一种B型套筒的加工方法
技术领域
本发明属于油气输送领域,具体涉及一种B型套筒的加工方法,该B型套 筒用于油气输送管道的抢维修作业。
背景技术
采用管道输送油气具有高效、便捷、环保的优点,目前长距离输送管道 里程达8万多公里,给生活带来了极大的便利。管道属于特殊的压力容器, 管道在使用过程中,由于自身或者外界因素等因素,可能会发生渗漏或者破 损,则需要进行抢修,抢修过程是在管道内部介质正常输送情况下完成;同 时,管道在使用期间也需要进行检验,检出管道中存在的缺陷,比如腐蚀造 成的金属损失(壁厚减薄)。
针对环焊缝处的缺陷修复通常采用两种选择:换管或B型套筒补强修复。 换管导致管道降压、介质放空、工序复杂、耗能耗时、安全风险大、更换成 本高;现有的B型套筒一般采用16Mn或Q235材质加工,材料强度级别低, 如修复高钢级(如X70、X80)大口径的管道,所需B型套筒的壁厚很大,同 时该大壁厚B型套筒的加工采用模具制造,其生产工序复杂、成本高、难度 大,同时厚壁B型套筒现场安装施工难度大、现场焊接施工时间长,易出焊 接缺陷,安装质量较难保证。
发明内容
本发明的目的是解决现有生产B型套筒工序复杂、成本高、难度大、安 装质量较难保证的技术问题,提供了一种B型套筒的加工方法,该B型套筒 用于油气输送管道的抢维修作业。
本发明的技术方案是:
一种B型套筒的加工方法,其特殊之处在于,包括以下步骤:
1)选取板材
2)加工板材
在板材上表面的中部开设带状的凹槽,在板材上表面的两端开有平行于 凹槽的L型缺口;
3)加工直缝埋弧焊钢管
将板材加工成直缝埋弧焊钢管,所述凹槽和L型缺口沿直缝埋弧焊钢管 的轴向分布,且凹槽和L型缺口位于直缝埋弧焊钢管的内表面,所述直缝埋 弧焊钢管的内径与待维修钢管的外径相适配;
4)直缝埋弧焊钢管的内表面加工环形凹槽
通过扩径装置在直缝埋弧焊钢管内表面加工出环形凹槽;
5)切割
对加工有环形凹槽的直缝埋弧焊钢管进行切割,得到半圆形套筒,所述 半圆形套筒内表面含有一个环形凹槽,半圆形套筒沿轴向的其中一个直边的 内表面为L型缺口,另一个直边的内表面为凹槽的一半,形成L型缺口;
6)加工半圆形套筒
在半圆形套筒两直边的边缘分别加工焊接坡口和钝边,两个半圆形套筒 配合使用形成B型套筒。
进一步地,步骤4)具体为:
4.1)在直缝埋弧焊钢管上预设N个需加工环形凹槽的位置,沿直缝埋弧 焊钢管轴向依次为第一预设位置、……、第N预设位置;
4.2)以加工的直缝埋弧焊钢管为母管,在感应加热弯管机上将感应加热 圈与母管相对轴向运动,对该母管依次从靠近第一预设位置的一端开始沿轴 向进行连续感应加热并在加热后喷水快速冷却,当感应加热圈到达母管第一 预设位置,感应加热至指定温度时,扩径装置的扩径头从母管内到达第一预 设位置进行周向外扩,外扩时对母管施加一轴向压缩载荷以使外扩部位有一 定的挤压增厚,将直缝埋弧焊钢管第一预设位置内表面加工出环形凹槽,随 后对该加热部位喷水快冷热处理;扩径头缩回,等待对下一预设位置的扩径; 持续在感应加热弯管机上将感应加热圈与母管相对轴向运动,对该母管进行 连续感应加热并在加热后喷水快速冷却;
4.3)当感应加热圈到达母管第二预设位置,感应加热至指定温度时,扩 径装置的扩径头从母管内到达第二预设位置进行周向外扩,外扩时对母管施 加一轴向压缩载荷以使外扩部位有一定的挤压增厚,将直缝埋弧焊钢管第二 预设位置内表面加工出环形凹槽,随后对该加热部位喷水快冷热处理;扩径 头缩回,等待对下一预设位置的扩径;
依次类推,当感应加热圈到达母管第N预设位置,感应加热至指定温度 时,扩径装置的扩径头从母管内到达第N预设位置进行周向外扩,外扩时对 母管施加一轴向压缩载荷以使外扩部位有一定的挤压增厚,将直缝埋弧焊钢 管第N预设位置内表面加工出环形凹槽,随后对该加热部位喷水快冷热处理; 扩径头缩回;持续在感应加热弯管机上将感应加热圈与母管相对轴向运动, 对该母管进行连续感应加热并在加热后喷水快速冷却;
4.4)待整个母管加工结束,对母管回火热处理。
进一步地,步骤4)具体为:
4.1)对直缝埋弧焊钢管整管进行淬火热处理,快冷后的钢管再进行回火 处理;
4.2)以步骤4.1)处理后的直缝埋弧焊钢管为母管,在母管预先设计的 位置,对母管进行加热;
同时,当该位置加热到设定值时,扩径装置的扩径头从母管内到达直缝 埋弧焊钢管的加热部位进行周向外扩,外扩时对母管施加一轴向压缩载荷以 使外扩部位有一定的挤压增厚,将直缝埋弧焊钢管内表面加工出环形凹槽;
4.3)对该加热部位喷水快冷热处理;
