JCOE焊管椭圆度和管径误差的控制

1、摘要：通过分析JCOE双面埋弧焊管的生产工艺特点，包括原材料性能、成型、预焊和扩径的工艺参数对钢管椭圆度和管径误差的影响，总结出：JCOE钢管管端椭圆度0.012D时，椭圆度指标会有明显提高，钢管平均椭圆度一次合格率从原来的85.4%提高到98.46%；钢管管端直径误差（D610 mm）控制在±1.3 mm，管端管径尺寸精度控制也能得到明显改善，管端管径一次合格率从原来的90.56%上升至现在的99.47%。指出了钢管椭圆度调整方案和钢管管端直径误差控制改进办法，以及常见问题产生的原因和改进措施，对提高钢管的椭圆度和管径精度有一定借鉴意义。0 前言 钢管的形状和尺寸精度是油气输送管线

2、质量要求中的重要内容。钢管椭圆度和管径误差是影响现场施工对接施焊的最直接因素。椭圆度好、管径误差小的钢管，在高输送压力服役下的各个方向应力均衡，就能为管线施工提供良好的质量保障。由于原材料、制管工艺等各方面的问题，保证钢管质量工作面临着各种问题需要去研究解决。针对南京巨龙钢管有限公司JCOE钢管生产的现状，笔者采用统计分析、工艺研究、有限元分析等手段，对钢管的椭圆度和管径误差采取的有效改进措施进行了相关介绍，旨在为同行提供借鉴。1 椭圆度调整方案设计 针对椭圆度波动较大的问题，进行了大量数据分析，对原材料性能、成型和扩径等工艺参数进行如下调整。1.1 原材料性能方面的调整钢板的屈服强度是影响钢

3、管成型的重要因素。钢管椭圆度与钢板屈服强度数值见表1，钢管椭圆度与钢板屈服强度关系如图1所示。 从图1可以看出，屈服强度为500570 MPa的钢板，成品椭圆度合格率达到87%，且整体趋势为正比线性分布。但实际成型时，钢板屈服强度很难预测，所以应调整成型的压制参数来适应不同钢级的钢板。对趋势线进行近似计算，以560 MPa作为平均中值，钢板屈服强度每改变10 MPa，椭圆度即变化约1.3 mm。因此，应尽量将钢板屈服强度控制在较小的变化范围内。 最大值与最小值差异t=7-（-8）=15 mm。反映数据离散程度的标准差s=2.18，表示椭圆度稳定性较差。 通过以上分析，对制管所用的钢板，在订购技

4、术条件中应做出明确的规定：屈服强度不低于500 MPa的不同炉批的钢板的屈服强度差异不得大于70 MPa，同一钢板的屈服强度差异不得大于40 MPa。1.2 影响椭圆度工艺参数的调整在生产过程中，对影响钢管椭圆度的有关生产工序如成型、预焊和扩径等工序的工艺参数进行试验和追踪，钢管扩径前、后椭圆度对比情况见表2。根据扩径前后椭圆度对照表绘制出的钢管两端预焊扩径后椭圆度变化情况如图2所示。从图2可以看出，在钢管A端，预焊后椭圆度在010 mm范围内时，扩径后椭圆度合格机率为70%；而在钢管B端，预焊后椭圆度在020 mm范围内时，扩径后椭圆度合格机率可达92%。从变化趋势线可以看出：钢管A端趋势线

5、与扩径后椭圆度5mm处水平线交于7.5mm，表明A端扩径前椭圆度宜控制在7.5mm以内；而B端趋势线与扩径后椭圆度5 mm处水平线交于16 mm，表明B端扩径前椭圆度宜控制在16 mm以内。根据目前的实际情况，重新修改了成型工艺参数，要求成型后（预焊后、扩径前）B端椭圆度在1217 mm，成型后A端椭圆度控制在510 mm。1.3 影响椭圆度的设备方面的调整对有可能影响椭圆度的设备精度和问题进行了排查，发现扩径头在扩径时不能对正钢管，会导致某一方向上椭圆度偏差较大，扩径头偏离示意如图3所示。由于扩径头中心偏离6 mm，致使钢管扩径时横向延展大于纵向延展，从而使得钢管圆度为扁型，约占超标钢管的7

6、0%。通过将扩径机扩径支撑辊垫片厚度从15mm降至9 mm，使夹钳高度降低15 mm，增强扩径机向水平方向扩展的能力，从而改善了钢管大多数呈扁形的情况。1.4采用有限元分析法优化工艺以成型机最大安全压力6 500 t为依据，反推成型模具的曲率，采用Mise应力理论进行有限元分析，得出了一系列计算式。按照计算式计算结果，在计算机上模拟钢管形状，并针对不同的管径、壁厚重新加工最适合的配套模具，并优化工艺参数用于不同规格的钢管成型。图4为不同管径模具的照片。 以准1 016 mm×21 mm为例，采用软件优化后，将模具曲率半径改为R280，图5为采用R280模具的成型示意图，图6为经软件分

7、析后得出的成型后钢管管坯。为了尽量减小成型后管坯的直线段，使管坯尽量接近圆形，适当增加JCO成型的步数，并且对压制的钢管形状进行了计算机模拟。2 管端直径误差控制方案设计对影响管端直径误差的因素进行了理论分析，得出的结论是：钢管的管端误差与成型后钢板延展量有最直接的关系。钢板成型为钢管后，壁厚中性面外侧受拉伸，内侧受压缩。图7为钢板钢管变形示意图。计算钢板工作宽度时，成型后延展与钢管壁厚和钢级有关。壁厚越厚延展越大；钢级越高，延展越大，通过试验可以得出不同钢管成型时的实际延展量。表3为同钢级不同规格钢管成型延展情况测定表。3 现场应用 通过以上方案的实施，JCOE埋弧焊管的椭圆度和管径误差得到

8、了很好的控制，取得了良好的效果。（1）经过生产实践，对钢管的椭圆度情况进行了跟踪检查，并对椭圆度值进行了样本统计，样本标准差s=1.31，较之整改前s=2.18有所下降，表明钢管椭圆度稳定性有所提高。又对椭圆度一次合格率情况进行了对比，发现所有钢管椭圆度都在0.012D以内，显然钢管椭圆度有了明显提高，图8为钢管椭圆度分布情况统计图。（2）按照表3进行钢板工作宽度设定，通过钢管管径误差分布情况的统计分析，钢管的外径误差都精确控制在±1.3 mm以内，钢管的外径误差有了明显的提高。图9为钢管直径误差情况统计分布图。4结论（1）统计分析表明，JCOE钢管管端椭圆度0.012D时，椭圆度指标有了明显提高，钢管平均椭圆度一次合格率从原来的85.4%提高到现在98.46%；钢管管端直径误差（D610 mm）控制在±1.3 mm，管端管径尺寸精度控制也得到明显改善。管端管径一次合格率从原来的90.56%上升至99.47%。（2）应用有限元分析、材料形变理论