FF直缝焊管成型技术介绍.docx

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1、FF 直缝焊管成型技术介绍直缝焊管的辊压弯曲成型一般都需经过三种根本弯曲工序：开式实弯，开式自由弯，闭 口自由弯。随着在线中频正火工艺的成熟，直缝焊管的生产越来越向大规格，厚管壁，高钢 级的方向进展，在一些以前都属于无缝钢管的产业领域，如汽车传动管，锅炉压力管，石油 套管，油汽输送管等，高钢级，高质量的直缝焊管正在大规模地被承受，取代大量耗能的无 缝钢管。与此同时，大规格，厚管壁，高钢级的产品特点，对于焊管的辊弯成型也提出了越来越高的要求。到现在为止，焊管机组的弯曲成型工艺始终在不断地进步，近五十年来，弯曲成型工艺经受了三个阶段的技术进步：连续弯曲法圆弧弯边法组合成型法。连续弯曲法是从管坯的边

2、缘局部开头弯曲，从边缘起连续的向中心弯曲，传统机组承受的弯曲成型工艺都是连续弯曲法；圆弧弯边法是对管坯的全进步行整体的弯曲，弯曲的曲率分道次从大到小，排辊机组承受的弯曲成型工艺就是圆弧弯曲法；组合成型法是将管坯的边缘局部进展连续弯曲，对管坯的中间段和连接段进展圆弧弯曲，F-F-X 机组承受的弯曲成型工艺就是组合弯曲法。（1） 传统成型连续弯曲法是始终以来使用最多的传统成型方式，在承受传统成型方式时， 一般都是承受连续弯曲法对边缘局部进展实弯，用立辊进展关心的自由弯曲，然后进入闭口 孔型进展整体弯曲。我国多数 50，76，89，114，273 等焊管机组，根本上都是承受的传统成型方式。这种方式的

3、优点是实弯段较充分，机组传动力分布较为均匀。但是，由于其孔型根本没有兼 容性，一种规格的钢管需要用一套模辊来成型，在同一台机组上要生产多种规格，不同壁厚 的钢管，所需要的成型模辊用量很大。以 273 机组为例，通常一台国产机组价格为 250 万元左右，配置一种模辊需要 20 吨，如承受 Gr15 作为模辊材料，约 30000/T，约需投入 60 万元；如承受 9Cr2Mo 作为模辊材料，约 45000/T，约需 90 万元。如要在这台机组上生产 1015 种规格，每种规格要增加 710 吨模辊，约需 200300 万元。在钢管生产企业里，一台投入生产三、五年的焊管机组，其模辊投资往往等于甚至于

4、大大超过机组设备的投资。以致很多 生产企业为了节约模辊投资，只能在生产不同壁厚的管材时，共用一套模辊。可是，当我们需要生产高钢级高要求的管子时，厚径比对于成型有关键性的影响，这种无视厚度间隙的成 型方式，导致了管材质量的不稳定。同时，承受这种传统的成型方式，换一次辊需要较长的时间，对于大于 273 以上规格的大型焊管机组，每次换辊都需要停机一到二个班，而且在现时没有专用换辊设备的条件下，换辊 根本上靠操作工人用手工形式换辊，这是很困难繁重，危急费力的工作。换辊停机时间过长， 也是影响机组效率的重要因素。假设说，模辊的合理性是机组产品质量的生命线，那么，模辊的兼容性则是企业市场竞争 的生命线。依

5、据权威部门的报告，我国现有直缝焊管产业是市场化程度很高的产业，换句话 说，是竞争格外猛烈的产业。特别是中小型机组，现有国内机组的装机容量，到2023 年止， 已超过市场需求量的 50%以上，这个事实说明，我们的全部钢管生产企业，都将在严酷的竞争机制下生存。能不能接小批量，多品种的单子，能不能做高钢级，高等级的管子，这是企业在日益猛烈的市场竞争中有没有竞争力的标记。正是在这种状况下，由奥钢联开发的焊管 排辊成型技术才应运而生，并在我国得到了迅猛进展和推广。这种排辊成型的技术，在成型 前道到达了确定程度的模辊兼容，以同一套模辊成型确定范围内全部型号规格的钢管，受到 世界上全部钢管生产厂家的欢送。仅

