CN103418627A - 小径厚比冷拔卷焊钢管及组合转模拉拔卷管装备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢管及钢管制造装备，公开了一种小径厚比冷拔卷焊钢管及组合转模拉拔卷管装备，小径厚比冷拔卷焊钢管，钢管（9）外径为D，钢管（9）壁厚为t，所述的钢管（9）径厚比D/t≤21，其钢板（8）卷成后的钢管（9）壁厚t≥4mm。装备包括输送滚筒装置（1）、组合式转模装置（2）、牵引装置，组合式转模装置（2）包括一个以上的弧形轮（21）。本发明采用径向约束成型法，通过隧道转模工艺，使外侧拉应力被长度约束的压应力基本抵消，内侧的压应力倍增，可减少钢板外侧因拉伸形引起的纤维状裂纹的成型缺陷，钢管内侧则由于压力的倍增，进一步对钢板还起到了二次强化作用。

Description

小径厚比冷拔卷焊钢管及组合转模拉拔卷管装备

技术领域

本发明涉及钢管及钢管制造装备，尤其涉及了一种小径厚比冷拔卷焊钢管及组合转模拉拔卷管装备。

背景技术

目前，径厚比A是指钢管外径D/钢管壁厚t之比，径厚比D/t越小，钢管制作越难，设径厚比为A，则卷板成圆时外侧拉伸或内侧压缩比为(A-1)/A，所以径厚比A=D/t越小，转角时外侧拉伸比也越大，需要指出的是，钢板拉伸和压缩同样需耗用大量能量，且缺陷基本都是拉伸量大引起的，压缩反而能增进钢材的二次强化，故用钢板制成小径厚比的焊接钢管难度很高，主要原因是转角成型时发生缺陷概率大。但实际结构中，又需要采用小径厚比的钢管，尤其是厚壁小直径钢管。传统的转角制作均采用无约束成型法，一般沿钢板中心线，呈外侧受拉，内侧受压状态。因厚钢板不能实现理想的塑性变形，尤其是不能实现外侧的拉伸变形，故不可避免的发生钢板外侧形成纤维状裂纹等等成型缺陷。除非使用能耗高、价格高的无缝钢管，该产品及问题一直没有得到很好的解决。

发明内容

本发明针对现有技术中钢板制成小径厚比的焊接钢管难度很高，其转角成型时发生缺陷概率大等缺点，提供了一种通过径向约束成型法，使外侧拉应力被长度约束的压应力基本抵消，内侧的压应力倍增，可减少钢板外侧因拉伸形引起的纤维状裂纹的成型缺陷的小径厚比冷拔卷焊钢管及组合转模拉拔卷管装备。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

小径厚比冷拔卷焊钢管，钢管外径为D，钢管壁厚为t，所述的钢管径厚比D/t≤21，其钢板卷成的钢管壁厚t≥4mm。

作为优选，钢板卷成后的钢管，其钢管拼缝沿钢管纵向设置，钢管拼缝采用焊接连接。

作为优选，钢板卷成后的钢管，钢板宽度方向卷成钢管圆周方向，钢板长度方向卷成钢管长度方向，钢管外径D的圆周长≥钢板宽度≥直径为（D-t/2）的圆周长。传统无约束工艺生产的钢管所需要的钢板宽度一般为（D-t）×π，本工艺因采用约束法，使外侧拉伸减少，故其钢板宽度为（D-t/2）×π至D×π之间，也就是说在制造相同直径钢管时，用本工艺制作的钢板宽度要大于传统工艺制作时的钢板宽度，实质上是成型过程中致密度提高了，钢板产生缺陷的概率减少了。

作为优选，所述的钢管径厚比D/t≤13，其钢板厚度t大于8mm，钢管采用钢板卷制而成。

作为优选，所述的钢管径厚比D/t≤7，其钢板厚度t大于12mm，钢管采用钢板卷制而成。

组合转模拉拔卷管装备，包括输送滚筒装置、组合式转模装置、牵引装置，组合式转模装置包括一个以上的弧形轮，弧形轮沿钢管外径圆周分布，从各向压住钢管，牵引装置拉住钢管管端。多个可转动的弧形轮组成，沿钢管圆周各向压住钢管，形成约束法成型，牵引机拉住钢管管端。

作为优选，所述的组合转模拉拔卷管装备还包括预翻边装置、内压装置、焊接装置和切割装置，预翻边装置设置在输送滚筒装置与组合式转模装置之间，焊接装置和切割装置设置在组合式转模装置之后。

作为优选，所述的组合式转模装置由多个弧形轮组成，围成钢管外径，弧形轮为凹式或凸式，弧形轮通过液压杆与反力支撑件连接。凹式弧形轮可完全贴合钢管外径，凸式弧形轮则可自由组合出各种钢管外径规格，且因密排，能确保钢管外径顺畅一致。弧形轮可根据钢管外径组合及伸缩，弧形轮在牵引作用下边转边压，将钢板压成钢管。采用转模方法，可将成型荷载由传统的弯曲及纵向磨阻力最大限度转变成环抱压应力，强大的环抱压应力是等宽钢板压制成等圆周钢管的必要条件，也是减少成型缺陷的必要保障，除非采用加热，但加热能耗大、效率低，并在确保强大的环抱压应力的同时，减少牵引力。