4.4)扩径头缩回,等待对下一处位置的扩径;
4.5)加工有环形凹槽的部位通过加热进行回火处理。
进一步地,步骤4)具体为:
4.1)以加工的直缝埋弧焊钢管为母管,在母管预先设计的位置,扩径装 置的扩径头从母管内到达该位置进行周向外扩,外扩时对母管施加一轴向压 缩载荷以使外扩部位有一定的挤压增厚,将直缝埋弧焊钢管内表面加工出环 形凹槽;
4.2)扩径头缩回,等待对下一处位置的扩径。
进一步地,当执行步骤2)之前需对选取的板材进行超声波探伤检测。
进一步地,执行步骤5)之前需对已加工内表面环形凹槽的直缝埋弧焊钢 管进行校直整圆。
进一步地,步骤3)中将板材加工成直缝埋弧焊钢管采用JCOE/RB方式 生产加工。
同时,本发明提供了一种B型套筒的加工方法,其特殊之处在于,包括 以下步骤:
1)选取钢管
所述钢管的内径与待维修钢管的外径相适配;
2)钢管的内表面加工环形凹槽
通过扩径装置在钢管内表面加工出环形凹槽;
3)切割
对加工有环形凹槽的直缝埋弧焊钢管进行切割,得到半圆形套筒,所述 半圆形套筒内表面含有一个环形凹槽;
4)加工半圆形套筒
4.1)在半圆形套筒沿轴向的两直边边缘开设带状的凹槽;
4.2)半圆形套筒的两直边边缘分别加工焊接坡口和钝边,两个半圆形套 筒配合使用形成B型套筒。
进一步地,步骤2)具体为:
2.1)以选取的钢管为母管,在母管预先设计的位置,扩径装置的扩径头 从母管内到达该位置进行周向外扩,外扩时对母管施加一轴向压缩载荷,在 钢管内表面加工出环形凹槽;
2.2)扩径头缩回,等待对下一处位置的扩径。
进一步地,步骤2)具体为:
2.1)在钢管上预设N个需加工环形凹槽的位置,沿钢管轴向依次为第一 预设位置、……、第N预设位置;
2.2)以加工的钢管为母管,在感应加热弯管机上将感应加热圈与母管相 对轴向运动,对该母管依次从靠近第一预设位置的一端开始沿轴向进行连续 感应加热并在加热后喷水快速冷却,当感应加热圈到达母管第一预设位置, 感应加热至指定温度时,扩径装置的扩径头从母管内到达第一预设位置进行 周向外扩,外扩时对母管施加一轴向压缩载荷以使外扩部位有一定的挤压增 厚,将钢管第一预设位置内表面加工出环形凹槽,随后对该加热部位喷水快 冷热处理;扩径头缩回,等待对下一预设位置的扩径;持续在感应加热弯管 机上将感应加热圈与母管相对轴向运动,对该母管进行连续感应加热并在加 热后喷水快速冷却;
2.3)当感应加热圈到达母管第二预设位置,感应加热至指定温度时,扩 径装置的扩径头从母管内到达第二预设位置进行周向外扩,外扩时对母管施 加一轴向压缩载荷以使外扩部位有一定的挤压增厚,将钢管第二预设位置内 表面加工出环形凹槽,随后对该加热部位喷水快冷热处理;扩径头缩回,等 待对下一预设位置的扩径;持续在感应加热弯管机上将感应加热圈与母管相 对轴向运动,对该母管进行连续感应加热并在加热后喷水快速冷却;
依次类推,当感应加热圈到达母管第N预设位置,感应加热至指定温度 时,扩径装置的扩径头从母管内到达第N预设位置进行周向外扩,外扩时对 母管施加一轴向压缩载荷以使外扩部位有一定的挤压增厚,将钢管第N预设 位置内表面加工出环形凹槽,随后对该加热部位喷水快冷热处理;扩径头缩 回;持续在感应加热弯管机上将感应加热圈与母管相对轴向运动,对该母管 进行连续感应加热并在加热后喷水快速冷却;
2.4)待整个母管加工结束,对母管回火热处理。
进一步地,2.1)对钢管整管进行淬火热处理,快冷后的钢管再进行回火 处理;
2.2)以步骤2.1)处理后的钢管为母管,在母管预先设计的位置,对母 管进行加热;
同时,当该位置加热到设定值时,扩径装置的扩径头从母管内到达钢管 的加热部位进行周向外扩,外扩时对母管施加一轴向压缩载荷,将钢管内表 面加工出环形凹槽;
2.3)对该加热部位喷水快冷热处理;
2.4)扩径头缩回,等待对下一处位置的扩径;
2.5)加工有环形凹槽的部位通过加热进行回火处理。
进一步地,当执行步骤1)之前需对选取的钢管进行超声波探伤检测;
当执行步骤3)之前需对已加工内表面环形凹槽的钢管进行校直整圆本发 明与现有技术相比,具有以下技术效果:
1、本发明的加工方法,首先生产加工直缝埋弧焊钢管,直缝埋弧焊钢管 加热后通过扩径装置加工出内表面的环形凹槽,切割得到B型套筒,不需要 复杂的模具,生产简单、便捷、高效;
在半圆形套筒的端部两直边边缘加工焊接坡口和钝边,内表面的环形凹 槽与钢管环焊缝相适应,将B型套筒套装在待待维修钢管表面,在焊接坡口 和钝边处将两个半圆形套筒通过对焊焊接在钢管上,同时将半圆形套筒两端 通过环向角焊缝与待维修钢管连接,对钢管环焊缝的缺陷进行修复。
