JCO成型技术.doc

直缝焊管成型技术-JCOE现代UOE机组的能力大，产量高，适合单一规格大批量生产。但是投资过高，全套生产线现行价大约15亿元人民币，一般发展中国家很难承受；同时，这种工艺在生产小批量、多规格的钢管时灵活性差，调整时间长，成本高。因此，为了减少对成型机压力的要求，人们尝试将UO成型的步骤分解进行。现代数控技术和伺服控制技术的结合产生了数控折弯技术。采用数控折弯技术可将管坯的成型过程分解为更多的步骤进行，将一次模压成型变为多步弯曲成型，每步只对钢板的一小部分进行弯曲，从而大大减少了成型需要的压力。在此基础上诞生了渐进式JCOE制管技术。渐进式压力成型工艺（progressive forming process，缩写为PFP）最早出现于20世纪60年代。这种压力成型工艺最初由日本钢管公司开发，采用2台相向的压力机完成钢管管坯的成型，在法国Belleville钢管厂率先投入使用，至今已有近50年的历史。1996年，德国SMS MEER公司提出用1台大型压力机上弯曲成型大直径直缝焊管的新构想，并与1998年为印度WELSPUN工厂建设了一条JCOE直缝焊管生产线。该生产线自动化程度高，生产效率始终，产品质量稳定，取得了较好的示范效应。随后SMS-MEER公司在世界各国推广建设了10多条JCOE生产线，均取得了成功。JCO成型方式的最大特点是其压力机与UO成型工艺相比，采用1台吨位较小的压力机替代了U成型机和O成型机，通过多步模弯的方式，完成管坯的成型。生产方式灵活，既可生产大批量的产品，也可制造小批量的产品；既可生产大口径、高强度、厚壁钢管，也可生产中口径（406mm）、厚壁钢管。年产量可达1015万吨。这种成型方式对中等规模的企业是十分合适的，近几年来在世界上得到了广泛的认可，已在德国、日本、中国、印度和印度尼西亚等国获得成功应用，成为现代直缝埋弧焊管机组的直流成型技术之一。JCO成型过程.压力机配有一个带较长圆弧段的上模和两个带弧面的下模，首先使钢板的一半按设定的步长横向进入成型机，从钢板的一侧开始（让开预弯区）在压力机上下模之间压弯成预定的曲率，使钢板的一半先成为为横卧的“J”形，随后上模抬起，钢板由行进机构推进，使其未成形的一边到达模具下方进行另一半的多步逐段弯曲，形成横卧的“C”形管坯。最后在“C”形管坯中间进行最后一次弯曲，使横卧的“C”形管坯开口缩小，成为开口的“O”形管坯，即完成一个JCO成型过程。JCO成型工艺特点.现代化JCO成型机是采用计算机自动控制的步进式模压成型机。在整个成型过程中，上下模具以进出料机构的运动均采用计算机控制，可根据不同的钢级、壁厚、板宽自动调整压下量、压下力合钢板进给量，同时上下模具有补偿变形功能，有效地避免了模具变形对成型所造成的不良影响，保证了钢板压制过程中全长方向的平直度。成型时进料步长均匀，保证了管坯圆度和焊接边的平直度。现代化JCO成型的特点如下：1.JCOE生产线与常见的UOE生产线相比，其差别是用1台JCO成型机替代了UOE生产线的U成型机和O成型机。通常在JCOE生产线上配备2套内、外焊装置及1台机械全长扩径机，即可满足正常生产节拍要求。2.钢板由数控系统实现理想的变形，钢板各部位变形均匀，没有明显的应力集中。3.钢板在成型至扩径过程中始终受拉伸，没有UO成型时钢板所受的拉伸-压缩的反向受力过程，包伸格效应小，材料的强度得到充分利用。4.由于JCO成型时模具与钢板几乎没有相对滑动，模具所受的载荷和磨损都比UO成型小得多，因此模具损耗小，寿命长。5.UO成型工艺采用的是模压方式，因此O成型的模具采用两组半圆形状的模具组合而成，不同管径的钢管需要不同的模具，需要的模具数量和质量都很大。而渐进式JCO成型工艺采用的是渐进折弯成型方式，每步只对一小部分钢板进行弯曲成型，不必每种管径都配备一种模具，因此需要的模具数量和质量都少得多，对相同的管径范围而言，JCO成型模具的总吨位不到UO成型模具的5%。6.成型过程的氧化皮脱落少，容易清洁，对焊接质量影响小。JCOE焊管机组新技术的应用.我国已建成的现代JCOE生产线配置了全板宽超声波探伤机、浮动式高精度铣边机、压力机式预弯机，多轴数控JCO成型机、大功率连续式预焊机、四丝和五丝自动跟踪内外焊机、机械式全管扩径机、水柱耦合式超声波探伤仪等先进设备。采用渐进式JCO成型工艺应注意的问题1.精确调整成型机上横梁的同步运行和下横梁的动态补偿，有效地补偿折弯过程中模具的弯曲，保证管坯两边的直线度和平行度。