介升旗，吳鵬飛，陳浩明

（寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司 寶雞專用管公司，陜西 寶雞721008）

焊接擠壓輥造成管體表面缺欠的處理

介升旗，吳鵬飛，陳浩明

（寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司 寶雞專用管公司，陜西 寶雞721008）

為了有效消除高頻直縫焊管管坯外表面的壓痕和劃傷缺欠，結(jié)合高頻焊管機(jī)組焊接擠壓輥的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，分析了焊接擠壓輥造成管坯壓痕或劃傷等表面缺欠的原因，認(rèn)為上擠壓輥輥緣對(duì)管坯造成線狀壓痕或壓坑、側(cè)擠壓輥輥緣對(duì)管坯造成線性壓痕或月牙狀劃傷、下輥輥緣對(duì)管坯造成線性壓痕是造成表面缺欠的主要原因。通過(guò)對(duì)焊接擠壓輥造成管坯表面缺欠原因的分析，提出了相應(yīng)的防止措施。

高頻焊；焊接擠壓輥；壓痕；劃傷

Abstract:In order to effectively eliminate the dents and scratch defects on outer surface of high frequency longitudinal welded pipe billet,combined with the design characteristic of high frequency welded pipe units welding squeezing roller,it analyzed the main reasons for dents and scratch defects caused by welding squeezing roller.The results indicated that linear indentation or dents on pipe billet caused by upper squeezing roller edge;linear dents or crescent scratch on pipe billet caused by lateral squeezing roller edge;linear dents on pipe billet caused by lower roller edge.Through comprehensive analysis on the reasons of pipe billet surface defects due to welding squeezing roller,the corresponding preventive measures were put forward.

Key words:HFW pipe;welding squeezing roller;indentation;scratch

寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司寶雞專用管公司高頻焊管機(jī)組生產(chǎn)外徑為Φ193.7 mm的高頻焊接管坯用于生產(chǎn)熱張力減徑油套管，該機(jī)組焊接擠壓輥采用五輥擠壓，在設(shè)備調(diào)試過(guò)程中管坯經(jīng)過(guò)焊接擠壓輥時(shí)，在管坯外表面造成線狀壓痕或月牙形劃傷等表面缺欠。為了有效消除管坯外表面的壓痕和劃傷缺欠，從軋輥的孔型設(shè)計(jì)特點(diǎn)、安裝精度以及軋輥參數(shù)設(shè)定等方面對(duì)可能產(chǎn)生壓痕和劃傷的原因進(jìn)行了分析，針對(duì)壓痕和劃傷產(chǎn)生的原因提出的了相應(yīng)的防止措施，消除了管坯壓痕和劃傷的產(chǎn)生，提高了管坯的表面質(zhì)量。

1 焊接擠壓輥的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

焊接擠壓輥采用五輥擠壓，上擠壓輥的孔型半徑106.80 mm，側(cè)擠壓輥和下擠壓輥孔型半徑為97.09 mm。上擠壓輥內(nèi)側(cè)逸出角為R1.5，外側(cè)逸出角為R3，側(cè)擠壓輥和下擠壓輥逸出角為R4，上擠壓輥輥縫設(shè)計(jì)為8 mm，上擠壓和側(cè)擠壓輥、側(cè)擠壓輥和下擠壓輥輥輥縫設(shè)計(jì)為4 mm，理想狀態(tài)下管坯經(jīng)過(guò)焊接擠壓后形成一個(gè)正圓，如圖1所示。

根據(jù)上述可以看出，焊接擠壓輥上輥孔型半徑比側(cè)擠壓輥孔型半徑大10%，這樣的設(shè)計(jì)使得上擠壓輥的外側(cè)輥面與理想的圓形管坯斷面形成一個(gè)縫隙，該縫隙通常被稱為“后跟隙”，如圖2所示。 后跟隙的存在使得焊接擠壓時(shí)上擠壓輥內(nèi)側(cè)形成的力要大于擠壓輥外側(cè)受到的力，更有利于焊接擠壓和熔融金屬的排出，同時(shí)減少上擠壓輥在外側(cè)輥緣對(duì)管坯造成壓痕。