2、本发明的板材选择可经热处理能获得良好力学性能的材料,可使加工 的B型套筒经过热加工后保持良好的力学性能。
3、本发明加工的B型套筒还适用于管道的其它部位处的渗漏或者破损的 修复。
4、本发明的加工方法也可直接选用管材,然后进行加工出内表面的环形 凹槽,切割得到半圆形套筒,在半圆形套筒沿轴向的两直边边缘开设带状的 凹槽,得到B型套筒,不需要复杂的模具,生产简单、便捷、高效。
附图说明
图1为实施例中板材的结构示意图(板材上开有凹槽和L型缺口);
图2为实施例中直缝埋弧焊钢管的截面示意图;
图3为实施例中感应线圈对直缝埋弧焊钢管进行加热,同时扩径头伸入 直缝埋弧焊钢管内的示意图;
图4为实施例中直缝埋弧焊钢管的内表面加工三个环形凹槽的结构示意 图;
图5为实施例中直缝埋弧焊钢管的圆环套筒的结构示意图;
图6为图5沿凹槽的中心线将圆环套筒切割为两个半圆形套筒的截面示 意图(两个半圆形套筒扣合形成B型套筒);
图7为本实施例B型套筒焊接在钢管的环焊缝连接处的示意图;
图8为图7的A-A剖视图;
图9为图7的B-B剖视图。
其中,附图标记如下:
1-直缝埋弧焊钢管,11-凹槽,12-L型缺口,13-环形凹槽,14-径向切割 线;2-扩径装置,3-支架,4-滚轮,5-感应线圈,6-B型套筒,7-待维修钢管, 8-角焊缝,9-套筒纵焊缝,10-环焊缝,15-垫片,16-临时纵缝。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
本发明提供了一种B型套筒的加工方法,包括以下步骤:
1)选取板材
2)加工板材
如图1所示,在板材上表面的中部开设带状的凹槽,在板材上表面的两 端开有平行于凹槽的L型缺口;
3)加工直缝埋弧焊钢管
如图2所示,将板材加工成直缝埋弧焊钢管1,所述凹槽11和L型缺口 12沿直缝埋弧焊钢管的轴向分布,且凹槽和L型缺口位于直缝埋弧焊钢管的 内表面,所述直缝埋弧焊钢管的内径与待维修钢管7的外径相适配;
4)直缝埋弧焊钢管的内表面加工环形凹槽
如图3所示,通过扩径装置2在直缝埋弧焊钢管1内表面加工出环形凹 槽13;
5)切割
如图4至6所示,对加工有环形凹槽的直缝埋弧焊钢管进行切割,得到 半圆形套筒,所述半圆形套筒内表面含有一个环形凹槽,半圆形套筒沿轴向 的其中一个直边的内表面为L型缺口;
6)加工半圆形套筒
在半圆形套筒两直边的边缘分别加工焊接坡口和钝边,两个半圆形套筒 配合使用形成B型套筒6。
实施例一
对直缝埋弧焊钢管的热处理与扩径同时进行
1)选择可经热处理(快冷(淬火)+回火)能获得良好力学性能的材料 (用于感应弯管的材料,如下表1所示的钢/控轧控冷钢),生产加工的板材。
表1适用于感应弯管生产的钢/控轧控冷钢产品化学成分(wt%)
其中:a)碳含量比规定最大质量分数每降低0.01%,则允许锰含量比 规定最大质量分数增加0.05%,但对于大于等于B/L245和X52/L360的钢级, 最大值不应超过1.65%;对于X60/L415的钢级,最大值不应超过1.75%; 对于X70/L485钢级,最大值不应超过1.85%;对于L555或X80的钢级,最 大值不应超过1.95%。
b)如果碳的质量分数大于0.12%,则CEIIW适用;如果碳的质量分数小 于等于0.12%,则CEpcm适用。
对于产品分析中碳的质量分数等于或小于0.12%的钢管,碳当量CEPcm 应按公式(1)计算确定:
式中化学元素符号表示质量分数。
对于产品分析中碳的质量分数大于0.12%的钢管,碳当量CEIIW应按公 式(2)计算确定:
式中化学元素符号表示质量分数。
2)在加工直缝埋弧焊钢管前,对板材进行100%覆盖率的超声波探伤,确 保板材上表面拟加带状的凹槽和L型缺口部位没有分层及其他缺陷。
3)如图1所示,在板材的1/2位置沿纵向打磨(刨铣)加工1.5mm(深) ×70mm(宽)×板长的带状的凹槽,在板材的两纵向板边打磨(刨铣)加工 1.5mm(深)×30mm(宽)×板长的L型缺口,优选凹槽的位置在板材的约1/2 位置偏一边一点的位置(通过实际加工,该位置需精确确定)。
4)将板材生产加工成直缝埋弧焊钢管,凹槽和L型缺口沿直缝埋弧焊钢 管的轴向分布,且凹槽和L型缺口位于直缝埋弧焊钢管的内表面,两纵向板 边的L型缺口形成临时纵缝16,直缝埋弧焊钢管的内径应该与待维修钢管的 外径相同,或者比待维修钢管的外径稍大。
将板材生产加工成直缝埋弧焊钢管,优选采用JCOE/RB方式生产加工成 直缝埋弧焊钢管,其更容易调管型外径。
