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焊管成型装置及技术的发展

焊管成型装置及技术的发展

来源:2205双相钢焊接管发布:2020-05-07 21:52:19类别:不锈钢行情

焊管成型装置最早的时候是采用链式拉拔的方式,后来美国创造出了辊式成型,其轧辊布置的形式是最初的平、立辊交叉式,小口径的焊管由此产生。后来不断改进发展成为平、立辊+立辊组相结合的形式,被称作半排辊式成型。美国托伦斯(Torrance)公司于1960年制造了1台半排辊式成型机组,用于生产规格为508-1270mm的电焊管,由此揭开了排辊式成型的序幕。提高成型质量和表面质量是原始排辊式成型的目的所在,美国最早制造出用于生产大中直径的薄壁焊管,范围在168.3-508mm610mm排辊式成型机组。

日本于20世纪60年代制造了一套能生产457.2-1219.2mm、壁厚达23mm的排辊式成型机组,70年代的后期又制造了1660mm的排辊式成型机组,产品最大外径可以达到660.4mm,厚径比(T/D)<1%,壁厚最小为6mm。排辊成型经过几十年的不断完善、发展、进步,不仅能生产薄壁也可生产厚壁焊管。法国610mm的焊管机组所生产的产品,壁厚可以达到20.6mm。全排辊式成型方式,其头尾部分仍是辊式成型,只是在中间大部分采用排辊式成型。

20世纪70年代,我国西安重型机械研究所和锦西钢管厂联合研制200-500mm的排辊式成型焊管机组,已完成部分图纸设计。但是也为后来锦西钢管厂,在1986年的时候,从德国引进的508mm排辊式成型机组提供了一定的技术支持。张家口某厂在1985年的时候,从德国引进114mm排辊式成型焊管机组,后来改造成为165mm219mm的排辊式成型焊管机组。在1992年的时候,西安重型机械研究所与北京钢铁设计研究总院联合,共同研制了114mm排辊式成型焊管机组生产线为莱阳钢铁公司。同时我国于2000年前后,开始610mm排辊式成型焊管引进于研制工作。我国引进的典型HFW焊管机组。

我国从1985-2006年间,共引进HFW焊管生产线20余条,HFW焊管机组生产的规格,也是涵盖了φ114-660mm。无论是从成型技术方面,如排辊成型的几种典型机组(Cage Forming)、CTATBS以及(Edgestraight Forming),以及典型的成型方式,还是从焊接技术反面来看,都从国外引进;从设备方面,如活套、铣边机、飞锯、水压机、超声波探伤等检测设备也引进了国外先进设备。

成型技术经历了从传统成型——排辊成型——FFX成型3个阶段的技术进步,早期人们主要依据经验,进行成型机组及成型轧辊的设计。70年代开始转从塑性成型的形变规律入手,研究轧辊的配置及辊型面的设计。80年代以后,又与计算机模拟技术结合,提出了以冷滚轧成型过程中金属塑性变形计算机模拟分析为基础的优化CAD方法。

日本东京大学的M.Kiuchi教授,应用此方法提出了优化CAD流程,它可以根据预定的带材机械性能、成型管坯的规格、钢级、辊型配置(辊数及间距)前提下,由计算机按预定程序,对每一成型阶段金属塑性变形情况作出模拟,并作出塑性变形量及能量的分析,然后按照某些临界条件,通过反复修正,最后得出最佳辊型配置及辊型设计。日本于1983年开始在焊管变形过程中的分析研究中运用CAD系统。80年代后期,人们进一步运用有限元方法研究滚轧成型过程,出现了如笼式排辊成型、FFE成型等新的成型方法。90年代后期,开发设计人员总结了多年设计成型机的经验教训,首次应用以有限元数值仿真(Numerical Simulation based on FEM)为核心的计算机辅助工程技术(CAEComputer Aided Engineering),1995年在焊管的变形过程研究中运用FEM模拟技术,在对HFW焊管成型工艺进行科学和系统分析的基础上研制出了FFXFlexible Forming Excellent)成型技术。

FFX轧机的设计是通过最先进的CAD/CAE系统来完成的。这些高新技术还为用户提供可靠的技术服务,最大限度地发挥FFX轧机的性能优势。FFX成型工艺是建立在有限元分析的基础之上的,通过与东京大学的共同研究,日本中田制作所开发了以大变形弹塑性有限元为核心的轧辊成形模拟系统。这是世界上第一个也是目前最高水平的轧辊成形模拟系统。通过这一系统可以得到成形工艺设计以及机械强度设计所需的必要数据。这一系统的一部分也被组入为用户提供的配套软件中,使用户可以随时预测和掌握成形条件与成形结果的关系。通过该系统,可以使工艺人员、设备设计人员事先得到高精度的形状预测。通过有限元分析可以得到材料内部详细的应力、应变分布,使辊轧成形成为一个看得见的世界。当今先进的成型机组,都安装了机架测力传感器和成型辊位置传感器。

高频电阻焊作为最主要的生产焊管的方法,其焊接速度的提高,使用寿命的增加,电效率的提高,能耗的降低,工作过程的稳定性提高,为生产技术要求较高的油井管和油气输送管等高品质管材提供了技术保障。

几十年来,焊管技术发展的主要内容之一是热处理工艺的发展。为了改进焊缝区的机械性能,特别是合金钢焊管的低温韧性等使用性能,使焊缝区组织更加细化,接近母材,焊缝趋于无缝化,采用在线中频热处理工艺。焊后在线中频感应设备国外于80年代初即以成熟,国内也早有引进。

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