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焊管史話之對接焊管工藝的擴展

Whitehouse 對接焊管工藝雖經過多次改進,鋼管外徑仍然限制在3 in以內。美國的油井管和管線管市場快速催生了由對接焊管和搭接焊管方漢組合的對接一搭接焊管工藝,可以生生產鋼管的外徑擴展到16 in以上的鋼管需求很小,這類大直徑鋼管仍沿用僅經過微小改進的傳統搭接焊管生產工藝。

約在1910年,一種叫氧乙炔焊接的工藝初次出現。與早期的熱加工鋼管工藝不同,它屬于冷加工,所以此方法尤其適用小直徑、薄壁鋼管的生產。
1 中直徑鋼管的對接-搭接組合工藝

如果鋼管外徑或板帶寬度超過了一定的范圍,使用 Whitehouse 的對接工藝法就很難操作,且不能保證鋼管質量。當鋼帶加熱到接近熔點后進行拉拔,在鐘形模內鋼帶邊緣容易向內塌陷變形而難以進步行正常的對接焊接,并且鋼帶經常被撕裂。雖然采取了一些措施,但是效果不穩定,不能廣泛應用。鐘形模生產的實際鋼管極限外徑大約為3 in。

解決此問題的方法是把對接焊管與輥式搭接焊管法結實起來形成新的組合工藝。新工藝主要的突破在于焊接前先進行預成型。制管鋼板加熱到相對較低的溫度,在赤熱狀態搭接邊不能焊接在一起,則通過鐘形模進行拉拔形成帶有搭邊的開口焊縫鋼管。開口焊縫鋼管然后繼續加熱到白熱狀態,緊接著搭接邊在輥軋機的輥子和固定芯棒之間焊接起來。

該方法最主要的特點是采用低溫通過鐘形模進行拉拔,在相對較低溫的赤熱狀態,制管鋼板保持一定的機械強度,解決了鋼板邊部塌陷問題,即使大直徑鋼管也可以拉拔成功。此外可以不用焊接短棒就能卡緊實現拉拔,能實現高速拉拔而不會拉斷。

此種“雜交”的工藝生產生于美國石油和天然氣爆發的年代,成為大量生產中直徑鋼管怕流行工藝,直到20世紀20年代中后期才出現了中直徑鋼管生產的電阻焊和無縫鋼管新工藝。
1.1 對接-搭接焊管組合工藝過程
(1)坯料準備
軋制料是一條鋼帶,厚度比要生產鋼管最約厚10%,有些比要生產鋼管長度短15%-20%。鋼板為低碳鋼,w(C)<0.12%,w(Mn)=0.4-0.55%,抗拉強度<500MPa。
(2)邊部修整
?軋制制管鋼板的搭接邊時,可能會使軋機超載,因此將鋼板邊部先修整為一個角度。開始時采用長的冷刨床,后馬上采用了熱搭接邊成型機。此成型機位于加熱爐出口和鐘形模之間,底部軋輥是固定的,但是上面軋輥可以調整以適應鋼板規格,一次性把鋼板邊部軋成一定坡口角度。
(3)板坯加熱
邊部處理后,鋼板再次通過煤氣的反射爐進行加熱,板坯一個跟一個地排列在爐膛內。裝料小車在軌道上運行,使用鏟式裝置進地上料。
(4)成型開口管
夾鉗的頭部伸入鐘形模,然后卡住鋼板,慢慢拉拔就可形成帶搭接邊的開口焊縫荒管。根據鋼管外徑搭邊從10-30mm 變化。組裝模由左右兩部分組成,使得搭接量可以做微小調整。開口焊縫荒管滾入傾斜臺架,使鋼管進入焊接加熱爐的入口。
(5) 再次加熱

在焊接加熱爐,開口焊縫鋼管被加熱到白熱狀態。加熱過程中,在爐床的右側或左側,鋼管被多次旋轉,爐床的中心有一個管坯槽。當鋼管通體達到白熱狀態時,鋼管的焊縫朝下被放入到管坯槽中,然后引到焊接軋機中。軋要的軋制線和鋼管的中心線必須對中,因此加熱爐的管柸槽須根據每次加工鋼管直徑的不同進行對中調整。
(6)焊縫焊接

焊縫軋機是單向、兩輥式軋機,由一個400馬力的電機驅動。上輥和下輥的孔型槽均為橢圓形。在出料側設有一個心軸,在其頭部有一個鑄鐵或者鑄鋼的錐形頂頭,然后把其放入軋輥孔型,在軋輥孔型槽和錐形頂頭之間狹小的空間里軋制焊接。軋制之后,卸下錐形頂頭進入冷卻水槽內。心軸則沿軋制線返回到起始位置,鋼管下線。

鋼管不能通過單次軋制就獲得光滑表面和牢固的焊縫,因此返回工作臺把鋼管運加到焊接加熱爐的入口進行再次加熱,然后在焊接輥軋機上進行再次軋制。通常兩次或者三次軋制即可,再次軋制時需使用比上一道次直徑稍微大的錐形頂頭。

從焊接輥軋機出來的鋼管外徑比想要生產的直徑大2-3 mm 。定徑機將對鋼管進行最后定徑。在鋼管沒有冷卻前,使用斜輥熱矯直機去除其表面的銹皮,保證鋼管的圓度和直線度。然后鋼管被運輸到齒條式冷床,之后進行切實。

1.2 對接-搭接組合工藝適用范圍

該方法生產鋼管的外徑是60-406 mm,60 mm外徑鋼管的最小壁厚是 2.5 mm,長度是 6-7.5 m。對于外徑50.8mm 以下的鋼管,該方法的設備投資費和生產成本則無法與傳統的鐘形模對接焊接工藝相競爭。最大外徑生產極限仍然是406mm ,主要因為對更大規格鋼管沒有足夠的需求去嘗試批量生產的軋機,其實因為更大規格鋼管會遇到操作困難。

 
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