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直缝钢管在我国的发展非常迅速

发布日期:2018-12-25 点击:

近年来,直缝钢管由于成品率高、价格低且性能逐渐提高,在工业生产中使用直缝焊管代替无缝焊管的越来越多。目前国内多数焊管企业只能生产中小口径的焊管。由于国外公司对我国实行技术保密只卖设备不卖技术,目前国内的大口径焊管生产企业仍不能自主开发相应的焊管生产工艺与设计轧辊。新工艺与新产品的开发仍依赖于国外公司。开展焊管生产工艺与轧辊设计的研究,可以提高我国焊管的生产技术水平和竞争力,适应国民经济发展的要求。

焊管成型方法主要包括连续辊式成型和排辊成型,目前上较为先进的是柔性成型。连续辊式成型的优点是成型效果好,不足之处是轧辊通用性差、消耗大,备辊量高,生产成本高。排辊成型的优点是通用性好,但是成型效果差。研究工作表明,采用排辊成型多数只能生产薄壁钢管,而且容易产生失稳现象。柔性成型属于一种混合成型方法,兼有排辊成型通用性好的优点,也具备连续辊式成型质量高的优点,其不足在于对轧辊加工精度要求高,结构调整的控制精度高。目前此项技术已经在国内引进的大口径焊管轧机上采用,国内目前还不具备生产采用柔性成型方法的大口径焊管轧机的能力。

焊管生产在钢管生产中占有重要地位,国外工业的焊管产量一般要占钢管比重的60%-70%,而现代焊管技术正向提高管坯质量、发展成型技术、控制焊接工艺、强化焊缝处理、完善在线检测手段的方向发展。

焊管的定义及工艺特点

焊管就是将钢板或带钢卷成管筒状,然后将接缝焊合而成的钢管。其基本工序为坯料准备一成型一焊接一精整一检验一包装入库。焊管之所以有巨大的发展前景,主要是与其产品生产的工艺特点分不开的。其主要特点有:

(1)产品精度高,尤其是壁厚精度。

(2)主体设备简单,占地小。

(3)生产上可以连续化作业,甚至“无头轧制”。

(4)生产灵活,机组的产品范围宽。

直缝埋弧焊管(LSAW)在我国应用于油气输送工程比较晚,但起步迅速,发展步子大,成绩显著。因为它有下列优点:①成型工艺比较容易,有预焊及精焊,焊接质量比较容易保证;②有全管扩径工艺,比较容易消除应力,残余应力较小;③几何精度和力学性能较好,质量稳定,可靠性高;④应用广泛,可以应用于油气管线,可以用于陆上二、三、四类地区、穿越段及海底管线;⑤可以达到高钢级≥X120,大壁厚≥40mm。它的局限性有:①直径一般在≤1422mm,受到板宽的限制;②UOE成型方式投资昂贵,JCOE成型方式适用于中型企业。③直径≤406mm时,制作上不够经济。

高频直缝焊管(ERW)在我国起步较早,但应用于石油、天然气输送是在上个世纪80年代后期才开始。它的优点是:①使用热轧带钢作原料,尺寸、精度高,内外壁光滑,适用于中小直径的支线和城市天然气管线,管径D168~660mm,壁厚8~25mm范围,钢级在X56~X80之间;②适用于连续生产,焊速较高,Vmax≥20m/nain;③用途广泛,还可用于制造石油油井管,也适用于海底输送管线,甚至高寒地带输送管线。局限性在于:①不能作主干线的天然气管线;②管径≤219时,容易受到塑料管的竞争;③制作工艺上,焊接时不用焊条,焊缝的力学性能可以达到但不容易超过母材。

目前国内外对管坯的变形状态和建立的数学模型进行了比较全面的阐述,对焊管的焊接过程也同时进行了比较深入的研究。整体的分析方法并不能得到各点的应力、应变,原因就是因为并没有考虑局部影响。实验方法建立的物理模型并不完整,只是近似而已。古恩的研究方法在将平断面假说应用到管坯成型过程是不合适的,平断面假设将会导致管坯成型中纵向变形不准确。平断面假设依据圣维南原理只适用于接触变形区中的应力波及不到、远离外载荷的地方。蔡松庆等人的研究中从结果可以看出,应用有限元数值方法,管坯的成型及应变接近实际,但由于是简单轧制的模拟,应力及外载荷和实际相差甚远。

虽然计算量降低了,但导致精度受到影响。另外他们的研究中采用了单元的板壳划分假设,这样的话就忽略管坯沿轧制方向的运动、管坯内的剪应变和触区以外的变形。终只是似模拟管坯成型过程,不能反映真实成型。

直缝焊管理论上属于弹塑性大变形和接触非线性问题,即使采用有限元法也面临许多困难,目前国内对焊管完整成型过程的研究工作还较少。


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