圖1 焊接擠壓輥基本尺寸

圖2 上擠壓輥 “后跟隙”示意圖

下焊接擠壓輥的使用能夠減小側(cè)擠壓輥下側(cè)輥緣的直徑從而減少其下側(cè)輥緣位置因和側(cè)擠壓輥中間位置線速度差異而對(duì)管坯造成劃傷。

2 常見(jiàn)表面缺欠及其原因分析

2.1 上擠壓輥輥緣對(duì)管坯造成線狀壓痕或壓坑

2.1.1 擠壓輥、側(cè)擠壓輥孔型半徑的影響

該機(jī)組調(diào)試初期，發(fā)現(xiàn)上擠壓輥外側(cè)輥緣容易對(duì)管坯造成線狀壓痕。上擠壓輥外側(cè)設(shè)計(jì)有后跟隙，正常生產(chǎn)時(shí)上擠壓輥的外側(cè)受力較小，應(yīng)該不會(huì)對(duì)管坯產(chǎn)生壓痕。分析認(rèn)為，后跟隙是理想的圓形管坯斷面條件下，上擠壓輥內(nèi)側(cè)孔型面和理想的圓形管坯剛好接觸時(shí)，上擠壓輥外側(cè)與理想的圓形管坯形成的一個(gè)縫隙。但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中由于軋輥參數(shù)設(shè)定不一定正好調(diào)整到設(shè)計(jì)的尺寸、成型過(guò)程中管坯受力不均勻、管坯存在彈性變形等原因，管坯不可能形成一個(gè)理想的正圓，因此實(shí)際生產(chǎn)時(shí)這個(gè)后跟隙是不存在的，上擠壓輥內(nèi)外側(cè)均和管坯接觸，只是受力大小有差異。當(dāng)外側(cè)受力大時(shí)，就會(huì)在外側(cè)輥緣處產(chǎn)生壓痕。為了減少上擠壓輥外側(cè)對(duì)管坯造成的壓痕，需要增加后跟隙，減少上擠壓輥外側(cè)受力。不同上擠壓輥孔型半徑下的后跟隙如圖3所示，圖3中實(shí)線為孔型半徑小時(shí)的上擠壓輥孔型，虛線為孔型半徑大時(shí)的上擠壓輥孔型。由圖3可以看出，上擠壓輥孔型半徑相對(duì)其側(cè)擠壓輥的孔型半徑越大，則后跟隙越大。

圖3 不同上擠壓輥孔型半徑下的后跟隙

為了有效消除上擠壓輥外側(cè)輥緣對(duì)管坯造成的壓痕，經(jīng)過(guò)和設(shè)備供應(yīng)廠家多次交流討論，最終將上擠壓輥的孔型半徑由原來(lái)為側(cè)擠壓輥孔型半徑的1.1倍修改為1.15倍，即上擠壓輥孔型半徑由106.8 mm修改為111.65 mm，增加了后跟隙。使用新的上擠壓輥生產(chǎn)相同壁厚材質(zhì)管坯時(shí)，采用同樣的工藝參數(shù)，有效地消除了上擠壓輥外側(cè)對(duì)管坯造成壓痕。當(dāng)然，如果上擠壓輥外側(cè)逸出角過(guò)小，也會(huì)造成線狀壓痕。

2.1.2 不同壁厚材質(zhì)的管坯的影響

后跟隙大小不但與上擠壓輥、側(cè)擠壓輥孔型半徑有關(guān)，也與上擠壓輥和側(cè)擠壓輥的位置有關(guān)。同樣的上擠壓輥和側(cè)擠壓輥，上擠壓輥之間的間隙調(diào)整的越小，上擠壓輥越遠(yuǎn)離側(cè)擠壓輥，后跟隙越小，上擠壓輥之間間隙調(diào)整的越大，上擠壓輥越靠近側(cè)擠壓輥，后跟隙越大，如圖4所示。在實(shí)際生產(chǎn)中要合理調(diào)整上擠壓輥之間的間隙。一套機(jī)組要生產(chǎn)不同壁厚材質(zhì)的管坯，生產(chǎn)薄壁管為了保證管坯的穩(wěn)定性，防止鼓包和錯(cuò)邊，需要減小上擠壓輥輥縫；對(duì)于厚壁管，由于成型比較穩(wěn)定，上擠壓輥受力大，熔融金屬排出量比較大，排出的熔融金屬有時(shí)會(huì)受到上擠壓輥的擠壓造成管坯表面壓坑，而且容易在上擠壓輥外側(cè)造成壓痕，因此生產(chǎn)厚壁管時(shí)要適當(dāng)將上擠壓輥輥縫調(diào)大一些，這有利于減少熔融金屬造成的壓坑和上擠壓輥外側(cè)對(duì)管坯造成壓痕。