6、仅二十年时间，在世界范围内全部的焊管生产企业中， 排辊成型就得到了极广泛的应用推广。2排辊成型排辊成型承受圆弧弯曲法的方式。排辊成型的生产方式在直缝焊管的生 产中占有重要地位。排辊成型的根本特征是：立辊排辊化，以尽可能地扩大模辊的兼容性。排辊成型的最明显的特征，是它设置了一个特别的排辊群。有了这组排辊群，就可以很便利 地依据成型管径来调整辊位，排辊机组的成型路线也比传统的机组要大大缩短，这是排辊机 组的优势。但是，由于排辊群主要承受自由弯曲，对于厚径比较大，钢级较高的管子成型就 比较困难，这是由排辊成型的性质所打算的。排辊成型的主要优点是它的兼容性，它也有着 自己的缺陷。归结起来，排辊成型有以

7、下七个方面的缺陷：1 由于实弯不充分，导致板材两端部的弯曲成型性较差，特别是对于薄壁管的成型，常常造成失稳，简洁产生波浪形，影响钢管焊接和成型质量。2 排辊成型的一个显著特征是：它有一组由很多小立辊按确定角度布排而成的排辊群。这组 排辊群成型间隔很紧凑，这是由于排辊群成型是一种自由弯曲，自由弯曲的特点是材料的弹复量很大。为了削减弹复对成型的影响，它只能做得很紧凑，因此排辊群都无法设置动力传动装置。由于排辊群没有动力驱动，这对于如高钢级材料，如 X60,J55,N80 等；外表磨擦系数小的材料；厚径比大的材料等就会造成强推的现象。3 由于排辊组成型段较长而且无法实弯压紧，管坯材料极易在其间发生左

8、右滚动，常因此而使得成型中心线走偏。4 为了避开滚动，往往多用导向立辊来限制其成型位置，结果是常常使得板材两端部特别地增厚，而且这种增厚，从最边部向内呈梯形分布，焊接后很难去除管子的内外毛刺。5 为使得机组增加驱动力，只能增加初成型段的上下辊作推动，不均匀的巨大推力使两端部成型性变差并失稳，尤其是薄壁管成型更为明显。6 成型高强度钢级时，由于材料的弹性回复极大，排辊群的自由弯曲使得管坯呈现长宽比较大的椭圆形，使得第一道闭口孔型难以进入，造成管坯的边缘和钢管的外表擦伤。7 大量导向辊的应用，使得每次换辊和调整变得格外困难。3F-F-X 成型 F-F-X 成型是一种组合成型法方式，是在上世纪八十年

9、月，由日本中田制作所和东京大学经过近十年的争论和实践，提出的的成型方式。F-F-X 是英语“弯曲- 成型-系统”的第一个字母的字头，F-F-X 开创了一种完全的圆管成型模式。这种成型方式，将管子的弯曲成型作为一个相互联系，相互影响的系统，它将实弯，空弯有机地组合起来，开发了独创性的渐开线模辊成型系统和全数字化把握系统。近十年来，已在世界上近十 个国家有关厂家使用了中田制作所的机组，从 219 机组到 610 机组，我国徐州光环，中油天宝，华北油田等单位都已引进了日本中田的机组，并取得了很好的成效。实践证明，这种成型方式具有系统可把握，高准确度的优点。它的主要特点是：1 承受了初轧段上下模辊可调

10、角度的独特机构，最大限度地利用了上下模辊的实弯成型面， 这种可调角度的机构制作精度极高，承受了机液联动的把握方式；2 承受了独特的渐开线成型模辊和卷贴式成型方式。其中渐开线成型模辊曲线复盖了相当大范围内的管径，卷贴式的成型方式适应了因材质不同而造成的弹复调整量变化，能够特别便利而快速地调整因材质和厚度而造成的变化。3 以有限元技术作为成型技术的争论根底，使得冷弯成型从阅历渐渐成为具有确定理论根底的学科，从根本上将阅历上升到理论，消退了仅凭阅历操作生产的落后状况。4 承受了CAE 系统进展系统化设计，承受了数字化把握方式，大大提高了焊管机组生产自动化，准确化的程度。5 由于承受可调式的机组构造和

11、渐开线模辊，大大提高了机组的兼容性，其生产的管材直径范围可达 1：3，厚径比可达 1-10。相比之下，排辊成型只能到达管径范围1：1.6, 厚径比 2-5左右。中田制作所的现有机组，承受了边缘连续弯曲的成型方式，产品曲率成型准确，高钢级成型 时的弹性回复量小，端部成型好，闭口孔进入顺畅，机组动力安排均匀合理。依据华北油田508 机组初次调试的状况，机组仅用一个班的时间，就调试成型了合格的管子。日本中田设计的F-F-X 成型机组，创了两个重大的主要技术：可调整角度的机组构造，渐开线的成型模辊。在成型工艺上，中田所承受了组合成型弯曲的工艺：一.一到二道的可调式辊架,弯曲两端部.(2 平)这是第一道