直缝埋弧焊钢管的壁厚应该为通过计算得到的B型套筒的壁厚(B型套筒 实际需要的壁厚)大2mm。
5)以上述生产加工的直缝埋弧焊钢管为母管,通过滚轮4将直缝埋弧焊 钢管固定在支架3上,在感应加热弯管机上将感应加热圈(感应线圈5)与母 管相对轴向运动,对该母管进行连续感应加热,加热至设定温度,如950℃, 随后对加热过的部位立即进行适当的连续喷水快冷热处理(类似于淬火的热 处理);对母管进行加热的同时在预先设计的适当位置,当直缝埋弧焊钢管 拟加工内环槽部位局部感应加热至950℃时,从管内伸入扩径头至加热部位, 将钢管内壁圆周外扩加工出3mm(径向、深)×30mm(轴向、宽)整个一周的 内表面凹槽(从外表面看对应的是一周向的鼓胀凸环),外扩该凹槽时,对 钢管母管同时施加一轴向压缩载荷,使扩径部位轴向受压而对形成凹槽部位 的壁厚有一定的挤压增厚作用;将钢管内壁周向外扩加工出内表面凹槽完成 后,将扩径头缩回,等待对下一处位置的环扩,待整个母管加工结束,对母 管回火热处理。
本实施例的直缝埋弧焊钢管加工三个环形凹槽,如图3所示,具体步骤 为:
a)在直缝埋弧焊钢管上预设三个需加工环形凹槽的位置,沿直缝埋弧焊 钢管轴向依次为第一预设位置、第二预设位置、第三预设位置,且沿轴向均 布;
b)以加工的直缝埋弧焊钢管为母管,在感应加热弯管机上将感应加热圈 与母管相对轴向运动,对该母管依次从靠近第一预设位置的一端开始沿轴向 进行连续感应加热并在加热后喷水快速冷却,当感应加热圈到达母管第一预 设位置,感应加热至指定温度时,扩径装置的扩径头从母管内到达第一预设 位置进行周向外扩,外扩时对母管施加一轴向压缩载荷以使外扩部位有一定 的挤压增厚,将直缝埋弧焊钢管第一预设位置内表面加工出环形凹槽,随后 对该加热部位喷水快冷热处理;扩径头缩回,等待对下一预设位置的扩径; 持续在感应加热弯管机上将感应加热圈与母管相对轴向运动,对该母管进行 连续感应加热并在加热后喷水快速冷却;
c)当感应加热圈到达母管第二预设位置,感应加热至指定温度时,扩径 装置的扩径头从母管内到达第二预设位置进行周向外扩,外扩时对母管施加 一轴向压缩载荷以使外扩部位有一定的挤压增厚,将直缝埋弧焊钢管第二预 设位置内表面加工出环形凹槽,随后对该加热部位喷水快冷热处理;扩径头 缩回,等待对下一预设位置的扩径;持续在感应加热弯管机上将感应加热圈 与母管相对轴向运动,对该母管进行连续感应加热并在加热后喷水快速冷却;
依次类推,当感应加热圈到达母管第N预设位置,感应加热至指定温度 时,扩径装置的扩径头从母管内到达第N预设位置进行周向外扩,外扩时对 母管施加一轴向压缩载荷以使外扩部位有一定的挤压增厚,将直缝埋弧焊钢 管第N预设位置内表面加工出环形凹槽,随后对该加热部位喷水快冷热处理; 扩径头缩回;持续在感应加热弯管机上将感应加热圈与母管相对轴向运动, 对该母管进行连续感应加热并在加热后喷水快速冷却;
d)待整个母管加工结束,对母管回火热处理。
6)待整根母管加工结束,母管温度降到200℃以下后,再次启动感应 加热设备,将整根母管(包括鼓胀环部位)进行回火热处理,热处理时温度 升高到约560℃,使受热部位保持该温度3~5分钟后空冷,则完成带鼓胀槽 钢管的加工。
7)将加工有环形凹槽的直缝埋弧焊钢管进行严格校直、整圆。
8)将直缝埋弧焊钢管按套筒设计长度截断,扩径装置在直缝埋弧焊钢管 内表面加工出并排设置的三个环形凹槽时,首先沿竖直径向切割(径向切割 线14),将其切割为3个圆环套筒,如图4所示,环形凹槽位于圆环套筒轴 向的中部,然后水平切割,即沿两个L型缺口之间的临时纵缝并经过直缝埋 弧焊钢管的轴心,将带状的凹槽一分为二,如图6所示,每个圆环套筒切割 后得到两个半圆形套筒,半圆形套筒的两直边分别为L型缺口和凹槽部分; 若直缝埋弧焊钢管只加工出一个环形凹槽时,只需沿轴向切割即可。
9)每个圆环套筒切割后得到两个半圆形套筒的四边进行加工,两个纵边 加工出焊接坡口和钝边,两个半圆形套筒配合使用形成B型套筒,半圆形套 筒的一边的纵边内表面在使用时槽带内安装焊接垫片,剩下的另一半纵边可 通过辊压机减径加工出小一号规格(直径)的套筒。
本实施例的B型套筒对待维修钢管进行修复时,如图7至9所示,半圆 形套筒的环形凹槽将扣于待维修钢管7的环焊缝10处,在半圆形套筒的凹槽 内(B型套筒与待维修钢管之间)设置垫片15,防止焊接半圆形套筒时,对 待维修钢管的损伤,半圆形套筒的两直边焊接形成套筒纵焊缝9,圆周方向为 角焊缝8。
实施例二
