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两辊卧式挤压装置在高频直缝焊管机中的应用

更新时间:2016-07-05

高频直缝焊管机用焊接挤压装置有两辊式、三辊式、四辊式和五辊式等多种形式。其中,两辊式挤压装置在中小型焊管机组上应用最为广泛,而且,若以挤压辊内孔中线加以区分,两辊式挤压装置除了传统两辊立式挤压装置外,理论上还应该有两辊卧式挤压装置的形式,两辊立式定轴与转轴挤压装置结构如图1所示。从长期的使用实践看,无论是两辊立式定轴挤压装置,还是两辊立式转轴挤压装置,都存在一个致命缺陷,即施加挤压力时,立式挤压辊孔型上边缘对待焊管筒边缘施加的上压力极小,边缘部分管坯易从辊缝处“逃逸”,形成尖桃形对接,影响焊缝强度[1-5]

1 传统两辊立式挤压装置简介

1.1 两辊立式定轴挤压装置

(1)两辊立式定轴挤压装置的结构。两辊立式定轴挤压装置结构如图1(a)所示。95%以上的焊管机组都是采用两辊立式定轴挤压装置,其工作原理是利用挤压辊上下调节螺母调整孔型对称和使孔型下边缘的高度与轧制底线齐平后,通过双向调节丝杆调整挤压辊辊缝间隙至理论辊缝值,并借助底座上的横向调节螺母调整挤压辊孔型与轧制中线对称;然后调整拉板螺杆,使挤压辊上下辊缝一致;最后锁紧螺帽,完成挤压辊的初步调整;进一步调整则要依据管坯进入挤压辊孔型后的实际状况实施精调整。

图1 两辊立式定轴与转轴挤压装置结构示意

(2)两辊立式定轴挤压装置的优缺点。挤压装置是用来安装焊接挤压辊并借助挤压辊对被加热至熔融状态的待焊管筒两边缘施加挤压力,实现焊接目的。装置的优劣对焊缝品质具有举足轻重的作用。两辊立式定轴挤压装置的优点是,挤压辊调整操作方便、易找正,与拉板配合后,可以对焊缝施加强大的挤压力。但是,缺点也很致命。在施加挤压力时,根据挤压力在圆弧面上的作用规律[6]和有限元分析可知,该力对管面各部位的作用效果不尽相同。两辊立式挤压辊孔型施力分析如图2所示,以管坯边缘A点的挤压力FA为研究对象,FA转化为沿孔型切线方向的切应力FA′和法线方向的应力FA″,其分别由公式(1)~(2)定义。

图2 两辊立式挤压辊孔型施力分析

在公式(1)~(2)中,β是挤压辊上压力的压力角,β=arccos(δ/R),当挤压辊孔型半径R确定之后,压力角β随辊缝间隙δ(单边)的减小而增大,由于R∧∧δ,所以β通常接近90°。这样,由挤压力派生的、指向圆心的法向应力FA″必然很小,这对迫使管坯边缘实现平行对接的工艺目标十分不利;与此同时,管坯边缘会随切应力FA′的增大而加大从辊缝“逃逸”的量,形成尖桃形焊接,降低焊缝强度。

1.2 两辊立式转轴挤压装置

(1)两辊立式转轴挤压装置的结构。两辊立式转轴挤压装置结构如图1(b)所示,该装置的工作原理是,当挤压辊被紧固到轴上后,轴便可随挤压辊在滑块内自由转动;施加挤压力由双向调节丝杆完成,横向对中则由双向调节螺套完成;两挤压辊对称性调整与高度调整,一靠转轴纵向相关台阶长度尺寸精度,二靠挤压辊几何尺寸精度,三靠加减垫片。

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(4)辊缝调节功能。挤压辊辊缝调节的实质是调整挤压力,通过装置上挤压力施力螺杆实现焊接挤压力的增减。