12、实弯工序，W 弯曲俗称打头，打头工序关系到整个钢管的成型。弯曲曲率太小，则会造成所谓的“桃子头”，弯曲曲率过大，又会造成“苹果凹”。一旦产生这两种成型缺陷，对于钢管质量都是致命的，无法通过闭口成型段和精整段来转变。由于经过实弯以 后的地方，会有“冷硬化”的效应，其抗弯曲强度会极大地提高，而延长性则会下降一半左 右。冷硬化使得我们只能考虑：必需在打头阶段就将管端弯曲到成品管的曲率，而在生产实 践中，同一型号的钢材也会有强度和材质的差异，要真正弯到准确的管端 R 是很困难的，需要即时地进展调整。这种即时调整在传统机组和排辊机组中是无法实现的，由于它们的模辊 都是已定R 的，一旦觉察 W 打头的R

13、太大或者太小，就只能换辊来解决，现有按 API 标准和国家标准生产的管子规格，同始终径就有种壁厚，同一管径就有几种钢级，要按这些 规格来做模辊是不行能的。F-F-X 成型正是解决了这个技术关键。W 成型弯曲时，整个料长分为中间弯曲段，端部弯曲段，直线连结段三个局部，在弯曲时， 如何安排相互之间的线长比例有很大的学问。一般要求其比例为 40：10：50，在设计辊型时，由于要考虑模辊的兼容性，会使得端部弯曲段变短，而太短的端部弯曲段对于后道成型 及焊接不利。二.三到四道的实弯辊群,保证管材边缘部实弯长度占圆周长50左右，近来一些 F-F-X 成型机组已实行了多道W 成型弯曲，有效地保证了管坯的实弯

14、长度。(3 平)三.四到五道立辊群,承受渐开线辊型,(4 立)这个立辊群吸取了排辊群的优点，但是它承受了渐开线辊型来成型，缩短了自由空弯的长 度，这也是一项很重要的创。它对于由于钢级不同，板厚不同而造成的不同弹复量，能够 极为便利地进展调整，而且一套模辊能够掩盖到 1：10 的管径规格范围。这一点正是对生产厂家最有意义的模辊兼容性，它不但削减了生产厂家对模辊的投资，而且能够适应小批量、多品种、高钢级、高等级的市场需求，经过近年来国内有关厂家的实际使用，证明效果很好。 中田机组的渐开线立辊群，本质上是一组可调整，而且有很大适应范围的排辊群，但它大大 缩短了自由弯曲的间距。四.三到四道闭口成型.(

15、4 万 1 立)闭口成型属于空弯成型。其特点是：模辊一般不能兼容；成型力较大；入口时假设不能根本成圆，对外表简洁造成挤擦伤。闭口成型时，管胚不能在孔型中左右滑动，边部不能因孔径收缩而变厚，管子外表不能擦伤，这不但需要前道实空弯准确圆整，而且闭口孔型必需实行特别有效的技术措施，不能承受单纯的圆形孔型。五.高频焊接.(1 导 1 焊)高频焊接是利用高频电流的集肤效应和邻近效应，使得钢板的端部在极短的时间内熔化， 经过挤压后使外表的氧化层和杂质被挤出，基材则融为一体。高频电流是相对我们正常工业 沟通 50Hz 的频率来说的，它频率一般是从50KHz 到 450KHz。高频焊接分为感应焊和接触焊两种方

16、式。感应焊是用感应圈使高频电流在板材边部聚拢，它在焊接时功率输出损耗较大， 但是较为稳定，焊接熔化后的焊缝平滑，特别对薄壁和高精度管材的焊接有利。接触焊是采 用接触式电极使高频电流在边部聚拢，它的焊接效率较高，省电，适合于一般焊管和厚壁管 的生产，但是外表焊缝毛刺较高，并且质量不大稳定。高频焊接是焊管生产质量把握的主要环节。它的质量好坏受很多因素的影响，一般认为由八 个主要因素：1频率。正常的状况，厚板应承受较低的频率，薄板则要承受较高的频率；（2） 会合角。会合角是指钢板两边进入焊接区时的角度，它约在 2到 6，厚板应取大一些的角，薄板则取小一些的角。3焊接方式4输入功率5管坯坡口6焊接速度