作为优选，所述的组合式转模装置的弧形轮沿生产线方向设置二排以上，逐级将钢板压成钢管。

作为优选，所述的反力支撑件为连续岩体的隧道或反力钢架。组合式转模装置安装在连续岩体的隧道内，采用隧道反力代替反力钢架，对于较大和管径、厚壁钢管的装备而言，可节约大量钢材。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本发明采用径向约束成型法，通过隧道转模工艺，使外侧拉应力被长度约束的压应力基本抵消，内侧的压应力倍增，可减少钢板外侧因拉伸形引起的纤维状裂纹的成型缺陷，钢管内侧则由于压力的倍增，进一步对钢板还起到了二次强化作用。

附图说明

图1是本发明实施例1在小径厚比冷拔卷焊钢管的结构示意图。

图2是本发明实施例1中组合转模拉拔卷管装备的结构示意图。

图3是图2中A-A面的截面图。

图4是图2中B-B面的截面图。

以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中1—输送滚筒装置、2—组合式转模装置、3—预翻边装置、4—内压装置、5—反力支撑件、21—弧形轮、22—液压杆、8—钢板、9—钢管。

具体实施方式

下面结合附图1至图4与实施例对本发明作进一步详细描述：

实施例1

小径厚比冷拔卷焊钢管，如图1至图4所示，钢管9外径为D，钢管9壁厚为t，所述的钢管9径厚比D/t≤21，其钢板8卷成后的钢管9壁厚t≥4mm。钢管径厚比D/t可以为21、20、19、18、17、16、15、14，t的厚度可以为4mm、5mm、6mm、7mm、8mm。

钢板卷成后的钢管，其钢管拼缝沿钢管纵向设置，钢管拼缝采用焊接连接。钢板卷成后的钢管，钢板宽度方向卷成钢管圆周方向，钢板长度方向卷成钢管长度方向，钢管外径D的圆周长≥钢板宽度≥直径为（D-t/2）的圆周长。传统无约束工艺生产的钢管所需要的钢板宽度一般为（D-t）×π，本工艺因采用约束法，使外侧拉伸减少，故其钢板宽度为（D-t/2）×π至D×π之间，也就是说在制造相同直径钢管时，用本工艺制作的钢板宽度要大于传统工艺制作时的钢板宽度，实质上是成型过程中致密度提高了，钢板产生缺陷的概率减少了。

组合转模拉拔卷管装备，包括输送滚筒装置1、组合式转模装置2、牵引装置，组合式转模装置2包括一个以上的弧形轮21，弧形轮21沿钢管外径圆周分布，从各向压住钢管，牵引装置拉住钢管9管端。多个可转动的弧形轮组成，沿钢管圆周各向压住钢管，形成约束法成型，牵引机拉住钢管管端。

组合转模拉拔卷管装备还包括预翻边装置3、内压装置4、焊接装置和切割装置，预翻边装置3设置在输送滚筒装置1与组合式转模装置2之间，焊接装置和切割装置设置在组合式转模装置2之后。

组合式转模装置2由多个弧形轮21组成，围成钢管外径，弧形轮21为凹式，弧形轮21通过液压杆22与反力支撑件5连接。凹式弧形轮可完全贴合钢管外径，且因密排，能确保钢管外径顺畅一至。弧形轮可根据钢管外径组合及伸缩，弧形轮在牵引作用下边转边压，将钢板压成钢管。采用转模方法，可将成型荷载由传统的弯曲及纵向磨阻力最大限度转变成环抱压应力，强大的环抱压应力是等宽钢板压制成等圆周钢管的必要条件，也是减少成型缺陷的必要保障，除非采用加热，但加热能耗大、效率低，并在确保强大的环抱压应力的同时，减少牵引力。弧形轮21与反力支撑件5通过液压杆22连接，通过控制液压杆22的压力，实现将弧形轮21紧紧的贴合在半成型钢管或成型钢管的外壁上，实现对钢管外壁的强大的环抱压应力。

组合式转模装置2的弧形轮21沿生产线方向设置二排以上，逐级将钢板8压成钢管9。沿着生产线的方向，弧形轮21逐渐增多，相应的半成型钢管也逐渐的沿着生产线成为成型钢管。

反力支撑件5为连续岩体的隧道。组合式转模装置2安装在连续岩体的隧道内，采用隧道反力代替反力钢架，对于较大和管径、厚壁钢管的装备而言，可节约大量钢材。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：钢管径厚比D/t≤13，其钢板厚度t大于8mm，钢管采用钢板卷制而成。钢管径厚比D/t可以为13、12、11、10、9、8，t的厚度可以为8mm、9mm、10mm、11mm、12mm。如图1所述，本发明中的钢管外壁的直径为D，钢管壁厚为t，其中压缩区的钢管壁厚t1，拉伸区的钢管壁厚为t2，且有t1+t2=t，t1≥t2。

