大直徑厚壁直縫埋弧焊管RBE生產(chǎn)工藝及關(guān)鍵技術(shù)

溫明軍，王 芳

（太原重工股份有限公司，太原 030024）

0前言

隨著我國綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念的不斷深入，城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐明顯加快，對石油、天然氣的需求也越來越大，這將加快推進(jìn)我國油氣管網(wǎng)建設(shè)。另一方面，我國高鐵、地鐵、機(jī)場等基礎(chǔ)設(shè)施的高速發(fā)展，將進(jìn)一步推動直縫埋弧焊管的應(yīng)用和發(fā)展。目前，大直徑直縫埋弧焊管主要有JCOE、UOE和RBE三種生產(chǎn)工藝，國內(nèi)主要采用JCOE和UOE生產(chǎn)工藝，國外有多條生產(chǎn)線采用RBE生產(chǎn)工藝。RBE生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)是投資低、生產(chǎn)效率高，由于該工藝最初只能生產(chǎn)薄壁焊管，因此一直未在我國得到發(fā)展。為了滿足用戶對該工藝的需求，經(jīng)過對RBE生產(chǎn)工藝、設(shè)備的不斷研究和突破，成功研制出我國首套大直徑厚壁直縫埋弧焊管RBE生產(chǎn)工藝技術(shù)及裝備。

1 RBE生產(chǎn)工藝流程

RBE直縫埋弧焊管生產(chǎn)工藝與其他兩種工藝不同的地方在于管坯的成型方式，UOE工藝是先通過預(yù)彎機(jī)將中厚板縱向兩邊彎曲，然后分兩步采用U形機(jī)和O形機(jī)壓制成開口的“O”形管坯；JCOE工藝先通過預(yù)彎機(jī)將中厚板縱向兩邊彎曲，然后采用一臺成型壓機(jī)逐步壓制成開口的“O”形管坯；RBE工藝是通過一臺三輥卷板機(jī)一次性將中厚板卷制成開口的“O”形管坯，然后采用后彎的方式對管坯的兩邊進(jìn)行彎曲。RBE生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。圖1中成型工序采用RB三輥卷制成型法，將銑邊后的鋼板卷制成開口的“O”形管坯，確保管坯縱向兩邊及管體直線度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；后彎工序是將卷制成型管坯的剩余直邊彎曲，保證焊縫兩側(cè)的曲率與管體曲率一致，且不傷及銑邊坡口。

圖1 RBE生產(chǎn)工藝流程

2 RBE成型設(shè)備及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 三輥卷板成型機(jī)

三輥卷板成型機(jī)卷制速度可達(dá)10 m/min，三輥采用單獨(dú)驅(qū)動、同步控制，要確保三輥線速度相同，并且三輥同時(shí)輸出扭矩進(jìn)行卷制成型。直縫埋弧焊管定尺軸向長度為12.5 m，卷制成型過程中，上輥被管坯包絡(luò)，兩端施加向下成型力時(shí)，輥身受到相反的均布載荷，上輥會產(chǎn)生撓曲，此時(shí)上輥與下輥間隙為中間大兩邊小，管坯成型后會出現(xiàn)“鼓肚”現(xiàn)象。因此，RBE成型最關(guān)鍵的就是上輥撓度控制。

圖2 反彎法上輥撓度控制原理及成型方法

針對小規(guī)格徑厚比小的產(chǎn)品，由于上輥直徑小，反彎力產(chǎn)生的上輥彎曲應(yīng)力大于其屈服應(yīng)力，因此無法采用反彎的方法進(jìn)行撓度補(bǔ)償，應(yīng)采用多點(diǎn)支撐法控制上輥的撓度變形。即在上輥上方配置高剛度壓下梁（剛度系數(shù)為1/5 000 mm），成型時(shí)的均布載荷通過支撐輥傳遞到壓下梁，上輥的直線度通過壓下梁的剛度保證，從而實(shí)現(xiàn)管坯直線度的控制。成型過程中，要充分考慮鋼板的運(yùn)動軌跡，按照圖3所示的6個(gè)步驟進(jìn)行管體成型。第一步，上輥壓下，三輥同步轉(zhuǎn)動，形成2倍于最終曲率的“J”形管坯；第二步，上輥2次壓下，三輥同步反向轉(zhuǎn)動；第三步，上輥3次壓下，三輥同步轉(zhuǎn)動，形成最終曲率的 “J”形管坯；第四步，上輥回程，三輥同步轉(zhuǎn)動， “J”形管坯的另一邊與下輥對齊；第五步，上輥4次壓下，三輥同步轉(zhuǎn)動， “J”形管坯成型為最終曲率的“O”形管坯；第六步，上輥回程，將成型后的“O”形管坯輸出成型工序。

