CN101827666B - 用于制造热加工的、在焊接状态有优化的疲劳特性的无缝管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造热加工的、在焊接状态具有优化的疲劳特性的无缝管的方法，管由金属制成并具有至多711mm的外径和至多100mm的额定壁厚，在热轧或精轧之后至少在一个管端部上制出设有内径和外径的窄公差的限定的管横截面，在第一步中在该管端部上在一区域内制出比其余管体大的壁厚，增大外径和/或减小内径，该管端部区域的壁增厚部通过管端部的镦锻制出，在镦锻时在外周和内周上制出的过渡部关于管纵轴线错开布置，在第二步中在所述区域内通过机械加工制造要求的管横截面，以小的表面粗糙度且几乎没有缺口地连续制出从管的加工区域到未加工区域的过渡部，过渡部有尽可能大的半径，管的完成轮廓在原来增厚的端部区域内具有等于管原始直径的外径。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造热加工的、在焊接状态具有优化的疲劳特性的无缝管的方法。此外，本发明涉及一种按该方法制造的管。
背景技术
例如在钢管手册(Vulkan-出版社，Essen，12.1995版，97-101页)记载了用于制造无缝管的不同的方法。
根据这些方法制出的管例如应用在石油或天然气输送技术领域，其中各个管段通过连接缝焊接成连续管道。
在建立管连接时，具有小的公差的、要焊接的管端部的相互精确匹配的几何尺寸是绝对的前提条件，以便在管路的运行状态下实现焊接连接的高的疲劳强度。为避免几何缺口尤其要注意的是，不产生要焊接的管端部的棱边错位。
要焊接的管端部的精确的几何尺寸和小的公差不仅对于满足对疲劳强度的高要求是重要的，而且对于焊接连接的制造成本也是重要的。
仅当要焊接的管端部以小的公差实现精确的对齐时，焊接连接才能经济且有效地、例如通过自动焊接制造，并且确保焊接连接的高的疲劳强度。同样也仅这样得以保证尽可能没有干扰的、通过管路的介质流动。
但是，热轧的无缝管的公差由于制造不一定能保持在对于有效率地制造连接焊接所需的小的范围内。此外，在管直径中会出现小的壁厚波动以及椭圆度。
这使得需要根据其几何尺寸选择并归类要焊接的管端部。因此，为了该有针对性的归类，迄今为止不能省略对管端部的相应测量。
由WO2005/031249公开了一种装置，该装置测量管端部的内部和外部几何尺寸并因此使得能够有针对性地选择相互精确匹配的管端部。
在该方法中的缺点是，耗费的物流对于管的仓储和运输是必需的，以便在几何尺寸方面相互匹配的管总是供尽可能无干扰的制造过程使用。另一缺点是，在出现干扰时、例如当未以匹配的几何尺寸提供要焊接在管路端部上的管时在制造过程中的不灵活性。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是，给出一种用于制造热轧的无缝管的方法，通过该方法制出具有均匀且精确的几何尺寸的管端部，该几何尺寸使得能够在无需预先测量和有针对性地归类管端部的情况下实现有效率的焊接，并且通过该方法同时实现焊接连接的高的疲劳强度。
该技术问题通过如下的特征解决。用于制造热加工的、在焊接状态下具有优化的疲劳特性的无缝管的方法，该管由金属制成并具有至多711mm的外径和至多100mm的额定壁厚，其中，在热轧或精轧之后至少在一个管端部上在确定的长度上制出具有内径和外径的窄公差的、限定的管横截面，其特征在于，在第一步骤中在提及的管端部上在一区域内制出比其余管体大的壁厚，其中增大外径和/或减小内径，提及的管端部区域的壁增厚部通过管端部的镦锻制出，其中，在镦锻时在外周和内周上制出的、至管体的过渡部关于管纵轴线错开地布置，并且在第二步骤中在所述区域内通过机械加工制造所要求的管横截面，以小的表面粗糙度且几乎没有缺口地连续地制出从管的加工的区域到未加工的区域的过渡部，该过渡部设有尽可能大的半径或半径组合，以得到连续的且没有缺口的过渡部，并且在加工区域内留下的剩余壁厚处于所要求的公差内，机械加工的管的完成轮廓在管的原来增厚的端部区域内具有等于管的原始直径的外径。
