螺旋預(yù)焊機(jī)組銑邊工藝及裝備優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉成坤，尹志遠(yuǎn)，李林娟

（寶雞鋼管克拉瑪依有限公司，新疆 克拉瑪依834000）

螺旋預(yù)焊機(jī)組銑邊工藝及裝備優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉成坤，尹志遠(yuǎn)，李林娟

（寶雞鋼管克拉瑪依有限公司，新疆 克拉瑪依834000）

為了提高螺旋預(yù)焊機(jī)組銑邊質(zhì)量及效率，結(jié)合螺旋預(yù)精焊鋼管預(yù)焊生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，系統(tǒng)分析了預(yù)焊機(jī)組帶鋼遞送速度快、帶鋼邊沿銑削加工量大及帶鋼彎度等因素對銑邊質(zhì)量的影響，提出了可行的控制措施和解決辦法。對銑邊工藝及裝備進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用“三銑邊工藝”，合理分配銑削加工量，有效保證了帶鋼邊沿坡口和鈍邊等質(zhì)量指標(biāo)的加工穩(wěn)定性，為提高預(yù)焊鋼管成型及預(yù)精焊質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。實(shí)際應(yīng)用表明，效果明顯，可滿足高速預(yù)焊生產(chǎn)的銑邊要求。

預(yù)焊機(jī)組；銑邊工藝；優(yōu)化設(shè)計(jì)；應(yīng)用

預(yù)精焊工藝是螺旋埋弧焊管生產(chǎn)中最先進(jìn)的制管工藝技術(shù)，該技術(shù)在厚壁、高鋼級、大直徑螺旋焊管生產(chǎn)中的質(zhì)量控制和產(chǎn)能優(yōu)勢突出。21世紀(jì)以來，我國開始逐步引進(jìn)該技術(shù)[1]，近幾年得到了快速發(fā)展和工業(yè)化應(yīng)用，取得了一系列創(chuàng)新研究成果[2]。2012年，寶雞鋼管克拉瑪依有限公司建成一條Φ508～1 422 mm螺旋縫預(yù)精焊生產(chǎn)線（最大壁厚25.4 mm、最大鋼級X100、飛焊連續(xù)后擺），實(shí)現(xiàn)了全線設(shè)備國產(chǎn)化。

在螺旋焊管預(yù)焊生產(chǎn)時(shí)，帶鋼邊沿加工質(zhì)量的好壞將直接影響成型縫及預(yù)焊質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，對銑邊工藝及裝備進(jìn)行研究并使其完善非常必要。寶雞鋼管克拉瑪依有限公司在生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計(jì)和設(shè)備選型時(shí)，充分調(diào)研和吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，率先采用了“三銑邊工藝”（螺旋埋弧焊管機(jī)組通常采用雙銑邊工藝），對銑邊工藝參數(shù)及裝備進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以滿足帶鋼高速遞送條件下的銑邊要求。

1 銑邊主要質(zhì)量指標(biāo)

以板厚22 mm、加工X形坡口為例，如圖1所示，銑邊主要質(zhì)量參數(shù)包括：上坡口角度α、下坡口角度β、鈍邊尺寸E、帶鋼工作寬度B以及鈍邊位置H。這些參數(shù)中鈍邊位置H尺寸（即鈍邊在鋼板厚度方向位置要相對恒定、波動(dòng)量?。┛刂齐y度較大。

圖1 銑邊主要質(zhì)量指標(biāo)示意圖

2 高速預(yù)焊時(shí)銑邊工藝特點(diǎn)及控制難度

預(yù)精焊機(jī)組在工業(yè)化生產(chǎn)中雖有諸多優(yōu)勢[3]，但在帶鋼高速（3～8 m/min）遞送成型時(shí)，與一步法相對的低速（1～2 m/min）相比，單位時(shí)間內(nèi)帶鋼邊沿銑削量大大增加。銑削質(zhì)量波動(dòng)時(shí)，特別是帶鋼鐮刀彎（側(cè)彎）較大的帶鋼段通過銑邊機(jī)時(shí)，銑邊調(diào)整及反應(yīng)時(shí)間極短，出現(xiàn)銑削加工時(shí)帶鋼邊部形成波浪，銑刀盤與帶鋼邊緣相對位置變化，導(dǎo)致加工的鈍邊在壁厚方向的相對位置（如圖1所示H）變化大，經(jīng)成形合縫后難以形成正常的成形縫，如圖2（b）和圖2（c）所示，嚴(yán)重影響成型、預(yù)焊和精焊質(zhì)量[3]。