圖4 擠壓輥位置與后跟隙的關(guān)系

因?yàn)樯蠑D壓輥擠壓時(shí)內(nèi)側(cè)受力大，外側(cè)受力小，擠壓輥受到力矩的作用有一繞著上擠壓輥軸旋轉(zhuǎn)的傾向。如果上擠壓輥軸承磨損、損壞等原因造成軸承間隙過(guò)大，上擠壓輥會(huì)沿著上擠壓輥軸向內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)，如圖5所示。鋼帶強(qiáng)度越大，壁厚越大，軋輥的旋轉(zhuǎn)也越大，這種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致后跟隙變小，上擠壓輥的間隙變小，擠壓力不足，容易出現(xiàn)錯(cuò)邊、上擠壓輥內(nèi)側(cè)擠壓熔融金屬形成凹坑等。出現(xiàn)此類問(wèn)題，要及時(shí)檢查緊固或更換軸承。

圖5 上擠壓輥旋轉(zhuǎn)示意圖

2.1.3 上擠壓輥偏離機(jī)組中心的影響

如果上擠壓輥偏離機(jī)組中心，熔融金屬容易受到上擠壓輥擠壓，造成壓坑。如果壓坑始終出現(xiàn)在焊縫的一側(cè)，對(duì)上擠壓輥中心進(jìn)行整體調(diào)整即可；如果上擠壓輥間隙較小，熔融金屬或者飛濺容易受到上擠壓輥的擠壓造成壓坑，如果鋼帶板型較好，成型也比較穩(wěn)定，焊縫兩側(cè)容易出現(xiàn)熔融金屬造成的壓坑，需要調(diào)整上擠壓輥的間隙。如果鋼帶月牙彎較大或者原料有鼓包時(shí)，焊縫容易偏轉(zhuǎn)或來(lái)回錯(cuò)邊，熔融金屬也會(huì)受到上擠壓輥的擠壓，造成壓坑，雖然通過(guò)成型的調(diào)整能夠減少以上問(wèn)題，但主要從原料板型上考慮解決問(wèn)題。

2.2 側(cè)擠壓輥輥緣對(duì)管坯造成線性壓痕或月牙狀劃傷

如果側(cè)擠壓輥上輥緣或下輥輥緣對(duì)管坯造成壓痕，首先要檢查焊接擠壓后管坯尺寸，如果側(cè)擠壓輥擠壓過(guò)大或上擠壓輥壓下量不足，平橢小于立橢，管坯在上下輥緣部位受力較大，變形嚴(yán)重，容易造成線狀壓痕，而且管坯底部容易形成鼓肚。此時(shí)要根據(jù)測(cè)量的管坯尺寸確定適當(dāng)打開(kāi)側(cè)擠壓輥或?qū)⑸蠑D壓輥適當(dāng)壓下。如果下擠壓輥安裝低于設(shè)計(jì)尺寸，則側(cè)擠壓輥下輥緣受力較大，容易造成壓痕。如果側(cè)擠壓輥中心偏離機(jī)組中心，則一側(cè)的側(cè)擠壓輥受力較大，容易在受力大的側(cè)擠壓輥上輥緣或下輥緣產(chǎn)生線狀壓痕。如果側(cè)擠壓輥下輥緣對(duì)管坯造成月牙形劃傷，一般是由于下輥緣表面劃傷，同時(shí)線速度相對(duì)中間部位較快，和管坯相對(duì)滑動(dòng)造成，主要應(yīng)檢查修磨下輥緣表面劃傷，必要時(shí)應(yīng)檢查確認(rèn)檢查軋輥下輥緣的逸出角、標(biāo)高、垂直度等。

