CN102056687B - 用于制造大钢管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造钢管的方法，在所述方法中，钢板(4)在弯曲工序(a)中被成型为横截面呈圆形的管体(1.2)，在接下来的焊接工序(b)中，为了构成连续的纵向焊缝而沿互相面对的纵向棱边进行焊接，并且接着进行消除应力处理。在缩短制造时间的情况下，通过使所述消除应力处理在沿钢管纵轴方向的至少一个部段的圆周进行圆形整形的工序(c)中，在通过顶锻进行冷变形期间实施的方式(图1)，改善制造质量。以此还改善了材料的机械技术性能。

Description

用于制造大钢管的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造钢管的方法，在所述方法中，板材或者卷材在弯曲工序中被成型为横截面呈圆形的管体，在接下来的焊接工序中，为了构成连续的焊缝而沿互相面对的纵向棱边进行焊接，并且接着进行消除应力处理。

背景技术

这种类型的方法在DE102006010040B3中已被说明。在这种公知的方法中，管子借助于外圆周上的整形机，凭借多个沿圆周方向偏置、而沿轴线方向布设在相同位置的用于圆形整形的整形凸模来压挤，其中所述整形凸模支承着与管子外截面相匹配的整形壳模。所述整形壳模可以单独地或者彼此相关地例如被液压地驱动，同时可以被加以控制地或者加以调节地进行操作。通过调节轴线，整形缸可以借助于整形壳模对管子进行整形直至达到其圆形的轮廓，同时进行涉及直径和/或椭圆度的精整。还可以借助于这种在那儿初次被这样称呼的压缩，超过屈服极限地对材料进行顶锻。

EP0438205A2示出一种用于对狭长延伸工件的端部进行整形的方法和装置。在静止的工件上，至少一个选取在端部区域的横截面，承受着渐强以及减弱的交变弯曲应力，其中预先规定的最大挠度，一次或者多次地环绕工件轴线循环。所述渐强或者减弱的交变弯曲应力在此被选取为，使得所选取的横截面发生变形直至达到塑性范围。使工件轴线偏移到超过工件弹性极限的环形轨道上的装置，在此具有至少三个对称地围绕公共轴线布设的沿径向方向可活动的推杆，所述推杆分别与可依据行程和时间控制的活塞-缸单元连接，并且推杆通过活塞-缸单元之间与控制有关的逻辑电路，在进行整形工序期间，相位偏置地实施正弦形的往复直线运动。此时，没有进行圆度或者椭圆度方面的整形，而是对扭曲放置的端部的直线度偏差进行修正，也就是说，涉及的是纵向整形。

借助于在FR737123A中示出的管用整形机，也可以对这种管子沿其纵向，而且在加热状态下进行整形。此时，将管子接纳在本身之间且借助于杠杆机构以及驱动装置可以相互反向滚压的两个相互对置的整形元件，在管子的总长上延伸。所述整形元件例如按照管子的直径被倒成圆形，其中整形元件的内装部分是可以更换的。在实施整形工序之前将管子加热到发红并且抽真空。在这样实施了纵向整形后，借助于顶出元件将管子输送到冷却装置。尤其对大钢管进行整形，采用这种措施是费事的而且成问题的，并且从该专利文献得知，所述方案不能进行圆形整形。

在DE19602920A1中提出了一种用于制造管子，尤其大管子的方法，在这种方法中，管子在被实施了内部以及外部焊接之后，通过冷辗轧(扩张)进行精整和整形。

DE4124689A1示出一种同样通过管子的辗轧用于消除形状误差以及降低沿纵向焊缝焊接的管道的有害内应力的方法和装置，为此应用了一种放置在内部的辗轧芯棒。在此，管道被辗轧到这种尺寸就行了，即，使得存在于圆周方向的内应力应该尽最大可能地被降低。

在对管子进行整形时，管子形状的不均匀性，像例如管体上局部的椭圆度，是通过局部的材料变形加以消除的。此时没有在管筒上，尤其管子圆周上进行整体的降低应力处理。相反地，由于公知的局部的椭圆度消除方法而在材料中产生其它不确定的应力。可以以此方式借助于整形而且凭借相对较高的耗费对设定的直径进行调节，但是，尤其在管子圆周上，此时不能实现材料的均匀顶锻强度。