然而,两辊卧式挤压装置,不仅具有两辊立式挤压装置的全部优点,而且不存在传统两辊立式挤压装置的致命缺点,同时能直接增大焊接用上压力,使上压力与挤压力高度统一。

2 两辊卧式挤压装置

2.1 两辊卧式挤压装置的结构与功能

两辊卧式挤压装置是建立在全新概念基础上的新型两辊挤压辊装置,是由挤压辊机架总成和卧式挤压辊两部分组成,两辊卧式挤压装置结构如图3所示。

图3 两辊卧式挤压装置结构示意

两辊卧式挤压装置主要有6大功能。

(3)增加有效挤压力。有效挤压力是指在克服管坯回弹后,只要能将加热管坯边缘氧化物挤出并实现相互结晶的力,超过这个挤压力,就会有部分原本用于焊接结晶的高温熔融金属被挤出,反而降低焊缝强度。从焊接理论上讲,如果施力方式正确和两焊接面能平行对接,那么,挤出熔融金属面上的氧化物达到焊缝强度并不需要很大的力。当施力方式不正确时,如立式挤压辊遇到待焊管筒边缘呈V形对接,由于其不能有效地控制待焊管筒边缘实现平行对接,为了弥补这种缺憾就加大挤压力[8];可是,从公式(2)可知,加大的挤压力只有极少部分转化成上压力,绝大部分都用到减径上去了,这从大挤压力往往伴随过大减径量和过多内、外毛刺得到证明。而卧式挤压辊面对V形对接管坯的控制方式是,先把待焊管筒边缘V口强制压成基本平行对接,而后再焊接;同时,直接从管筒边缘上面压迫管坯边缘达到平行对接,并不需要过大的挤压力,这样,挤压辊所增加的挤压力几乎百分百用于达成工艺目标。

(1)横向整体移动功能。在保持挤压辊对称性不变以及与焊管和焊管机组相对状态(偏转角度、辊缝、挤压力、轧制标高等)不变的前提下,满足卧式挤压辊对轧制中线作横向调整的需要。

[20]芭芭拉·德·唐诺·斯福尔扎:《比较法中的代理》,载《私法学说汇纂(民法)》1997年(第16卷),都灵:UTET出版社,第291页。

(2)上下整体移动功能。借助图3所示的装置上下调节机构13实现挤压辊上下整体实时移动,该种移动是在保持两挤压辊对称性、辊缝、角度、挤压力、轧制中线等不变的情况下实现的,动态调整与静态调整均不受限制,这是两辊立式挤压装置所不具备的。在立式挤压装置中,若需要在动态下对挤压辊进行轧制底线高度的调整,只能先调一个,而后再调另一个,但是,这样必然破坏孔型原有对称格局,势必产生废次品管,所以通常这类调整都需要停机进行。

V形口管坯边缘被开始压平的距离为:

(2)两辊立式转轴挤压装置的优缺点。优点是结构紧凑,轴承不易被污染,精度保持时间长,使用寿命长。最明显的缺点除了与两辊立式定轴挤压装置相同外,还有挤压辊受力后易产生仰角,形成挤压辊辊缝上大下小,既影响实际挤压力的判断,更加剧焊缝形成尖桃形焊接,影响焊缝强度。这种结构形式的挤压辊装置无法使用拉板,故大多应用在Φ50 mm以下、壁厚不超过2.0 mm的焊管机组,现已较少应用。

由于卧式挤压辊前的立辊不存在导向环,所以不计回弹时Δb的最小值为0。在公式(3)中,机组的L为定值,通过控制Δb值,就能根据工艺需要控制开口角大小,这是以往任何焊管机组都不具备的功能。

(6)焊接开口角调节功能。开口角是高频焊接三要素之一,其重要性不言而喻。使用卧式挤压辊后,就不再需要导向辊及其导向装置了,控制开口角的任务改由精成型末道立辊来完成,从而真正实现开口角α根据工艺需要随时可调可控。两辊立式挤压辊和卧式挤压辊开口角可控性比较如图4所示,从图4(b)可知:α′≤α≤α″,开口角α由公式(3)确定[8]

(3)工匠精神与高校党建思政研究工作融合的发展方向是改革创新、与时俱进。理论创新的基础上是中国经济社会改革和发展中的特色、亮点和成果。反之,理论创新又不断推动社会改革的深化和发展。理论研究是为了发现未知、探索未来,必须坚持解放思想,开展创新性研究,体现理论的探索性和创新性。在党建和思想政治理论研究中,要大力弘扬求真务实精神,树立强烈的问题意识和创新意识,不断研究新问题、探索新情况、总结新经验、进行新概括,积极回答高校附属医院工作实践中迫切需要解决的重大问题,不断丰富和完善党建理论。

