[发明专利]钢管成型用内撑边辊装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及高频直缝焊管生产工艺中TBS成型段钢带在成型过程充分变形的内侧成型装置。

【技术背景】

ERW高频直缝焊管是输送石油和天然气管道中一种常用的高品质中小规格钢管，因其钢管强度高、输送压力高、管径精度高、生产效率高、成本低等众多优点在输油输气和钢结构使用领域得到广泛应用。高品质的ERW高频直缝焊管由于焊缝质量稳定且达到母材化的效果，可以与无缝管毗美，ERW高频直缝焊管在生产中成型方式种类较多，就目前的市场，既要求能够适应小批量、多品种的时代潮流，又在产品用途、高质量方面不断提出新的产品标准。因此大量的轧辊工装必须随产品规格的变化而进行更换，日益凸显出传统轧机在生产效率和生产成本上的不足。为此，在上世纪40年代中期首先由Torrance公司推出了可以兼用部分轧辊的排辊成型技术。在60年代末期，Yoder公司对其进行了改良，成为现在的Linear-forming(DMS公司)，straight-edge-forming(Meer公司)，Transition beam system(ABBEY公司)等技术的雏形。在80年代中期，随着计算机技术和工业自动化技术的发展，排辊马形技术中必不可少的辊位控制系统得到了很大的改进，以其换辊作业少、容易适应小批量多品种生产以及轧辊制造和管理成本低的特点，以大型轧机为中心，得到了很大的推广。追溯80年代开发排辊技术的特殊意义，可以清楚地了解开发该技术的源动力关键在于应用兼备轧辊，从而减少轧辊的费用和换辊作业量。排辊的使用可以减低粗成型后部的钢带边缘的拉伸，对于薄壁管焊接前的边部失稳有一定的抑制作用。同时也可以减少传统轧机中轧辊表面线速度差过大的问题。

由此ERW高频直缝焊管TBS成型中追求不换辊达到生产不同规格钢管的目的，但是在实际运行过程TBS排辊成形技术中共生了一些缺陷：首先TBS成型中牵强地达到不换辊的目的而形成不合理的成形分配量；使得粗成型段成型量不充分，同时增加了精成型的难度；第二精成型修正量比一般的要大，精成型的成形力主要通过钢带的边部端面来传递，强挤强压容易引起钢带边部的异常变形；再次钢带端面的内角最先与导向片接触，在强力挤压作用下发生局部塑性流动，使边缘增厚导致焊接时形成很大的内毛刺难以清除干净。上述问题已成为ERW高频直缝焊管行业致力于解决的关键工艺技术瓶颈。具体分析如下：

1.不合理的成形量分配，为了达到尽可能兼用轧辊的目的，但对于水平辊机架(Breakdown Stand)的轧辊又缺乏有效的兼用手段，因此大幅度地克服和减少了传统轧机中水平辊机架的段数，将大部分的成形量都设计在容易兼用的排辊段，由于对钢带内表面缺少有效的约束，这种弯矩的分布经精确测算是不均匀的，而且其大小受钢带厚度和自身材质的左右，使钢带的变形难以控制。而且对于钢带边部成型区的很大一部分范围，这种弯曲方式都无法形成弯矩，使之成为成形的盲区。

2.粗成形功能的衰弱，排辊本身不具有对钢带的变形产生有效约束作用的辊型，与传统轧机的立辊相比，对于钢带变形形状的控制能力更加薄弱。但由于上述成形量分配方式上的问题，粗成形的主要工作量都必须由排辊段来完成。粗成形本来的主要作用在于将钢带断面变形成粗略的圆筒状，使其可以顺利地进入精成形(Fin pass)的轧辊孔型。但是在排辊成形中，粗成形在很大程度上失去了原有的功能，增加了精成形的难度。

3.精成形的目的之一是将粗成形后的钢带断面修正成与精成形孔型相同的形状。精成形部的成形量，也即是对钢带断面形状的修正量的大小，主要取决于粗成形后的钢带断面形状与精成形孔型的差。粗成形功能的减退，使其后的精成形的修正量一般比传统轧机要大。精成形的一个特点是，所采用的封闭孔型对钢带有很强的拘束力。而当所需施加的修正量过大时，钢带在封闭孔型中容易受到强挤强压。在排辊成形中，这种现象随钢带强度上升而趋明显。这是因为钢带强度越大，排辊部对钢带变形形状的控制越发困难，精成形部所需施加的修正量也就越大。而且，由于精成形中的成形力主要通过钢带的边部的端面来传递，强挤强压容易引起钢带边部的异常变形。

4.钢带扭动(twist/rolling)现象的增多，由于排辊段的小型轧辊对钢带断面的拘束能力较弱，缺乏抑制扭动发生的能力。再加上立辊或排辊成形本身是以钢带断面形状的对称性为前提的，因而对于不对称因素的存在较为敏感，一旦出现扭动后，容易使扭动现象逐渐加剧，直至无法进行正常的成形和焊接。由于上述原因，冗长的排辊部一直是扭动现象多发的地带。