钢板卷成后的钢管，其钢管拼缝沿钢管纵向设置，钢管拼缝采用焊接连接。钢板卷成后的钢管，钢板宽度方向卷成钢管圆周方向，钢板长度方向卷成钢管长度方向，钢管外径D的圆周长≥钢板宽度≥直径为D-t/2的圆周长。

组合转模拉拔卷管装备还包括预翻边装置3、内压装置4、焊接装置和切割装置，预翻边装置3设置在输送滚筒装置1与组合式转模装置2之间，焊接装置和切割装置设置在组合式转模装置2之后。

组合式转模装置2由多个弧形轮21组成，围成钢管外径，弧形轮21为凸式，弧形轮21通过液压杆22与反力支撑件5连接。凸式弧形轮则可自由组合出各种钢管外径规格，且因密排，能确保钢管外径顺畅一至。弧形轮可根据钢管外径组合及伸缩，弧形轮在牵引作用下边转边压，将钢板压成钢管。采用转模方法，可将成型荷载由传统的弯曲及纵向磨阻力最大限度转变成环抱压应力，强大的环抱压应力是等宽钢板压制成等圆周钢管的必要条件，也是减少成型缺陷的必要保障，除非采用加热，但能耗大效率低，并在确保强大的环抱压应力的同时，减少牵引力。

组合式转模装置2的弧形轮21沿生产线方向设置二排以上，逐级将钢板8压成钢管9。反力支撑件5为反力钢架。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：钢管径厚比D/t≤7，其钢板厚度t大于12mm，钢管采用钢板卷制而成。钢管径厚比D/t可以为7、6、5、4，t的厚度可以为13mm、14mm、15mm、16mm、17mm。

如图1所示，本发明中的钢管外壁的直径为D，钢管壁厚为t，其中压缩区的钢管壁厚t1，拉伸区的钢管壁厚为t2，且有t1+t2=t，t1≥t2，以及t1≥0.75t。

本发明适用于径厚比D/t≤21的无缺陷成型，尤其适用于径厚比D/t≤14的无缺陷成型，适用于成型钢板厚度在4毫米以上，尤其适用于壁厚16毫米以上的冷拔卷焊钢管，降低成型制品缺陷率，是小径厚比无缝钢管的优质替代品。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.小径厚比冷拔卷焊钢管，钢管（9）外径为D，钢管（9）壁厚为t，其特征在于：所述的钢管（9）径厚比D/t≤21，其钢板（8）卷成后的钢管（9）壁厚t≥4mm。

2.根据权利要求1所述的小径厚比冷拔卷焊钢管，其特征在于：钢板（8）卷成后的钢管（9），其钢管（9）拼缝沿钢管纵向设置，钢管拼缝采用焊接连接。

3.根据权利要求1所述的小径厚比冷拔卷焊钢管，其特征在于：钢板（8）卷成后的钢管（9），钢板（8）宽度方向卷成钢管（9）圆周方向，钢板（8）长度方向卷成钢管（9）长度方向，钢管（9）外径D的圆周长≥钢板宽度≥直径为（D-t/2）的圆周长。

4.根据权利要求1所述的小径厚比冷拔卷焊钢管，其特征在于：所述的钢管（9）径厚比D/t≤13，其钢板（8）厚度t大于8mm，钢管（9）采用钢板卷制而成。

5.根据权利要求1所述的小径厚比冷拔卷焊钢管，其特征在于：所述的钢管（9）径厚比D/t≤7，其钢板（8）厚度t大于12mm，钢管（9）采用钢板卷制而成。

6.组合转模拉拔卷管装备，包括输送滚筒装置（1）、组合式转模装置（2）、牵引装置，其特征在于：组合式转模装置（2）包括一个以上的弧形轮（21），弧形轮（21）沿钢管外径圆周分布，从各向压住钢管（9），牵引装置拉住钢管（9）管端。

7.根据权利要求6所述的组合转模拉拔卷管装备，其特征在于：还包括预翻边装置（3）、内压装置（4）、焊接装置和切割装置，预翻边装置（3）设置在输送滚筒装置（1）与组合式转模装置（2）之间，焊接装置和切割装置设置在组合式转模装置（2）之后。

8.根据权利要求6或7所述的组合转模拉拔卷管装备，其特征在于：所述的组合式转模装置（2）由多个弧形轮（21）组成，弧形轮（21）围成钢管外径，弧形轮（21）为凹式或凸式，弧形轮（21）通过液压杆（22）与反力支撑件（5）连接。

9.根据权利要求6或7所述的组合转模拉拔卷管装备，其特征在于：所述的组合式转模装置（2）的弧形轮（21）沿生产线方向设置二排以上，逐级将钢板（8）压成钢管（9）。

10.根据权利要求6或7所述的组合转模拉拔卷管装备，其特征在于：所述的反力支撑件（5）为连续岩体的隧道或反力钢架。

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