对直缝埋弧焊钢管热处理后再进行扩径
1)选择与实施例一相同的板材。
2)在加工直缝埋弧焊钢管前,对板材进行100%覆盖率的超声波探伤,确 保板材上表面拟加带状的凹槽和L型缺口部位没有分层及其他缺陷。
3)如图1所示,在板材的1/2位置沿纵向打磨(刨铣)加工1.5mm(深) ×70mm(宽)×板长的带状的凹槽,在板材的两纵向板边打磨(刨铣)加工 1.5mm(深)×30mm(宽)×板长的L型缺口,优选凹槽的位置在板材的约1/2 位置偏一边一点的位置(通过实际加工,该位置需精确确定)。
4)将板材生产加工成直缝埋弧焊钢管,凹槽和L型缺口沿直缝埋弧焊钢 管的轴向分布,且凹槽和L型缺口位于直缝埋弧焊钢管的内表面,两纵向板 边的L型缺口形成临时纵缝,直缝埋弧焊钢管的内径应该与待维修钢管的外 径相同,或者比待维修钢管的外径稍大。
将板材生产加工成直缝埋弧焊钢管,优选采用JCOE/RB方式生产加工成 直缝埋弧焊钢管,更容易调管型外径。
直缝埋弧焊钢管的壁厚应该为通过计算得到的B型套筒的壁厚(B型套筒 实际需要的壁厚)大2mm。
5)将上述生产加工的直缝埋弧焊钢管在感应加热弯管机上进行感应加热 及随后立即地快速喷水快冷(类似于淬火),快冷后的钢管再在感应加热弯 管机上进行感应加热回火或在箱式热处炉中进行回火处理,以使钢管达到要 求的强韧性能。
以上述生产加工的直缝埋弧焊钢管为母管,在感应加热弯管机上扩出(鼓 出)内环槽,该内环槽将扣于待修复环焊缝处。
将直缝埋弧焊钢管拟加工内环槽部位局部感应加热至950℃,从管内伸 入扩径头至加热部位,将钢管内壁加工出3mm(径向、深)×30mm(轴向、宽) 的内表面凹槽;在将钢管局部鼓胀同时,给钢管轴向加载使受热部位产生轴 向挤压,在加工出内凹槽同时让内凹槽处通过挤压增加壁厚,如附图3所示。
从管内取出扩径装置、鼓胀处仍处于高温(如950℃)同时,向形成鼓 胀槽部位喷水快冷,使该部位达到类似淬火的热处理,环形凹槽(鼓胀槽) 部位淬火完成后再对鼓胀部位进行回火热处理。
6)待整根母管加工结束,母管温度降到200℃以下后,再次启动感应 加热设备,将整根母管(包括鼓胀环部位)进行回火热处理,热处理时温度 升高到约560℃,使受热部位保持该温度3~5分钟后空冷,则完成带鼓胀槽 钢管的加工。
7)将加工有环形凹槽的直缝埋弧焊钢管进行严格校直、整圆。
8)将直缝埋弧焊钢管按套筒设计长度截断,扩径装置在直缝埋弧焊钢管 内表面加工出并排设置的三个环形凹槽时,首先沿竖直径向切割(径向切割 线14),将其切割为3个圆环套筒,如图4所示,环形凹槽位于圆环套筒轴 向的中部,然后水平切割,即沿两个L型缺口之间的临时纵缝并经过直缝埋 弧焊钢管的轴心,将带状的凹槽一分为二,如图6所示,每个圆环套筒切割 后得到两个半圆形套筒,半圆形套筒的两直边分别为L型缺口和凹槽部分; 若直缝埋弧焊钢管只加工出一个环形凹槽时,只需沿轴向切割即可。
9)每个圆环套筒切割后得到两个半圆形套筒的四边进行加工,两个纵边 加工出焊接坡口和钝边,两个半圆形套筒配合使用形成B型套筒,半圆形套 筒的一边的纵边内表面在使用时槽带内安装焊接垫片,剩下的另一半纵边可 通过辊压机减径加工出小一号规格(直径)的套筒。
本实施例的B型套筒对待维修钢管进行修复时,如图7至9所示,半圆 形套筒的环形凹槽将扣于待维修钢管7的环焊缝10处,在半圆形套筒的凹槽 内(B型套筒与待维修钢管之间)设置垫片15,防止焊接半圆形套筒时,对 待维修钢管的损伤,半圆形套筒的两直边焊接形成套筒纵焊缝9,圆周方向为 角焊缝8。
实施例三
对直缝埋弧焊钢管进行冷扩径
1)选择力学性能良好的钢板材料(如用于焊管生产的材料,如下表2所 示的钢/控轧控冷钢),生产加工的板材。
表2适用于钢管生产的产品化学成分(wt%)(壁厚t≤25.0mm)
其中:a根据产品分析。如果碳的质量分数大于0.12%,则CEIIW极限 适用;如果碳的质量分数小于等于0.12%,则CEPcm极限适用。
b碳含量比规定最大质量分数每降低0.01%,则允许锰含量比规定最大 质量分数增加0.05%,但对于大于等于L245或B小于等于L360或X52的钢 级,最大值不应超过1.65%;对于大于L360或X52小于L485或X70的钢 级,最大值不应超过1.75%;对于大于等于L485或X70钢级小于等于L555 或X80的钢级,最大值不应超过2.00%。
c铌、钒和钛的总含量不应超过0.15%。
d铜的最大含量为0.50%,镍的最大含量为0.30%,铬的最大含量为 0.30%,钼的最大含量为0.15%。对于L360/X52及以下钢级,不应有意加入 铜、铬和镍。