按照本发明的教导，为解决该技术问题使用一种方法，该方法的特征在于，在第一步骤中在提及的管端部上在一区域内制出比其余管体大的壁厚，提及的管端部区域的壁增厚部通过管端部的镦锻制出，其中，在镦锻时在外周和内周上制出的、至管体的过渡部关于管纵轴线错开地布置，在第二步骤中在所述区域内通过机械加工制造所要求的管横截面，从管的加工的区域到未加工的区域的过渡部几乎没有缺口并且设有尽可能大的半径或半径组合，以得到连续的且没有台阶的过渡部，机械加工的管的完成轮廓在管的原来增厚的端部区域内具有等于管的原始直径的外径。
按本发明的方法的优点是，现在以能重现的、符合用户要求的几何尺寸制出管端部，该几何尺寸使得能够在无需预先测量和归类的情况下实现相互焊接。用于管的仓储和运输的物流费用被减到最小，这导致明显的成本节约。
同时，通过机械加工使管端部几何尺寸的公差保持在非常窄的限度内，这导致最佳的焊接条件并能实现有效率地制造管连接，例如通过自动焊接工艺。此外，由于基本上没有缺口，通过小的表面粗糙度保证管连接的高的疲劳强度。
沿管纵向从增厚的管端部至未增厚的管区域的、没有台阶的过渡部对于在管的以后的连接区域中的干扰小的介质流动是有利的。为此，按照本发明，在从加工的到未加工的管端部的过渡部上设有尽可能大的半径。
壁增厚部有利地选择成如此之大，即，使得由于管公差而存在的尺寸偏差、尤其是关于圆度或椭圆度的尺寸偏差可以通过后续的机械加工在不低于额定壁厚的情况下几乎完全补偿。
因此，为了确保足够的加工间隙证明有利的是，在从管的端面开始至少100mm的长度上朝向管外侧和/或朝向管内侧设置至少3mm的壁增厚部。
然而，在需要时，壁增厚部也可以更大或更小，并且在更短或更长的区段上延伸。
另一方面，壁增厚部及其纵向延伸由于制造技术的原因以及成本原因应限于对于加工所需的尺度。
壁增厚部的机械加工例如可以通过车削进行，其中可以在同样非常小的直径公差和非常小的表面粗糙度的情况下实现非常小的椭圆度。
对于确保管端部的在质量上无缺陷的焊接，从管的端面开始至少100mm的加工长度被证明是有利的。
在需要的情况下，可在两个管端部焊接之前插入一伸到两个管端部的加工的区域中的定心环，以便为自动焊接保证管端部的最佳的对齐。
按照本发明，壁增厚部在第一种有利的方法变型方案中通过管端部的镦锻、尤其通过热镦锻制出。
在此，镦锻过程有利地这样执行，即在镦锻时在外周和内周上制出的、至管体的过渡部关于管纵轴线错开地布置。大量的试验表明，过渡部沿管纵轴线的该错开的布置以及在机械加工时半径在不同的管横截平面内的定位对所述连接在运行状态中的疲劳强度有积极的作用。
为此，这些过渡部在壁增厚部的机械加工时有利地配设尽可能大的半径或半径组合。这通过其在不同横截平面内的位置保证遵守预定的最小壁厚，并导致到管的未增厚的区域的尽可能连续且没有缺口的过渡部。由此有利地在过渡区域内保证低的应力集中系数。
按照本发明的另一种有利的设计方案，管端部的壁增厚部也可以通过堆焊或通过烧结实现并接着机械加工。
在前述的方法变型方案中，壁增厚部的制出完全与轧制过程脱离，这具有这样的优点，即，原本不是设置用于所述使用目的的管、例如支承管可以事后配设壁增厚部和相应的机械加工。
此外，管端部增厚部也可以在制造热轧的无缝管时就已制出，如果这从制造技术方面来看是有利的。例如通过在管端部上相互移开各轧辊制出增大的外径，并且例如通过相应设计的内模具制出增大的内经。
附图说明
本发明的其它的特征、优点和细节由对所示实施例的以下说明得出。
图中示出：
图1示出通过镦锻制出的在管端部上的壁增厚部，
图2示出已加工的状态中的按本发明的管端部构造。
具体实施方式
在图1中示出按本发明制出的管的局部纵剖视图，该管带有在镦锻之后在管端部上的朝向管外侧和管内侧的壁增厚部。
管1在端部区域内具有在热成型步骤中制出的壁增厚部3，该壁增厚部以过渡区域4、4′过渡到管1的初始横截面2中。
壁增厚部3在该实例中这样构造，即管1的外径增大而内径减小。