2.3 下輥輥緣對(duì)管坯造成線性壓痕

從設(shè)計(jì)尺寸可以看出管坯經(jīng)過(guò)焊接擠壓輥后，應(yīng)該形成一個(gè)正圓。如果側(cè)擠壓輥沒(méi)有閉合到位或者下擠壓輥安裝高于設(shè)計(jì)尺寸，側(cè)擠壓輥受力較小，下擠壓輥受力過(guò)大，管坯沒(méi)有形成一個(gè)正圓而是形成一個(gè)橢圓，平橢尺寸大于立橢尺寸，在下擠壓輥的輥緣部位受力過(guò)大，形成線性壓痕。除了檢查軋輥參數(shù)調(diào)整是否合適外，還應(yīng)該對(duì)下輥的安裝尺寸進(jìn)行檢查確認(rèn)，確認(rèn)下輥標(biāo)高、水平度是否合適，中心線是否和機(jī)組中心保持一致，其次檢查下輥的輥緣的逸出角是否合適，如果下輥輥緣逸出角過(guò)小，應(yīng)該對(duì)逸出角進(jìn)行修磨。

3 管體表面缺欠的處理措施

管坯經(jīng)過(guò)焊接擠壓輥時(shí)有時(shí)會(huì)在不同部位會(huì)產(chǎn)生壓痕或劃傷，產(chǎn)生壓痕或劃傷的主要原因及相應(yīng)的處理措施見(jiàn)表1。

表1 焊接擠壓輥造成管坯表面缺欠的原因及處理措施

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)擠壓輥產(chǎn)生壓痕和劃傷主要原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)任何一個(gè)參數(shù)都不是孤立的，任何一個(gè)參數(shù)的變化都會(huì)影響其他參數(shù)，例如為了消除側(cè)擠壓輥的上緣對(duì)管坯造成的壓痕而將上擠壓輥下壓，會(huì)造成焊接擠壓力增加，擠壓量變大，對(duì)接形狀變化等。因此出現(xiàn)壓痕或劃傷后應(yīng)對(duì)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行仔細(xì)分析，處理時(shí)一定要綜合考慮各種影響。按照以上方法對(duì)機(jī)組的擠壓輥進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和調(diào)整，消除了擠壓輥對(duì)管坯造成的壓痕和劃傷，管坯表面質(zhì)量光滑。

[1]曹國(guó)富，鄧躍揚(yáng).試論直縫焊管管坯邊緣雙半徑成形[J].鋼管,2002（3）:22-27.

[2]金奎文.解決軋輥劃傷不銹鋼焊管表面的途徑[J].焊管, 1990,13（3）:46-48.

[3]ROBERT K.NICHOLS P E.High Frequency Pipe&Tube Welding[M].USA:Thermaltool Corp.1stEdition，1994.

[4]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)（第一卷）:焊接方法及設(shè)備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2016.

[5]首鋼電焊鋼管廠.高頻直縫焊管生產(chǎn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1982.

[6]褚程國(guó)，王海峰，張新民.高頻直縫焊管軋輥的選材與維護(hù)[J].鋼管,2015（1）:77-79.

[7]劉志儉.ERW直縫焊管成型裝置的發(fā)展[J].鋼管,2007（1）: 1-8.

[8]張雪松，彭玉龍.冷彎成形理論與工藝技術(shù)的發(fā)展[J].金屬世界，2014（3）：26-29.

[9]白連海，朱旭.我國(guó)冷軋管設(shè)備工藝技術(shù)的發(fā)展[J].鋼管，2012（4）：1-6.

[10]白連海.淺談冷軋管機(jī)的發(fā)展動(dòng)向[J].鋼管，1992（2）：31-38.

Pipe Body Surface Defect Treatment Caused by Welding Squeeze Roll

JIE Shengqi,WU Pengfei,CHEN Haoming
（Baoji OCTG Company of Baoji Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,Baoji 721008,Shaanxi,China）

TE973

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.03.013

2016-11-14

編輯：羅 剛

介升旗(1971—)，男，畢業(yè)于西安交通大學(xué)，高級(jí)工程師，主要從事HFW焊管成型焊接工藝工作。