式中α′——最小开口角,(°);

α″——最大开口角,(°);

b——精成型末道平辊导向环厚度,或是精成型末道立辊处管筒开口宽度,mm;

3.1 教学目标达成度 工作坊教学模式突出了学生学习的主题性以及教师在学生学习过程中的主导性,提高了学生课程学习的参与度,并激发了学生自主学习、合作学习的兴趣,培养了学生的持续学习能力,增强了学生实践操作技能、独立分析问题与解决问题的能力,教学效果明显。

l——导向辊与挤压辊中心距,mm;

Δb——变化的待焊管筒开口,mm,Δb=0~b;

L——末道精成型立辊与挤压辊的中心距,mm。

(5)孔型对称性调节功能。图3所示的挤压辊轴左端螺纹与辊架上滑块的内螺纹配合,左旋或右旋轴端的四方头,就能使挤压辊轴向右或向左水平移动,继而带动轴上的挤压辊同步移动,实现挤压辊孔型的对称性调整。

图4 两辊立式挤压辊与卧式挤压辊开口可控性比较

(4)卧式挤压装置结构稳定。卧式挤压装置的挤压辊轴在轴向和径向均被有效约束,不存在自由端,管坯受到的挤压力均等。而立式挤压装置的挤压辊轴只有一端被约束(未使用拉板),当挤压辊受到张力作用后,轴自由端势必或多或少发生位移,形成如图8所示的两辊立式挤压辊仰角θ;一旦挤压辊轴出现仰角,就说明管坯受到的挤压力呈现下大上小分布,管坯上部挤压力仅是下部挤压力在克服下部管坯减径张力后的产物,形成表观挤压力很大,而有效挤压力却不大的现象。这也从另一个侧面证明,只要施力方式正确,有效的焊接挤压力并不需要太大[10]

图5 开口角与导向环磨损的关系

2.2 两辊卧式挤压装置的优点

(1)确保焊缝平行对接。获得优质焊缝的前提是,待焊管筒两边缘在平行对接状态下进行焊接。仍以管坯边缘A点的挤压力为研究对象,从卧式挤压辊孔型对焊管所施挤压力fA和管坯边缘接受到的上压力fA″看,二者在方向上高度一致,在数值上十分接近[9]。两辊卧式挤压辊孔型施力分析如图6所示。

图6 两辊卧式挤压辊孔型施力分析

当施力点A愈接近管坯边缘,θ→0°,即避空槽宽度2δ很窄时,管坯边缘受到来自卧式挤压辊孔型的上压力fA″≈fA,这对控制管坯边缘实现平行对接意义非凡,说明卧式挤压装置用挤压辊孔型约束管坯边缘往外“逃逸”的能力比立式强得多,待焊管筒边缘被上挤压辊孔型避空槽的边缘牢牢控制住,无论挤压力大与小始终被强制处于平行对接状态,从根本上消除了不平行对接的可能性。

(2)调整灵活,功能齐全。卧式挤压装置中的挤压辊既能作整体上下、左右及绕轧制中心线±90°偏转的适时调整,又可各自独立地进行动态微调,施力大且直接,无仰角,也不存在上下辊缝不一致的情况,焊接稳定性更好。

十八年过去,年轻的大梁再次站到我的面前。我又揉揉眼睛,身子欠到前面,睁大双眼盯着他。一样的国字脸,鼻梁笔挺,眼睛清亮,左耳残缺了半个月亮,——这是我的狼剩儿啊!我找了十三年,唤了十三年,想了十三年,娘到底还是把你找到了!我僵直地坐在那儿,眼泪直往下淌。