在扩张时，模具产生一种均匀的力作用于管子内侧，这种力导致在进行圆形整形时材料被均匀地整成圆形。在这个过程中，当然会在管体中产生不利的应力状态，管道的顶锻强度以及进而断裂稳定性也因此而可能降低。在有涂层的管子(例如CLAD管子)上，此外还可能导致材料的损伤，从而使这种以此方法制造的管子常常不能够被精整。这种有害的影响会随着扩张程度的增加而更加变大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于制造大钢管的方法，采用所述方法在尽可能精确地进行圆形整形以及尽可能缩短制造时间的情况下，实现制造高品质管子的目的，以及提供按此方法构造的管子，同时材料的机械技术性能也应该得以改善。

该技术问题借助于权利要求1或者6的特征加以解决。在具有权利要求1的前序部分所述特征的方法中，此时规定，消除应力处理在沿圆周进行圆形整形的工序中，至少逐段地沿管子纵轴的方向，在通过顶锻进行冷变形期间实施。

借助于上述方案中的措施，不仅可以有利地对设定的直径进行调节，而且在进行圆形整形工序时，还可以实施消除应力处理。以此方式不仅使管子的公差，尤其椭圆度，通过材料均匀的塑性变形在短时间内得以改善，而且还改善了管体的的内应力状态。此时，不仅由于板材变形而以力学方式产生在母体材料中的应力被减小了，而且由于成型为管子的板材的纵向焊缝的焊接而引起的以热方式产生的应力也被降低。总之，管子的机械技术性能，即例如顶锻强度以及断裂稳定性由于所述方法而被改善。正如在研究和开发工作领域的计算所指出的那样，在压缩之后的内应力状况，按照压缩程度被降低到最小程度，此时，实际上不必进行费事的热处理(例如在600℃左右进行去应力退火)，也可以完全消除应力，而且可以避免由于热处理而出现的不利情况。通过在管子外表面上进行均匀的顶锻，在母体材料以及焊缝中由制造过程产生的沿纵向以及圆周方向的内应力被降低。正如发明者的试验所表明的那样，改善的原因显而易见是，残余应力状态被逆转了，也就是说，在压缩之后在管子内侧存在拉应力，而在管子外侧存在压应力。在内部电镀的原材料中，由于外部压缩而产生附加的优点，因为敏感的内表面未受到损伤或者加载。这样，内部材料的腐蚀性能未被削弱。在例如由合金625组成的镀层材料中，耐腐蚀性甚至因为内部残余应力而获得改善。

一项对于圆形整形以及消除应力有利的措施是，在进行圆形整形时，管体的塑性变形发生在其整个圆周上。

一种被作为精确的圆形整形的有利的替代设计方案是，在进行圆形整形时，实现调节到设定的管子外径或者设定的管子内径的目的。

此外，在进行圆形整形时，为了消除应力，将沿圆周方向的顶锻和(例如借助于流体测试器的)液压的消除应力处理相结合使用的措施，也有助于改善管体的内应力状态。此时，压缩以及液压的消除应力处理被交替地而且多次地加以控制地实施。

此外，通过借助于至少两个，尤其至少三个从外部沿径向方向向管子轴线按压、沿圆周方向偏置的整形凸模以及与管子的圆周轮廓逐段地匹配的整形壳模实施圆形整形和消除应力的方式，也有助于圆形整形和应力消除工序。

通过按照上述处理方法中任一项制造管子的方式，获得具有有利性能的管子。

附图说明

接下来按照涉及附图的实施例，对本发明进行说明。附图中：

图1示出布设在圆形整形机中的管子的横截面示意图，以及

图2示出管子制造工序的示意图。

具体实施方式

图1示出圆形横截面的管子1的轴向俯视图，所述管子具有内径r_i和外径r_a以及由内外径的差所确定的壁厚t。管子1具有纵向延伸的焊缝2。在管壁中存在着由于机械的成型处理以及由于在焊接时的热作用而产生的机械的或者热的应力区域3，3’。

整形机或者整形装置10，具有多个沿圆周方向均匀分布且沿轴向布设在相同位置的整形凸模，所述整形凸模具有各自的整形壳模11、12、13、14，它们可更换地安装在各自的支架15上，并且在其朝向管子1的一侧设有与管子1的表面轮廓相匹配且沿圆周方向沿管子表面延伸的表面形状，从而当所有的整形壳模靠近时，管子表面在圆周方向上被尽可能地包围。在轴线方向上，整形壳模11、12、13、14则与之相反地分布在管子1的较短的局部部段上，其中可以沿管子1的纵向，在其外表面上布设多个这样的由整形壳模11、12、13、14组成的单元。由于互换性，可以方便地被采用或者更换与各种管子直径匹配的整形壳模。整形壳模11、12、13、14的支架15，在支座16中沿整形轴线17被液压地沿径向方向，朝管子1的中心方向调节，以便在借助于调节装置20进行控制或者调节期间，使管体的顶锻和液压的消除应力处理能够沿相反的方向进行。此时可以实现整形到预先设定的内径或者外径的目的，同时通过调节装置可以预先规定绝对位置。