17、。一般来说，6mm 以上厚板成型速度应在每分钟 15m 之内，3mm 到 6mm 以下薄板的成型速度可在 15m 到 40m。7阻抗器8挤压力。高频焊接的质量好坏，与操作者对整个机组机、电系统的了解深度有关，积存调整的阅历需 要操作者对高频焊接原理有透彻地理解。焊好一根管子，需要机组速度，会合角，挤压力， 电流，频率等因素的最正确协调。一个好的高频调整工，就是一个好的电工，一个好的机修工。六.定径精整.(1 扭 4 万)定径过程是一个准确的空弯成型过程，每一道次的定径量要依据管材的直径和壁厚准确选取。七.校直/校扭.(2 土耳其头 1 矫扭转辊)八.切断.铣切飞锯九.平头,水压,矫直.中田式的

18、成型弯曲工艺,有其先进之处。特别是多道次的W 成型弯曲边部，缩短了立辊群的成型段，保证了高钢级材料和厚径比很大或很小的管材成型。在中田机组上，已能成型 35x0.6mm 和 114x12mm 的管子，材质包括X80 管线钢,1Cr18Ni9Ti 的不锈钢管等。冷弯成型时，由于其中参与变形的因素极为简洁，生产同始终径的管子时，也会由于材质，速度， 调整力的大小等因素而变化，F-F-X 成型的方式，正是为此供给了一个可以随时便利而准确调整的把握平台。冷弯成型中，影响成型结果的主要因素是弹性回复，特别是厚径比和材质，对弹复比有最 重大的作用，如端部成型，弹复比把握不好，那就确定会造成“桃子头”或“苹

19、果凹”，这是保证生产高等级管子产品质量的关键。FF-X 成型还充分考虑到了成型各道次的均匀推力，排辊成型由于其推力无法平均布置， 以致造成强压和强挤，导致局部壁厚不均和加工硬化。必需指出，中田的 F-F-X 成型工艺的承受，是建立在二个根底之上的：机组设备的周密制造；数字化的自动把握。没有这二点作为根底，其工艺是很难实现的。现时国内很多机组生产厂家为了多接订单，声称都是实行了 F-F-X 的成型方式，其实都是名不副实，只是在成型排列上作了一些变动，而在模辊设计和把握方式上并没有什么变化和创。从徐州光环 1990 年于日本引进国内第一台F-F-X 成型的 219 机组以来，国内机组生产厂家都未能

20、进展过系统性的争论，甚至连仿造都未能成功地做过一台。这说明我国在直缝焊管生产的争论上，与国外还有着相当的差距。我们认为，F-F-X 成型对于直缝焊管，特别是ERW 高钢级管线钢的成型，是格外重大而必需的技术进步，现有生产机组大多既不能适应市场小批量多品种的需要，也不能适应类似石 油套管等高钢级管线钢的生产。F-F-X 成型技术是先进的，那么是不是它就已经很完善了呢？不。从中田机组的生产实践，从 F-F-X 成型的理论设计，都还反映出了有待改进的地方。F-F-X 成型，给我们一个重要的启迪：它是一种的成型方式，更是一种的思维方式 系统论的思维方式。它针对现有各种冷弯成型的方式，提出了一种系统性的

21、改进，取得了很 大的成功。从排辊成型技术到F-F-X 成型技术，都是从外国人那里传到我们国内来的，制造这两种成型技术，既不需要尖端的工艺，也不需要特别的材料，为什么我们这个世界焊管生产大国没有 一个企业有类似的创制造呢？这从根本上反映了我们国家不管是国营或是民营，不同性质 的企业都有一个共同的弱点：在技术创上生疏缺乏，投入缺乏。与国外同类企业相比，我 们国家焊管制造企业在技术创上的投入只有人家的数格外之一，甚至百分之一，做了数十 年的老牌企业都没有一点自己的技术积存和创。一方面，中国从 2023 年的统计状况来看， 在数量上已经是世界钢管生产大国，但至今都只能生产技术含量上低层次的、低端的产品

22、； 另一方面，现有机组的产能却已大大超过市场需求，国内全部的 ERW 钢管生产厂家都将在更严酷的竞争条件下生存。中国与美，日等西方兴盛国家之间的差距，从根本上来说，并不仅仅是尖端技术上的差距， 更多的是象机械设备，材料，制造工艺等等这些根底上的差距。经过近三十年的改革开放， 我们已经逐步形成了社会主义的市场化体制，也从开放的国门看到了与世界的差距，我们要 真正赶超世界的先进水平，还需要我们沉下心来，奋斗几代人来打根底。要使我们这种落后 世界的局面得到根本转变，首先我们企业家的思想观念需要有一个根本的转变和进步。我们 需要从制造厂家到生产单位出自内心的愿望，为了企业长远的进展，为了国家整体的根本利 益而严密合作，发动一大批有热忱，有抱负，有才华的工程技术人员，从机组制造的精度等 级，到冷弯成型的工艺，到数字化的电控等各个方面，系统地攻克这些难关。