另一方面，由于遞送速度快，銑削量大，對銑邊機(jī)的能力也提出了更高的要求，特別是在高鋼級、厚壁鋼管生產(chǎn)時(shí)尤為突出。為滿足快速遞送的銑邊要求，勢必增加銑邊機(jī)數(shù)量，加大銑邊機(jī)功率，提高刀盤轉(zhuǎn)速，加大刀盤直徑（增加單位時(shí)間內(nèi)參與工作的銑刀片數(shù)量）。因此，預(yù)焊高速遞送時(shí)銑邊質(zhì)量控制難度大。

圖2 成型縫示意圖

3 銑邊工藝優(yōu)化及裝備設(shè)計(jì)改進(jìn)

針對預(yù)焊帶鋼遞送速度快、帶鋼銑削加工量大以及銑邊質(zhì)量控制難度大等工藝特點(diǎn)，從銑邊工藝和裝備等方面系統(tǒng)分析了影響銑邊質(zhì)量的原因，對銑邊工藝及裝備進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要包括以下幾方面。

3.1 采用三銑邊工藝

一步法螺旋焊管機(jī)組銑邊時(shí)大都采用雙銑邊工藝，配置2臺(tái)銑邊機(jī)[4]，其工藝布置如圖3所示。

銑邊機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：銑刀盤直徑700 mm，銑削鋼板速度0.5～3 m/min，單邊銑削最大寬度10 mm，傳動(dòng)電機(jī)AC 55 kW（變頻調(diào)速），寬度調(diào)整電機(jī)AC 2.2 kW。雙銑邊工藝完全能滿足一步法工藝（遞送速度 1～2 m/min）生產(chǎn)要求[5]。

針對預(yù)焊機(jī)組帶鋼遞送速度快（3～8 m/min）、邊沿銑削量大的特點(diǎn)，設(shè)置3臺(tái)銑邊機(jī)：粗銑、半精銑及精銑。工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)后銑邊區(qū)域設(shè)備布置如圖4所示。

圖3 原銑邊區(qū)域設(shè)備工藝布置簡圖

圖4 改進(jìn)設(shè)計(jì)后銑邊區(qū)域設(shè)備工藝布置簡圖

改進(jìn)設(shè)計(jì)后的三銑邊工藝優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①銑邊機(jī)與相鄰設(shè)備的工藝布置設(shè)計(jì)更合理，銑邊機(jī)中心間距由原來的2990mm優(yōu)化為3300mm，加大了設(shè)備調(diào)整及檢維修的操作空間，便于殘留鐵屑的清理；②增加了1臺(tái)銑邊機(jī)，使帶鋼邊沿的銑削加工能力得到較大提高；③針對不同壁厚、鋼級、遞送速度的鋼管預(yù)焊生產(chǎn)時(shí)，可選擇采用單銑、雙銑及三銑3種方式之一，見表1。銑邊工藝方式更加靈活，同時(shí)，銑邊機(jī)還可以互為備用，即使一臺(tái)銑邊機(jī)發(fā)生故障時(shí)仍可保證生產(chǎn)，減少故障停機(jī)時(shí)間，提高預(yù)焊機(jī)組作業(yè)率。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)銑邊機(jī)

改進(jìn)銑邊機(jī)設(shè)計(jì)，提高設(shè)備能力和運(yùn)行可靠性，主要改進(jìn)措施見表2。

表1 銑邊工藝方式及適用范圍

由表2可以看出，改進(jìn)設(shè)計(jì)后的銑邊機(jī)能力大大提高，與原銑邊機(jī)相比，其主要性能指標(biāo)對比見表3，滿足預(yù)焊高速遞送的銑邊要求。

表2 銑邊機(jī)主要設(shè)計(jì)改進(jìn)措施

表3 改進(jìn)前后的銑邊機(jī)主要性能指標(biāo)對比

3.3 優(yōu)化分配銑削量

在采用預(yù)精焊工藝生產(chǎn)厚壁、高鋼級鋼管時(shí)，宜選用三銑邊工藝（見表1），此時(shí)對各臺(tái)銑邊機(jī)承擔(dān)的銑削加工量進(jìn)行合理分配顯得尤為重要，分配原則是每臺(tái)銑邊機(jī)的加工量基本均衡。

卷板生產(chǎn)一般依據(jù)GB/T 14164—2013《石油天然氣輸送管用熱軋寬帶鋼》[6]，其引用的GB/T 709—2006《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》規(guī)定，“不切邊鋼帶的寬度允許偏差為：公稱寬度≤1 500 mm時(shí)，允差為0～+20 mm；公稱寬度＞1 500 mm 時(shí)， 允差為0～+25 mm”[7]。 螺旋焊管生產(chǎn)時(shí)，厚壁、高鋼級與大直徑相伴而生，一般而言，生產(chǎn)大直徑、厚壁、高鋼級鋼管時(shí)，選用帶鋼寬度均＞1 500 mm[8]。由此，帶鋼寬度允差為0～+25 mm，邊沿銑削加工量相對較大。