按照本发明，镦锻过程在此这样执行，即，使得在镦锻时在外周上制出的到管体的过渡区域4和在内周上制出的到管体的过渡区域4′关于管纵轴线错开地布置。
通过镦锻过程制出的过渡区域4在管1的外周上具有台阶5和6，而过渡区域4′在内周上具有台阶7和8。
图2示出了管1的端部区域通过机械加工制造的完成状态。
机械加工的管1的完成轮廓在管1的原来增厚的端部区域内具有等于管1的原始直径的外径。过渡区域4设有大的半径9，该半径通过连续的、没有台阶的过渡部连同在加工的区域中的非常小的表面粗糙度一起保证基本上没有缺口。
为了在过渡区域4的范围内不低于管1的所要求的最小壁厚，增厚的管端部的内周不加工至原始内经，而是留出小的壁增厚部11，过渡区域4′从该壁增厚部出发同样设有大的半径10，该半径连续地并且没有台阶地过渡到管1的初始横截面2中。
按照本发明，半径9和10定位在不同的管横截平面中，这对所述连接在运行状态下的疲劳强度有积极作用。
通过该布置一方面保证不低于所要求的最小壁厚，另一方面可以仅以这种方式实现到管1的初始横截面2的尽可能没有缺口的过渡部4′。
附图标记列表
| 附图标记 | 名称 |
| 1 | 管 |
| 2 | 初始横截面 |
| 3 | 壁增厚部 |
| 4、4′ | 过渡区域 |
| 5、6 | 外部的过渡区域的台阶 |
| 7、8 | 内部的过渡区域的台阶 |
| 9 | 外部的过渡区域的半径 |
| 10 | 内部的过渡区域的半径 |
| 11 | 管内侧的壁增厚部 |
Claims (8)
1.用于制造热加工的、在焊接状态下具有优化的疲劳特性的无缝管的方法，该管由金属制成并具有至多711mm的外径和至多100mm的额定壁厚，其中，在热轧或精轧之后至少在一个管端部上在确定的长度上制出具有内径和外径的窄公差的、限定的管横截面，
其特征在于，
在第一步骤中在提及的管端部上在一区域内制出比其余管体(1)大的壁厚，其中增大外径和/或减小内径，
提及的管端部区域的壁增厚部通过管端部的镦锻制出，其中，在镦锻时在外周和内周上制出的、至管体的过渡部(4；5，6；7，8)关于管纵轴线错开地布置，
并且在第二步骤中在所述区域内通过机械加工制造所要求的管横截面，以小的表面粗糙度且几乎没有缺口地连续地制出从管的加工的区域到未加工的区域的过渡部(4)，该过渡部设有尽可能大的半径(9，10)或半径组合，以得到连续的且没有缺口的过渡部，并且在加工区域内留下的剩余壁厚处于所要求的公差内，机械加工的管的完成轮廓在管(1)的原来增厚的端部区域内具有等于管的原始直径的外径。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镦锻是热镦锻。
3.如权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，所述壁增厚部(3)至少为3mm。
4.如权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，所述壁增厚部(3)从端面开始沿管纵向在至少100mm的长度上延伸。
5.如权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，沿管纵向在外周和/或内周上制出从增厚的管端部至未增厚的管区域的没有台阶的过渡部(4)。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述过渡部(4)在外径和内径上配设至少各一个半径，该半径位于不同的横截平面内。
7.如权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，所述无缝管是热轧的。
8.如权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，所述金属是钢。
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