e铌、钒和钛的总含量不应超过0.15%。
f铜的最大含量为0.50%,镍的最大含量为0.50%,铬的最大含量为 0.50%,钼的最大含量为0.50%。
g铜的最大含量为0.50%,镍的最大含量为1.00%,铬的最大含量为 0.50%,钼的最大含量为0.50%。
h不得有意加入硼,残留硼含量应≤0.001%。
2)在加工直缝埋弧焊钢管前,对板材进行100%覆盖率的超声波探伤,确 保板材上表面拟加带状的凹槽和L型缺口部位没有分层及其他缺陷。
3)如图1所示,在板材的1/2位置沿纵向打磨(刨铣)加工1.5mm(深) ×70mm(宽)×板长的带状的凹槽,在板材的两纵向板边打磨(刨铣)加工 1.5mm(深)×30mm(宽)×板长的L型缺口,优选凹槽的位置在板材的约1/2 位置偏一边一点的位置(通过实际加工,该位置需精确确定)。
4)将板材生产加工成直缝埋弧焊钢管,凹槽和L型缺口沿直缝埋弧焊钢 管的轴向分布,且凹槽和L型缺口位于直缝埋弧焊钢管的内表面,两纵向板 边的L型缺口形成临时纵缝,直缝埋弧焊钢管的内径应该与待维修钢管的外 径相同,或者比待维修钢管的外径稍大。
将板材生产加工成直缝埋弧焊钢管,优选采用JCOE/RB方式生产加工成 直缝埋弧焊钢管,更容易调管型外径。
直缝埋弧焊钢管的壁厚应该为通过计算得到的B型套筒的壁厚(B型套筒 实际需要的壁厚)大2mm。
5)以上述生产加工的直缝埋弧焊钢管为母管,在钢管扩径机上从管内伸 入扩径头,在预先设计的适当位置,将钢管内壁圆周外扩加工出3mm(径向、 深)×30mm(轴向、宽)整个一周的内表面凹槽(从外表面看对应的应是一 周向的凸环);将钢管内壁周向外扩加工出3mm(径向、深)×30mm(轴向、 宽)整个一周的内表面凹槽(从外表面看对应的应是一周向的凸环)完成后, 将扩径头缩回,等待对下一处位置的环扩。
6)将加工有环形凹槽的直缝埋弧焊钢管进行严格校直、整圆。
7)将直缝埋弧焊钢管按套筒设计长度截断,扩径装置在直缝埋弧焊钢管 内表面加工出并排设置的三个环形凹槽时,首先沿竖直径向切割,将其切割 为3个圆环套筒,如图4所示,环形凹槽位于圆环套筒轴向的中部,然后水 平切割,即沿两个L型缺口之间的临时纵缝并经过直缝埋弧焊钢管的轴心, 将带状的凹槽一分为二,如图5所示,每个圆环套筒切割后得到两个半圆形 套筒,半圆形套筒的两直边分别为L型缺口和凹槽部分;若直缝埋弧焊钢管 只加工出一个环形凹槽时,只需沿轴向切割即可。
8)每个圆环套筒切割后得到两个半圆形套筒的四边进行加工,两个纵边 加工出焊接坡口和钝边,两个半圆形套筒配合使用形成B型套筒,半圆形套 筒的一边的纵边内表面在使用时槽带内安装焊接垫片,剩下的另一半纵边可 通过辊压机减径加工出小一号规格(直径)的套筒。
本实施例的B型套筒对待维修钢管进行修复时,如图7至9所示,半圆 形套筒的环形凹槽将扣于待维修钢管7的环焊缝10处,在半圆形套筒的凹槽 内(B型套筒与待维修钢管之间)设置垫片15,防止焊接半圆形套筒时,对 待维修钢管的损伤,半圆形套筒的两直边焊接形成套筒纵焊缝9,圆周方向为 角焊缝8。
同时,本发明还提供了一种B型套筒的加工方法,包括以下步骤:
1)选取钢管
所述钢管的内径与待维修钢管的外径相适配;
2)钢管的内表面加工环形凹槽
通过扩径装置在钢管内表面加工出环形凹槽;
3)切割
对加工有环形凹槽的直缝埋弧焊钢管进行切割,得到半圆形套筒,所述 半圆形套筒内表面含有一个环形凹槽;
4)加工半圆形套筒
4.1)在半圆形套筒沿轴向的两直边边缘开设带状的凹槽;
4.2)半圆形套筒的直边边缘分别加工焊接坡口和钝边,两个半圆形套筒 配合使用形成B型套筒
实施例四
对钢管进行冷扩径
1)选择力学性能良好的钢板材料(如用于焊管生产的材料,如下表3所 示的钢/控轧控冷钢),生产加工的钢管,所述钢管的直径与待维修钢管的外 径相同;或者比待维修钢管的外径稍大。
表3适用于钢管生产的产品化学成分(wt%)(壁厚t≤25.0mm)
其中:a根据产品分析。如果碳的质量分数大于0.12%,则CEIIW极限 适用;如果碳的质量分数小于等于0.12%,则CEPcm极限适用。
b碳含量比规定最大质量分数每降低0.01%,则允许锰含量比规定最大 质量分数增加0.05%,但对于大于等于L245或B小于等于L360或X52的钢 级,最大值不应超过1.65%;对于大于L360或X52小于L485或X70的钢 级,最大值不应超过1.75%;对于大于等于L485或X70钢级小于等于L555 或X80的钢级,最大值不应超过2.00%。