(3)整体偏转功能。在焊管生产实践中,尤其是生产异型管,对焊缝位置都有严格要求。当要求焊缝位置偏离轧制中线竖直平面,就需要从出导向辊的待焊管筒开始偏转,经挤压辊一路偏下去,直至定径整形结束。可是,立式挤压辊装置没有偏转功能,偏转后的焊缝将导致其中一个挤压辊孔型上边缘部位不得不正对焊缝上最热部位,导致一侧的立式挤压辊孔型上边缘烧损,形成焊缝错位。而卧式挤压辊能够凭借蜗轮蜗杆偏转机构随挤压装置整体偏转,使上挤压辊孔型面上的避空槽恰好追踪焊缝最热部位,从而既避免孔型被烧损,又能实现焊缝大幅度偏摆的需要[7]

式中S——V形口管坯边缘压平开始点与挤压辊中心连线的距离,mm;

何良诸不相信对方的话。赵集把他弄到井下,干什么?要解开这个谜,就得知道他们俩是咋回事?何良诸不接茬,太主动,反倒让对方多心,让他们自己往外吐。沙哑嗓子告诉何良诸,他是盗墓的,一心要发掘出琥珀铭文,却错挖了工亡矿工的坟,被矿工们发现,差点把他打死,押到这废井里来了。

r——卧式挤压上辊避空槽凸缘半径,mm;

Δ——存在V形口的待焊管筒边缘处的“直径”与平行对接后的待焊管筒直径之差,mm。

管坯边缘V形口被提前压平的距离S与高度差Δ如图7所示,存在Δ高度差的待焊管筒V形口边缘,首先被挤压上辊孔型中的槽边提前S开始轧压并逐渐轧成平行对接。若管坯边缘存在1.5 mm的翘曲,且挤压辊避空槽处的半径r为70 mm,则根据公式(5)可知,翘曲的管坯边缘是在距焊合点14.4 mm处开始被压下,直至汇合点被完全压平。

图7 管坯边缘V形口被提前压平的距离与高度差Δ示意

事实上,在立式挤压辊装置条件下,开口角α由导向环厚度b(图4a)和管坯回弹量决定,无法真正进行人为干预:导向环厚度未磨损和管坯回弹较大时开口角就大;随着导向环厚度磨损减薄与间隙控制,开口角逐渐自然变小,而非依据工艺需要调整开口角。立式挤压装置条件下开口角的变动规律如图5所示,因此,在传统立式挤压辊装置条件下讲调整开口角,其实盛名难副。

图8 两辊立式挤压辊仰角θ示意

(5)降低能耗与提高成材率。待焊管筒实现平行对接焊后有两个显著好处:边缘加热宽度和传热深度都不需要那么宽、深,这样可以缩短加热时间,提高焊接速度,降低单位电耗;没有非必要的金属挤出,内外毛刺变小,成材率高。生产统计证明,同型号机组,使用卧式挤压装置的机组所产生内外毛刺量比立式挤压装置的机组低35%左右。

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(6)管筒不会被挤压辊孔型边缘咬伤。在立式挤压辊的焊管生产工艺中,挤压辊孔型上下边缘极易“咬伤”待焊管筒上边缘与底部;而在卧式挤压辊生产条件下,通过调整末道精成型立辊,可以在不减径的前提下,将待焊管筒横向尺寸调整到小于卧式挤压辊孔型的开口,实现“大孔型”迎接“小管坯”,这样就从根本上解决了挤压辊孔型“咬伤”待焊管筒的缺陷[11-15]

(7)解决导向环厚度与管坯厚度的矛盾。根据高频焊接电流的临近效应原理,焊接厚壁焊管时,希望有一个小开口角,以便在同一时间内获得更高焊接热量,这就要求决定开口角大小的导向环厚度尽可能薄一点;但是,从确保导向环强度和使用寿命的角度看,又希望导向环厚度尽可能厚些,不过,依据公式(3)和图4(a)所示,这样必然会增大开口角。

然而,使用卧式挤压辊后,由于在原导向辊处不存在导向辊与导向环,控制开口角的任务改由末道成型立辊完成,并可实现开口角在α′~α″按需调节,从而彻底消除了导向环厚度、管坯厚度与焊接工艺之间的固有矛盾。

他是一个不知道自己有什么弱点的人,比如他说话时结巴,可他自己不知道,或者说他从来没有承认过这一点,他的妻子萍萍是一个漂亮的女人,留着很长的头发,不过大多数时间她都是把头发盘起来,她知道自己的脖子很长很不错,她有时候穿上竖领的衣服,她的脖子被遮住了大半以后,反而更加美妙了,那衣服的竖领就像是花瓣一样。

