CN110038921A - 一种焊接钢管定径矫直工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接钢管定径矫直工艺，该定径矫直工艺采用三架四辊式总成所组成的定径矫直装置进行，三架四辊式总成均为四辊可调式高刚度机架，钢管依次经过该三架四辊式总成进行减径，每个四辊式总成的孔型对钢管进行设定的减径量；三架四辊式总成顺次安装在一个整体定径底座上，三架四辊式总成的孔型的轴线沿一直线布置，每架四辊式总成均由离线装配为一个整体后，再将该四辊式总成装入该定径底座内并锁紧；在圆周方向上，相邻的两架四辊式总成的轧辊辊缝位置错开；位于中间位置的四辊式总成能够在水平和垂直方向进行调整，以对钢管进行在线矫直。本申请仅用三架四辊可调式高刚度机架即可实现把焊接钢管的在线定径和在线矫直合二为一。

Description

一种焊接钢管定径矫直工艺

技术领域

本发明涉及一种焊接钢管定径矫直工艺。

背景技术

现有的焊接钢管定径矫直工艺一般都为多架二辊式定径(或多架普通四辊式定径)+2架四辊土耳其头来完成对焊接后的钢管定径和矫直。

其中二辊式定径主要用于小规格的焊管生产线(最大可生产钢管外径小于Φ168mm)，采用平立交替方式布置，一般为8-12个定径机架,水平辊机架主动，立辊被动，在定径机架后一般还使用二架被动四辊式土耳其头对定径后的钢管进行矫直。该定径工艺生产的钢管外径尺寸精度低，只有±2％D,一般只用于低端的普通焊管生产之中。更换规格是在生产线停机后，水平机架拆除安装在底座上的机架操作侧牌坊后更换轧辊,立辊机架轧辊更换时也是在生产线上进行，更换轧辊完毕后再对各机架的轧辊进行调整,因此，停机时间较长，以168焊管机组为例，仅定径机的轧辊更换时间就需要6～8小时。如中国专利

CN201710511866.2《一种HFW焊管定径工艺及装置》中公开了的焊管定径工艺就是使用了5平5立的二辊十机架定径工艺,专利中没有提及矫直，对于小直径的焊接钢管，可以采用离线斜辊矫直方式。

对于较大规格的焊管生产线(最大可生产钢管外径大于Φ168mm)一般使用四辊定径工艺，由4-6个四辊定径机架(开口式侧立牌坊,小立辊座安装在下辊轴承座上或安装在侧立牌坊上)。一个机架内有二个水平辊主动，二个小直径立辊为被动，在四辊定径机架后一般还使用二架被动四辊式土耳其头(在四个轧辊抱紧钢管的情况下还可进行上下和左右调整)对钢管进行矫直。该定径工艺生产的钢管外径尺寸精度较高，可达±1％D,一般用于生产直接较大，且外径尺寸精度要求较高的焊管生产。该工艺更换规格是在生产线停机后，拆开各机架传动轴，打开各机架二个牌坊的上横梁,把上水平辊系、二个立辊系、下水平辊系逐个拆卸下来,在机组旁更换轧辊，更换好轧辊后再把下水平辊系、二个立辊系、上水平辊系以次序装入机架的牌坊内，最后安装牌坊的上横梁和传动轴后对机架内的各轧辊进行调整。因此，停机时间较长，以168焊管机组为例，更换规格的停机时间为8～16小时。

中国专利CN200610014161.1《钢管冷定径生产工艺》公开了一种钢管冷定径工艺，CN201010135479.1《四辊五机架轧机热定径装置及其热定径的生产方法》公开了一种钢管热定径工艺，定径机架与常规的四辊定径机架相同,但没有矫直功能(热轧钢管一般都是冷却后离线矫直)，这里不作详细介绍。