c铌、钒和钛的总含量不应超过0.15%。
d铜的最大含量为0.50%,镍的最大含量为0.30%,铬的最大含量为 0.30%,钼的最大含量为0.15%。对于L360/X52及以下钢级,不应有意加入 铜、铬和镍。
e铌、钒和钛的总含量不应超过0.15%。
f铜的最大含量为0.50%,镍的最大含量为0.50%,铬的最大含量为 0.50%,钼的最大含量为0.50%。
g铜的最大含量为0.50%,镍的最大含量为1.00%,铬的最大含量为 0.50%,钼的最大含量为0.50%。
h不得有意加入硼,残留硼含量应≤0.001%。
2)对钢管进行100%覆盖率的超声波探伤,确保钢管没有分层及其他缺陷。
3)以上述原材钢管为母管,在扩径机上从管内伸入扩径头,在预先设计 的适当位置,将钢管内壁圆周外扩加工出3mm(径向、深)×30mm(轴向、宽) 整个一周的内表面凹槽(从外表面看对应的应是一周向的凸环);将钢管内 壁周向外扩加工出3mm(径向、深)×30mm(轴向、宽)整个一周的内表面凹 槽(从外表面看对应的应是一周向的凸环)完成后,将扩径头缩回,等待对 下一处位置的环扩。
4)将加工有环形凹槽的钢管进行严格校直、整圆。
5)将钢管按套筒设计长度截断,扩径装置在直缝埋弧焊钢管内表面加工 出并排设置的三个环形凹槽时,首先沿竖直径向切割,将其切割为3个圆环 套筒,环形凹槽位于圆环套筒轴向的中部,然后水平切割(纵向剖开),每 个圆环套筒切割为两个半圆形套筒,在半圆形套筒的纵向两端边缘的内表面 加工出带状的凹槽。
6)每个圆环套筒切割后得到两个半圆形套筒的四边进行加工,两个纵边 加工出焊接坡口和钝边,两个半圆形套筒配合使用形成B型套筒,在维修过 程中,半圆形套筒的一边的纵边内表面在使用时槽带内安装焊接垫片,剩下 的另一半纵边可通过辊压机减径加工出小一号规格(直径)的套筒。
本实施例的B型套筒对待维修钢管进行修复时,如图7至9所示,半圆 形套筒的环形凹槽将扣于待维修钢管7的环焊缝10处,在半圆形套筒的凹槽 内(B型套筒与待维修钢管之间)设置垫片15,防止焊接半圆形套筒时,对 待维修钢管的损伤,半圆形套筒的两直边焊接形成套筒纵焊缝9,圆周方向为 角焊缝8。
实施例五
对钢管热处理与扩径同时进行
1)选择可经热处理(快冷(淬火)+回火)能获得良好力学性能的材料 (用于感应弯管的材料,如下表4所示的钢/控轧控冷钢),生产加工的钢管, 所述钢管的直径与待维修钢管的外径相同;或者比待维修钢管的外径稍大。
表4适用于感应弯管生产的钢/控轧控冷钢产品化学成分(wt%)
其中:a)碳含量比规定最大质量分数每降低0.01%,则允许锰含量比 规定最大质量分数增加0.05%,但对于大于等于B/L245和X52/L360的钢级, 最大值不应超过1.65%;对于X60/L415的钢级,最大值不应超过1.75%; 对于X70/L485钢级,最大值不应超过1.85%;对于L555或X80的钢级,最 大值不应超过1.95%。
b)如果碳的质量分数大于0.12%,则CEIIW适用;如果碳的质量分数小 于等于0.12%,则CEpcm适用。
对于产品分析中碳的质量分数等于或小于0.12%的钢管,碳当量CEPcm 应按公式(1)计算确定:
式中化学元素符号表示质量分数。
对于产品分析中碳的质量分数大于0.12%的钢管,碳当量CEIIW应按公 式(2)计算确定:
式中化学元素符号表示质量分数。
2)对钢管进行100%覆盖率的超声波探伤,确保钢管没有分层及其他缺陷。
3)以上述生产加工的钢管为母管,通过滚轮4将钢管固定在支架3上, 在感应加热弯管机上将感应加热圈(感应线圈5)与母管相对轴向运动,对该 母管进行连续感应加热,加热至设定温度,如950℃,随后对加热过的部位 立即进行适当的连续喷水快冷热处理(类似于淬火的热处理);对母管进行 加热的同时在预先设计的适当位置,当钢管拟加工内环槽部位局部感应加热 至950℃时,从管内伸入扩径头至加热部位,将钢管内壁圆周外扩加工出3mm (径向、深)×30mm(轴向、宽)整个一周的内表面凹槽(从外表面看对应 的是一周向的鼓胀凸环),外扩该凹槽时,对钢管母管同时施加一轴向压缩 载荷,使扩径部位轴向受压而对形成凹槽部位的壁厚有一定的挤压增厚作用; 将钢管内壁周向外扩加工出内表面凹槽完成后,随后对该加热部位喷水快冷 热处理;将扩径头缩回,等待对下一处位置的环扩,持续在感应加热弯管机 上将感应加热圈与母管相对轴向运动,对该母管进行连续感应加热并在加热 后喷水快速冷却;