3 应用实例

广东省江门市俭美实业有限公司在其小范围成功试用两辊卧式挤压装置后,于2015年初将其中的9条Φ32 mm、2条Φ114 mm焊管生产线用挤压装置全部由立式改为卧式。使用结果显示,该企业2014—2015年的产品结构变化不大,可是改进后,以焊缝强度为标志的焊管品质显著提高,以内外毛刺去除量为标志的材料消耗大幅减少,以每吨耗电量为标志的能耗指标明显降低,卧式、立式挤压装置应用效果比较见表1。

4 结 语

两辊卧式挤压装置无论在功能、作用和应用效果方面,都是两辊立式挤压装置无法比拟的。卧式挤压装置不仅适用于小型焊管机组,对大中型焊管机组同样适用,应在焊管行业全面推广。

此刻,他更愿意相信是神明降临在了骸骨的身上,以之作为媒介,来下达神谕。直到这时,他才猛地意识到,神明真的到来了。

阿箬笑意愈浓,颇为自得:“大阿哥是富察诸瑛格格生的,诸瑛格格早就弃世而去,那就不提。福晋主子生了二阿哥,将来自然是皇后,但得不得宠却难说。苏小主有了三阿哥,却和高小主一样,是汉军旗出身,那可不行了。”

表1 卧式、立式挤压装置应用效果比较

装置立式挤压装置(2014年)焊缝强度正压扁开裂抽查数 次品数 不合格比率/%14 625 169 1.16侧压扁开裂抽查数 次品数 不合格比率/%14 625 182 1.24内、外毛刺去除比率/%平均电耗/(kW·h·t-1)1.05 48.3卧式挤压装置(2015年)降幅/%12 786 107 0.84 27.59 12 786 119 0.93 25.00 0.68 42.7 35.23 11.60

5 参考文献

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[11]曹国富.方矩管孔型的纯角设计[J].焊管,2009,32(10):43-47.

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[15]蔡锋,王成军,桂永孚.方矩形管内接孔型设计方法[J].钢管,1998,27(4):19-24.

●简 讯

天津钢管集团股份有限公司取得TR550RD系列高端工程机械用管首批订单 [发布日期:2017-12-06] 日前,天津钢管集团股份有限公司取得三一集团有限公司TP550RD系列高端工程机械用管首批订单。TP550RD系列高端工程机械用管主要用于三一集团有限公司研发工程作业难度、强度和使用寿命均具备世界领先水平的第五代“王牌钻杆”,对于原材料的机械性能、尺寸精度要求极高。

(摘自:TPCO天管在线)

天津钢管集团股份有限公司实现16Mo3钢管的大批量供货 [发布日期:2017-12-01] 近日,天津钢管集团股份有限公司成功实现了16Mo3新钢种的控轧工艺生产,并完成Φ51 mm×5 mm、Φ102 mm×12 mm、Φ114 mm×14 mm等规格产品的大批量供货,产品性能合格率达100%。16Mo3新钢种用于清洁型发电锅炉装备的核心工作部件,具有优良的耐热性以及抗腐蚀性能,该钢种适用产品规格多,但厚壁产品与薄壁产品性能偏差大,性能控制成为技术关键。

(摘自:TPCO天管在线)

渤海装备华油钢管有限公司实现X80钢级Φ1 219 mm×22 mm螺旋缝埋弧焊管首次大批量工程应用 [发布日期:2017-12-27] 渤海装备华油钢管公司完成X80钢级Φ1 219 mm×22 mm螺旋缝埋弧焊管5.7万t供货,实现22 mm壁厚X80钢级螺旋缝埋弧焊管首次大批量工程应用。X80钢级Φ1 219 mm×22 mm螺旋缝埋弧焊管主要应用于石油、天然气长距离、高压输送管道的建设,具有输送效率高、成本低、强韧性高、可焊接性强、性能稳定、安全可靠、使用寿命长等特点。

曹国富,曹丽珠
《钢管》 2018年第01期
《钢管》2018年第01期文献

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