其他焊管定径工艺,如：中国专利CN201610734715.9《高频焊管用外焊筋去除定径装置》公开了一种三辊定径工艺，虽然，该方法定径后的钢管尺寸精度高，但钢管的尺寸不可调,轧辊磨损后钢管的尺寸精度发生变化时，无法通过轧辊调整来补偿,必须更换轧辊。中国专利CN201511019159.9《一种钢管定径工艺》中公开的实质上是一种多辊斜辊滚压工艺，由于轧辊的直径太小，几乎无刚度，虽然可显著提高钢管外表面光洁度，但无法真正实现减径，更无法实现对钢管的尺寸精度精确控制。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种焊接钢管定径矫直工艺，仅用三架四辊可调式高刚度机架即可实现把焊接钢管的在线定径和在线矫直合二为一。

该定径矫直工艺采用三架四辊式总成所组成的定径矫直装置进行，三架四辊式总成均为四辊可调式高刚度机架，钢管依次经过该三架四辊式总成进行减径，每个四辊式总成的孔型对钢管进行设定的减径量；

三架四辊式总成顺次安装在一个整体定径底座上，三架四辊式总成的孔型的轴线沿一直线布置，每架四辊式总成均由离线装配为一个整体后，再将该四辊式总成装入该定径底座内并锁紧；在圆周方向上，相邻的两架四辊式总成的轧辊辊缝位置错开；位于中间位置的四辊式总成能够在水平和垂直方向进行调整，以对钢管进行在线矫直。

四辊式总成无论是垂直方向的刚度(刚度为200～500吨/mm)还是水平方向的刚度(刚度为100～400吨/mm)都远高于目前常规的四辊定径机架的刚度(垂直刚度为20～50吨/mm,二个立辊间的水平刚度为5～10吨/mm),正常生产时上轧辊与下轧辊的轧制力为10～30吨,侧轧辊的轧制力为5～20吨。由于四辊式总成的刚度极高，轧制力的波动对钢管的外径精度影响很小，这样生产的钢管外径尺寸精度极高。

进一步，每架四辊式总成对钢管的减径量为0.1～2.0％D，钢管的总减径量为0.5～6.0％D，其中，D为钢管的外径。

总减径量不能过低，否则定径的变形量过低，钢管的尺寸精度太差，目前常规定径中单机架的减径量很小,钢管变形不充分，存在很大的内应力，钢管在切断后管端的内应力释放产生变形，影响管端的外径尺寸精度。利用本申请可有效提高钢管定径后的尺寸精度,可把焊接钢管的外径尺寸精度定径到±

0.2％D。

为防止在辊缝位置产生明显的压痕，在圆周方向上，相邻的两架四辊式总成的轧辊的辊缝位置错开3～15°。轧辊的辊缝位置错开，从而使用钢管的外表面无轧辊压痕。

在孔型设计时，每一四辊式总成的轧辊的辊缝数值为钢管外径的1～5％；孔型曲线为单半径或多半径圆弧，孔型曲线与辊缝直线采用圆弧过渡，圆弧的半径为钢管外径的1～5％。

优选地，各四辊式总成中，上轧辊与下轧辊对于钢管中心线的包角均为90～130°，两个侧轧辊对于钢管中心线的包角均为50～90°。

依照三架四辊式总成的布置次序，将该三架四辊式总成分别称为第一四辊式总成、第二四辊式总成和第三四辊式总成；

其中，第一四辊式总成和第三四辊式总成固定安装在整体定径底座上，第二四辊式总成安装在一调整装置上，该调整装置包括一用于支撑第二四辊式总成的移动式机架安装座、以及安装在该移动式机架安装座上的电动水平移动调整机构和电动垂直移动调节机构，其中电动水平移动调整机构用于将该移动式机架安装座沿垂直于焊接钢管的水平方向上移动，电动垂直移动调节机构用于将该移动式机架安装座沿竖直方向移动；

在该调整装置的带动下，第二四辊式总成能够在水平和竖直方向上移动，以使第二四辊式总成与第一四辊式总成和第三四辊式总成形成三点式弯曲效应，对连续生产的钢管进行在线矫直。

利用该设计，可以实现在不影响焊接钢管定径外径尺寸精度的情况下，实现对焊接钢管进行在线连续的三点弯曲矫直，可把焊接钢管的直线度矫直到0.20/1000。

在定径矫直装置外，设置有三架备用四辊式总成，该三架备用四辊式总成是在定径矫直装置外经轧辊更换、组装和预调整后备用；在进行四辊式总成更换时，将该备用四辊式总成直接与定径矫直装置内的四辊式总成进行更换。