現(xiàn)以公稱寬度1 550 mm、厚度22 mm、鋼級X80帶鋼為例來優(yōu)化分配銑削量。帶鋼原料寬度1 550～1 575 mm，考慮帶鋼側(cè)彎等因素，工作寬度設(shè)計(jì)為1 540 mm，邊沿銑削加工總量為：寬度10～35mm、上下坡口，坡口鈍邊設(shè)計(jì)如圖1所示。通過優(yōu)化分配，各臺(tái)銑邊機(jī)的加工量見表4。

在生產(chǎn)過程中，還要根據(jù)帶鋼的寬度、彎度變化等實(shí)際情況，采用定位立輥及時(shí)微調(diào)帶鋼進(jìn)入銑邊機(jī)的位置，其原則是保證各臺(tái)銑邊機(jī)遞送邊和自由邊的銑削量大體均衡。同時(shí)，銑邊刀盤轉(zhuǎn)速也要隨帶鋼遞送速度、板厚、鋼級等因素的變化而同步調(diào)整。

表4 銑邊機(jī)加工量優(yōu)化分配一覽表

4 結(jié) 論

銑邊工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)施以來，在Φ1422mm螺旋預(yù)精焊管生產(chǎn)線兩步法批量生產(chǎn)Φ1 219 mm×18.4 mm的X80管線管和試制Φ1 219 mm×22 mm及Φ1 422×21.4 mm等規(guī)格的X80鋼管時(shí)，現(xiàn)場進(jìn)行了應(yīng)用。三年多的生產(chǎn)運(yùn)行表明，銑邊設(shè)備運(yùn)行良好，帶鋼邊緣坡口及鈍邊均勻，銑邊質(zhì)量穩(wěn)定，使用效果良好，滿足厚壁、高鋼級、高速遞送預(yù)焊生產(chǎn)的銑邊要求，為保證預(yù)精焊鋼管成型和焊接質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。

[1]楊戰(zhàn)利.螺旋管高速M(fèi)AG預(yù)焊槍及焊接工藝研究[D].北京:機(jī)械科學(xué)研究總院，2011:1-2.

[2]岳雙才.國內(nèi)首條螺旋鋼管預(yù)精焊生產(chǎn)線投產(chǎn)[N].中國石油報(bào)，2008-11-05.

[3]劉成坤，陳銘.預(yù)精焊高速螺旋成型穩(wěn)定性的影響因素與控制[J].焊管，2015，38（4）:52-56.

[4]胡國強(qiáng).UOE焊管生產(chǎn)線鋼板銑削鈍邊高度超差分析與診斷研究[D].燕山大學(xué)，2014.

[5]陳秀玲，漆曙蓉.銑邊機(jī)在螺旋焊管生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[J].江漢石油科技，2009（3）:43-47，50.

[6]GB/T 14164—2013，石油天然氣輸送管用熱軋寬鋼帶[S].

[7]GB/T 709—2006，熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差[S].

[8]畢宗岳.管線鋼管焊接技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2013.

[9]楊培元，朱福元.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[10]機(jī)械工程師手冊編委會(huì).機(jī)械工程師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

Optimal Design and Application of Edge Milling Technology and Equipment for the Spiral Prewelding Unit

LIU Chengkun,YIN Zhiyuan,LI Linjuan
（Karamay Steel Pipe Co.,Ltd.,of BSG Group,Karamay 834000,Xinjiang,China）

In order to increase the edge milling quality and efficiency of spiral prewelding unit,combined with prewelding characteristics of SAWH pipe,it systematically analyzed the influence on edge milling quality of several factors,such as strip steel fast delivery of the prewelding unit,large amount of machining for strip steel edge milling,the strip steel camber and so on.It also put forward the feasible control measures and solutions:the optimization design was conducted for edge milling technology and equipment, “three edge milling process”was adopted and carried out,and reasonable distribution for milling processing capacity.These measures effectively guaranteed the machining stability of quality index,including the edge groove of strip steel,truncated edge,etc,which laid a solid foundation for improving the prewelding pipe forming weld and pre-finishing welding quality.Actual application showed that its effect is obvious,can meet the requirements of high speed milling in the process of the welding production.

prewelding unit；edge milling technology；optimal design；application

TG441.1

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.02.014

劉成坤（1968—），男，高級工程師，主要從事螺旋焊管制造工藝、裝備技術(shù)及質(zhì)量管理工作。

2015-08-15

張 歌