圖3 多點(diǎn)支撐法上輥撓度控制原理及成型方法

以上兩種上輥撓度控制方法有效控制了卷制成型時(shí)管體的直線度，采取對應(yīng)的管體成型方法，生產(chǎn)效率高、管坯圓度好，特別是多點(diǎn)支撐的上輥撓度控制方法提高了設(shè)備對小徑厚比產(chǎn)品的加工能力。

2.2 后彎輥壓機(jī)

后彎輥壓機(jī)壓制速度可達(dá)12.5 m/min，兩下輥單獨(dú)驅(qū)動，同步控制，確保兩下輥輸出轉(zhuǎn)速一致。焊縫兩側(cè)剩余直邊的彎曲對直縫埋弧焊管成品質(zhì)量影響很大，若處理不好則會出現(xiàn)“內(nèi)外噘嘴”現(xiàn)象，因此直邊曲率需與管體曲率一致。傳統(tǒng)后彎機(jī)采用上下輥匹配的彎曲方式，彎邊寬度小，無法對卷制成型后的剩余直邊完全彎曲，規(guī)格更換時(shí)需要更換上、下輥，模具配置數(shù)量大，更換耗時(shí)長。

本研究采用小變形多道次直邊彎曲方法，對管體成型后的剩余直邊進(jìn)行輥式彎曲。以管坯內(nèi)側(cè)的上輥為基準(zhǔn)，通過調(diào)整管坯外側(cè)下輥的水平、垂直、旋轉(zhuǎn)三個(gè)方向的自由度與上輥形成一定的孔型,并且在調(diào)整過程中必須協(xié)同開展以確保孔型的一致性。管坯通過孔型，下輥上升將直邊彎曲成與管體相同的曲率，當(dāng)剩余直邊較大時(shí)，根據(jù)直邊寬度，進(jìn)行多道次彎曲，每次彎曲剩余直邊的一部分，直到全部直邊完全被彎曲成型，如圖4所示。彎曲步驟為：①剩余直邊寬度初始值為W，調(diào)整下輥角度、開口度與上輥成一定孔型，進(jìn)行一道次彎曲，直邊減少至W1；②第二次調(diào)整下輥角度、開口度，進(jìn)行二道次彎曲，直邊減少至W2；③第三次調(diào)整下輥角度、開口度，實(shí)施二道次彎曲，經(jīng)過三次彎曲后剩余直邊寬度由初始的W減至0，從而實(shí)現(xiàn)剩余直邊的完全彎曲。

圖4 小變形多道次直邊彎曲原理

小變形多道次直邊彎曲方法彎曲精度高、適應(yīng)范圍寬，更換規(guī)格時(shí)不需要更換下輥，對于剩余直邊大的規(guī)格通過快速調(diào)整下輥位置就可與上輥形成需要的孔型，再進(jìn)行多道次彎曲，工模具配備數(shù)量低。彎曲成型過程中變形區(qū)域小，線速度速差較小，產(chǎn)品表面無拉傷。

3 實(shí)際應(yīng)用效果

該RBE直縫埋弧焊管生產(chǎn)線于2019年1月調(diào)試成功并順利投產(chǎn)，已連續(xù)安全運(yùn)行兩年，可生產(chǎn)直徑406～1 422 mm、壁厚6～35 mm、單根長度8～12.5 m、鋼級A25～X80的直縫埋弧焊管，每小時(shí)可生產(chǎn)鋼管15～20根，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于API SPEC 5L、ISO 3183—2019、GB/T 9711—2017等標(biāo)準(zhǔn)，充分體現(xiàn)了RBE生產(chǎn)工藝靈活、高效的特點(diǎn)。

4 結(jié)束語

本研究開發(fā)了大直徑、厚壁直縫埋弧焊管的RBE生產(chǎn)工藝，在我國屬首次應(yīng)用，為我國直縫埋弧焊管的生產(chǎn)提供了一種新的選擇。同時(shí)，將在直縫埋弧焊管的生產(chǎn)工藝、裝備制造上做出更多的創(chuàng)新和嘗試，為焊管生產(chǎn)企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提升企業(yè)競爭力提供借鑒。