待整个母管加工结束,对母管回火热处理。
本实施例的直缝埋弧焊钢管加工三个环形凹槽,如图3所示,具体步骤 为:
a)在钢管上预设三个需加工环形凹槽的位置,沿钢管轴向依次为第一预 设位置、第二预设位置、第三预设位置,且沿轴向均布;
b)以加工的钢管为母管,在感应加热弯管机上将感应加热圈与母管相对 轴向运动,对该母管依次从靠近第一预设位置的一端开始沿轴向进行连续感 应加热并在加热后喷水快速冷却,当感应加热圈到达母管第一预设位置,感 应加热至指定温度时,扩径装置的扩径头从母管内到达第一预设位置进行周 向外扩,外扩时对母管施加一轴向压缩载荷以使外扩部位有一定的挤压增厚, 将钢管第一预设位置内表面加工出环形凹槽,随后对该加热部位喷水快冷热 处理;扩径头缩回,等待对下一预设位置的扩径;持续在感应加热弯管机上 将感应加热圈与母管相对轴向运动,对该母管进行连续感应加热并在加热后 喷水快速冷却;
c)当感应加热圈到达母管第二预设位置,感应加热至指定温度时,扩径 装置的扩径头从母管内到达第二预设位置进行周向外扩,外扩时对母管施加 一轴向压缩载荷以使外扩部位有一定的挤压增厚,将钢管第二预设位置内表 面加工出环形凹槽,随后对该加热部位喷水快冷热处理;扩径头缩回,等待 对下一预设位置的扩径;持续在感应加热弯管机上将感应加热圈与母管相对 轴向运动,对该母管进行连续感应加热并在加热后喷水快速冷却;
依次类推,当感应加热圈到达母管第N预设位置,感应加热至指定温度 时,扩径装置的扩径头从母管内到达第N预设位置进行周向外扩,外扩时对 母管施加一轴向压缩载荷以使外扩部位有一定的挤压增厚,将钢管第N预设 位置内表面加工出环形凹槽,随后对该加热部位喷水快冷热处理;扩径头缩 回;持续在感应加热弯管机上将感应加热圈与母管相对轴向运动,对该母管 进行连续感应加热并在加热后喷水快速冷却;
d)待整个母管加工结束,对母管回火热处理。
4)待整根母管加工结束,母管温度降到200℃以下后,再次启动感应 加热设备,将整根母管(包括鼓胀环部位)进行回火热处理,热处理时温度 升高到约560℃,使受热部位保持该温度3~5分钟后空冷,则完成带鼓胀槽 钢管的加工。
5)将加工有环形凹槽的钢管进行严格校直、整圆。
6)将钢管按套筒设计长度截断,扩径装置在直缝埋弧焊钢管内表面加工 出并排设置的三个环形凹槽时,首先沿竖直径向切割,将其切割为3个圆环 套筒,环形凹槽位于圆环套筒轴向的中部,然后水平切割(纵向剖开),每 个圆环套筒切割为两个半圆形套筒,在半圆形套筒的纵向两端边缘的内表面 加工出带状的凹槽。
7)每个圆环套筒切割后得到两个半圆形套筒的四边进行加工,两个纵边 加工出焊接坡口和钝边,两个半圆形套筒配合使用形成B型套筒,在维修过 程中,半圆形套筒的一边的纵边内表面在使用时槽带内安装焊接垫片,剩下 的另一半纵边可通过辊压机减径加工出小一号规格(直径)的套筒。
本实施例的B型套筒对待维修钢管进行修复时,如图7至9所示,半圆 形套筒的环形凹槽将扣于待维修钢管7的环焊缝10处,在半圆形套筒的凹槽 内(B型套筒与待维修钢管之间)设置垫片15,防止焊接半圆形套筒时,对 待维修钢管的损伤,半圆形套筒的两直边焊接形成套筒纵焊缝9,圆周方向为 角焊缝8。
实施例六
对钢管热处理后再进行扩径
将实施例五的步骤3)替换为以下步骤:将上述生产加工的直缝埋弧焊钢 管在感应加热弯管机上进行感应加热及随后立即地快速喷水快冷(类似于淬 火),快冷后的钢管再在感应加热弯管机上进行感应加热回火或在箱式热处 炉中进行回火处理,以使钢管达到要求的强韧性能。
以上述生产加工的直缝埋弧焊钢管为母管,在感应加热弯管机上扩出(鼓 出)内环槽,该内环槽将扣于待修复环焊缝处。
将直缝埋弧焊钢管拟加工内环槽部位局部感应加热至950℃,从管内伸 入扩径头至加热部位,将钢管内壁加工出3mm(径向、深)×30mm(轴向、宽) 的内表面凹槽;在将钢管局部鼓胀同时,给钢管轴向加载使受热部位产生轴 向挤压,在加工出内凹槽同时让内凹槽处通过挤压增加壁厚,如附图3所示。
从管内取出扩径装置、鼓胀处仍处于高温(如950℃)同时,向形成鼓 胀槽部位喷水快冷,使该部位达到类似淬火的热处理。环形凹槽(鼓胀槽) 部位淬火完成后再对鼓胀部位进行回火热处理。
其余步骤与实施例五相同。
以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明,但本领域技术人 员应该明白,本发明并不局限于以上所述实施例,凡在本发明的精神和原则 之内,所作的任何修改、等同替换等,均应包含在本发明的保护范围之内。