图2示出在制造管子1时的主要步骤，即成型工序a，在所述成型工序a6中，钢板4借助于成型装置30，利用成型模具在所述钢板4进给期间逐渐地成型为弯曲件1.1且最终成型为环形弯曲的管体1.2。接着，在焊接工序b中，在所述管体1.2事先准备用于焊接的相互面对的边棱上，借助于以焊接装置40形成的纵向焊缝封闭管体1.2。由于成型工序和焊接，产生上面所述的机械的和热的应力区域3、3’。接下来，在实施了其它的加工和/或检查步骤之后，或许接下来的是在对管子1进行圆形整形期间的整形工序c，在所述整形工序c中，同时还进行消除应力处理。所述消除应力处理还可以另外地在接下来的步骤d中与例如借助于流体测试器进行的静压的消除应力处理相结合实施，其中借助于管子内部的压力介质，产生作用于管子内表面的指向外部的压力p。

在大的管子，也就是尤其具有壁厚t≥9mm小于例如t＝80mm以及直径≥300mm小于例如d＝2000mm的管子中，当采用上面所述的、例如也在本文开头所述的DE102006010040B3中加以说明的整形机在圆周上进行均匀精整时，成功实现圆形整形，借助于所述整形机可以实现材料在圆周方向上可以超出屈服极限的顶锻以及具有高公差要求的圆形整形。通过在进行圆形整形时的塑性变形，可以同时实现在整个圆周上机械的以及热的应力区域3、3’的应力的消除。这样，不另外进行热处理，就可以对管体的内应力状态明显地加以改善，其中同时避免了由于进行热处理，例如去应力退火时而可能出现的不利的影响。这样，不仅由板材的成型而引起的机械的应力减小了，而且由纵向焊缝焊接造成的由受热产生的应力也降低了，其中管体1.2的塑性变形发生在整个管圆周上。此时，圆形整形与消除应力处理通过冷变形实现。

通过将压缩和在通过调节装置20进行控制或调节期间的液压的消除应力处理相结合，可以相宜地对消除应力过程加以影响。同时，管子外径或者内径可以被相宜地调节到预先规定的值。通过这种方法，可以相宜地对管子材料的机械技术性能，如强度和热膨胀系数产生有利的影响。此外，管子的断裂性能和在疲劳负荷时的特性也获得改善。总之，通过这种方法，可以在比传统的制造方法明显缩短的时间内，制造出具有高公差要求的高品质的且实际上无应力的管子。正如在研究和开发工作中通过计算所证明的那样，在收缩之后的内应力状况，按照收缩程度被降低到最小程度，此时还可以完全地消除应力。

Claims (4)

1.一种用于制造壁厚t≥9mm并且直径α≥300mm的大钢管的方法，在所述方法中，板材(4)或者卷材在弯曲工序中被成型为横截面呈圆形的管体(1.2)，在接下来的焊接工序(b)中，为了构成连续的焊缝而沿互相面对的纵向棱边进行焊接，并且接着进行消除应力处理，其特征在于，使所述消除应力处理在沿钢管纵轴方向的至少一个部段的圆周进行圆形整形的工序(c)中，在通过顶锻进行冷变形期间实施，其中，在进行圆形整形时，管体的塑性变形发生在其整个圆周上并且借助于至少三个从外部沿径向方向向管子轴线按压、沿圆周方向偏置的整形凸模，以及逐段地与管子(1)的圆周轮廓匹配的整形壳模(11、12、13、14)实施圆形整形和应力消除。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行圆形整形时，达到调整到预先设定的管子外径(r_a)或者预先设定的管子内径(r_i)。

3.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在进行圆形整形时，将沿圆周方向的顶锻和液压的消除应力处理相结合用于消除应力。

4.一种按照上述权利要求中任一项所述的方法制造的壁厚t≥9mm并且直径α≥300mm的大钢管。

Images