2.由于管体的约束效应，采用小试样模拟实验获得的数据进行整板成型时，对上模的压下量应进行适当的修正。3.钢板弯曲过程的弹复量是影响成型尺寸的重要因素，由于弹复的存在，实际弯曲效果一般小于理论计算值。弹复量与钢板的强度、厚度以及弯曲半径大小有关，在确定成型参数时，应充分考虑弹复量的影响。4.预弯和成型工序主要是保证板边的变形和直线度以及管坯的整体圆度，以保证预焊和精悍的质量；而钢管的整体尺寸和形状精度主要由扩径工序保证。应合理选择压制道次，压制道次过多会影响成型效率，过少会影响成型质量。FFX(flexible forming excellent)成型技术是中田制作所（NAKATA）于20世纪90年代后期，对直缝焊管成型工艺以及对各类辊式和排辊成型技术进行科学系统分析，建立了合理的成型理论后开发出来的。FFX成型技术继承了FF成型（日本中田制作所在原有排辊成型技术基础上，演变和派生出的机型）技术，在变形量分配方面借鉴了辊式成型的大变形特点。配有5架平辊、4架立辊、2架精成型、1架挤压机架。成型方法为多步整体弯曲成型，每次弯曲到接近焊接半径，分5个初粗成型到此逐步从边部向钢带中心弯曲，每段弯曲约1/10钢带宽度。为了采用共用孔型，轧辊曲线采用具有连续曲率变化的近似渐开线。因此每次弯曲段的曲率为非均匀。经立辊群后形成不均匀曲率的近似圆形，经两架精成型均整进入焊接机架。该系统为非连续成型过程，存在钢带边缘拉伸的趋势，为了降低成型高度，采用了W式成型方式。其中5架平辊和4架立辊均为公用轧辊，对不同规格钢管不需要更换轧辊，仅需要调整。克服了辊式成型轧辊数量多，换辊时间长的缺点。FFX成型技术的先进性和主要特点1.FFX成型机能产生钢级更高、管壁更薄和更厚的钢管。由于FFX成型技术的变形以水平辊为主，而且粗成型后端的立辊也无需使用内辊来控制变形。因此设备结构具有柔软和刚性兼备的特点，容易实现高强度和高刚度，可以稳定地生产219mm以上、D/t=10100、钢级达到P110的高品质焊管。如610FFX成型机，不仅可生产219mm2.5mm和610mm6.0mm的薄壁焊管，也可生产219mm16.0mm和63022mm的厚壁焊管。这些产品用排辊成型工艺是很难生产的。2.FFX成型机的水平辊和立辊做到完全共用。在FFX成型技术中，将渐开线轧辊形状和卷贴辊弯方法有机地结合在一起，使水平辊和立辊做到完全共用。例如610FFX成型机，焊管产品尺寸范围为（219630）mm（2.522）mm，只需要共用一套轧辊。这是目前世界上唯一实现了粗成型轧辊完全共用的成型技术。降低用户轧辊的费用，也简化了轧辊的使用和管理。3.变形量分配合理，成型工艺稳定。在粗成型阶段，采用水平辊为主的大变形方式，使开口管筒侧面的曲率接近成品焊管，精成型变形量小，这种合理的分配变形量，使成型稳定，克服了排辊成型由于变形量分配不合理而造成焊管缺陷的隐患。4.降低设备投资。由于粗成型水平辊对带钢的变形充分，传动力矩也大，因此在FFX成型机组中，精成型机架数量减少到2架，生产圆管时定径机只要3架。和排辊成型机比较，精成型机家数量和定径机架数量各减少一架，降低了设备费用。5.采用连续弯边成型法，为高频焊接创造最佳的条件。FFX成型技术由于采用连续弯边成型法，充分利用水平辊和立辊各自的成型特点，使带钢断面无变形死区，更重要的是有效地客服了忧郁带钢厚度和强度变化而使变形不充分的弹性回复现象，提高了成型的准确性和稳定性。粗成型后带钢边部完全塑性变形，并且开口管筒边部的曲率和成品管体很接近；精成型变形量小，不会改变粗成型后开口管筒的形状，为高频焊接创造了最佳的条件。6.提高了焊管质量。与排辊成型技术相比，FFX成型技术还在以下两个方面提高了焊管质量：首先，在粗成型后由于开口管筒边部的曲率和成品管体很接近，不会再精成型阶段和挤压辊挤压阶段产生错位，即使对于高强度、厚壁焊管，在精成型后带钢边部的两个侧面基本达到平行（而非正V形或倒V形）对接，挤压后再焊管内外表面形成均匀的毛刺，有利于毛刺的挂出。同时在高频焊机前可以采用较大的V形焊接角度，有效地防止灰斑等焊接缺陷。其次，由于采用连续弯边成型方法和独特的轧辊孔型设计，带钢断面的热河部位，在粗成型中最多只承受一次变形，并且变形过渡衔接得很好，不易出现某一部位因多次受到轧辊的压力而产生局部剪薄。因此变形均匀，内应力小，提高了焊管内在质量。综上所述，FFX成型技术综合了传统辊式成型和排辊成