橢圓度。擴徑機組成分為主機部分和輔機部分, 主機部分有滑座、龍門機架、提升裝置、主油缸及擴徑單元等, 輔機部分有液壓、潤滑和電氣系統(tǒng)等。主機結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1　主機結(jié)構(gòu)

　　主機部分功能如下:滑座?；纱采怼⒒寮坝透椎攘悴考M成,液壓油缸驅(qū)動滑板移動, 滑板滑道上設(shè)置有稀油潤滑油孔和油槽, 以減小床身移動阻力并減少磨損。

　　龍門機架。龍門機架安裝在滑座上, 是為了擴徑單元垂直移動而設(shè)計的, 可隨滑板前后移動。龍門架兩立柱為安裝架提供垂直移動導(dǎo)軌, 橫梁上安裝有安裝架的提升裝置, 這樣可使安裝在安裝架上的擴徑單元中心隨著不同規(guī)格鋼管中心而調(diào)整。

　　提升裝置。提升裝置由電機、減速機、蝸桿- 蝸輪及絲桿絲母機構(gòu)組成, 可完成擴徑單元的升降調(diào)整運動, 它的行程控制采用了編碼器點位數(shù)字控制技術(shù)。油缸及擴徑單元。油缸安裝在安裝架后端, 擴徑單元安裝于支撐盤的前端, 通過活塞桿及活塞桿端部安裝的錐體把二者聯(lián)接起來。擴徑單元的主要部件為支撐盤, 它主要用來安裝模具, 并為模具移動提供導(dǎo)向及支撐作用, 支撐盤周邊上設(shè)置了12 個小油缸,以滿足模塊對中復(fù)位。

　　1.2　管端擴徑工作原理

　　管端機械擴徑是在擴徑模具的作用下,使管坯端部一定范圍直徑擴大的一種成形工藝, 機械擴徑的工藝原理如圖2所示。

　　圖2　機械擴徑原理

　　每種鋼管規(guī)格相對應(yīng)的模具均由12 塊模塊組成, 模塊底面緊貼在正十二棱錐的錐面上可以滑動, 其后端面可沿支撐盤做徑向移動, 支撐盤上開有T型槽, T型槽內(nèi)裝有T型滑塊, 12 塊模塊用螺釘分別與T型滑塊聯(lián)接, 模塊由圓弧型模片與模座聯(lián)結(jié)組成, 模塊的端面還通過止口與T型滑塊定位聯(lián)結(jié)。錐體與拉桿通過螺母聯(lián)結(jié)在一起。擴徑時靠動力源(油缸) 拉動拉桿, 當(dāng)拉桿受到水平方向的拉力往復(fù)運動時, 錐體也水平移動, 模塊外徑也就反復(fù)“擴大- 縮小”變化。模塊外圓縮小時, 將直徑規(guī)格相應(yīng)的鋼管套在模塊外圓上, 當(dāng)模塊向外擴張時, 鋼管母材沿鋼管周向被拉伸而產(chǎn)生塑性變形, 同時使管徑向外擴脹。嚴(yán)格控制模具擴張量, 一般由脈沖編碼器測量主油缸行程, 達到精確設(shè)定和控制擴徑量的目的, 可以得到尺寸、圓度等精度很高的管端形狀, 這一過程就稱為管端擴徑, 其目的是為了管端整圓, 管端直徑統(tǒng)一。對于不同規(guī)格的管徑, 只需更換不同的模具即可滿足要求。管端經(jīng)過擴徑后, 可消除成型和焊接產(chǎn)生的部分內(nèi)應(yīng)力, 使內(nèi)應(yīng)力沿管壁分布較均勻, 擴徑段的直徑尺寸及圓度能夠達到規(guī)定的精度。

　　2　設(shè)備改造后使用效果

　　核心改造部分結(jié)構(gòu)如圖4 所示。改造后設(shè)備立即投入西氣東輸二線螺旋焊管生產(chǎn)過程中, 經(jīng)過近一年多時間使用表明, 設(shè)備機械部分和液壓系統(tǒng)運行正常, 未出現(xiàn)任何設(shè)備事故, 西氣東輸二線鋼管管端周長和橢圓度完全達到了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, 基本杜絕了管徑超差造成的報廢和降級現(xiàn)象, 大大提高了鋼管合格率。

　　從在西氣東輸二線管道施工用戶回訪中反映, 寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司本部所生產(chǎn)的20 多萬t鋼管橢圓度好, 易于施工, 質(zhì)量達到了國際先進水平,加快了施工進度, 深受施工單位的歡迎, 取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。該項改造方案也已成為其它兄弟管廠改造參考的模式之一。

　　3　結(jié)束語

　　機械擴徑工藝簡單, 模具磨損時可進行調(diào)整補償, 螺旋焊管管端經(jīng)過機械擴徑工藝, 具有端部尺寸精確的優(yōu)點, 對于保證厚壁、高屈服強度及大口徑規(guī)格的鋼管的幾何尺寸精度至關(guān)重要, 為水壓試驗、鋼管對接等后道工序創(chuàng)造了極大的便利條件。今后幾年是管道建設(shè)的高峰期, 僅中國石油就將新建各類油氣管道34條, 總里程3.7萬km, 超過前50年的總和,這為X80以上大口徑高強度焊管擴徑機的生產(chǎn)應(yīng)用提供了難得的發(fā)展機遇。