四辊式总成是线外离线装配备用,轧辊更换是离线拆装并进行预调整后备用。四辊式总成整体更换，简单方便快捷,大大缩短更换规格的机线停机时间,更换规格时，三个四辊式总成拆卸、更换和装配时间仅需1小时。

附图说明

图1为定径矫直装置的结构简图。

图2为四辊式总成的内部结构简图。

图3为图2中A-A向的视图。

图4为第一四辊式总成的孔型示意图。

图5为第二四辊式总成的孔型示意图。

图6为第三四辊式总成的孔型示意图。

图7为对钢管进行矫直时第一四辊式总成的孔型工作示意图。

图8为对钢管进行矫直时第二四辊式总成的孔型工作示意图。

图9为对钢管进行矫直时第三四辊式总成的孔型工作示意图。

图10为图1中V-V向的视图。

具体实施方式

以245焊管生产线的定径矫直工艺为例。245焊管生产线的生产规格范围为外径Φ100-245mm，壁厚6-16mm。产品品种为高强钢焊管和管线管等，材料的屈服强度为345-650MPa。

以下首先对定径矫直装置进行说明，请参阅图1-图3，定径矫直装置包括一整体定径底座3，在该定径底座上依次安装有三个机架安装座，该三个机架安装座按次序分别为第一机架安装座21、第二机架安装座22和第三机架安装座23，在第一机架安装座21内安装有第一四辊式总成11，在第二机架安装座22内安装有第二四辊式总成12，在第三机架安装座23内安装有第三四辊式总成13。包括第一四辊式总成11、第二四辊式总成12和第三四辊式总成13在内的三架四辊式总成均为四辊可调式高刚度机架。

三架四辊式总成的孔型的轴线沿一直线布置，每架四辊式总成均由离线装配为一个整体后，再将该四辊式总成装入该定径底座内并锁紧；在圆周方向上，相邻的两架四辊式总成的轧辊的辊缝位置错开；位于中间位置的四辊式总成的轧辊能够在水平和垂直方向进行调整，以对钢管进行在线矫直。

本实施例中，请参阅图4，在第一四辊式总成11内，第一上轧辊511与第一侧轧辊A611之间的辊缝与水平面之间的夹角为35°；第一上轧辊511与第一侧轧辊B612之间的辊缝与水平面之间的夹角为35°，标记711表示第一下轧辊。请参阅图5，在第二四辊式总成12内，第二上轧辊521与第二侧轧辊A621之间的辊缝与水平面之间的夹角为40°；第二上轧辊521与第二侧轧辊B622之间的辊缝与水平面之间的夹角为40°，标记721表示第二下轧辊。请参阅图6，在第三四辊式总成13内，第三上轧辊531与第二侧轧辊A631之间的辊缝与水平面之间的夹角为35°；第三上轧辊531与第三侧轧辊B632之间的辊缝与水平面之间的夹角为35°，标记731表示第三下轧辊。即在圆周方向上，相邻的两架四辊式总成的轧辊的辊缝位置错开。在图4-图6中，辊缝与水平面之间的夹角均直接标注为具体的尺寸，单位为度(°)。

本实施例中，在圆周方向上，相邻的两架四辊式总成的轧辊的辊缝位置错开5°。可以理解，在其它实施例中，相邻的两架四辊式总成的轧辊的辊缝位置错开角度开可以为3°、6°、9°、12°或15°。

每一四辊式总成的轧辊的辊缝的大小为钢管外径的1～5％。请参阅图7-图9，具体在本实施例中，为将规格为Φ165*16mm的钢管定径为Φ160*16mm的高强钢管，第一四辊式总成11的辊缝为4mm，第二四辊式总成12的辊缝为6mm，第三四辊式总成13的辊缝为4mm。各四辊式总成的孔型曲线均为半径圆弧，在其它实施例中，孔型曲线还可以为多半径圆弧。

本实施例中，第一四辊式总成中，上轧辊与下轧辊的包角均为110°，两个侧轧辊的包角均为70°，第二四辊式总成中，上轧辊与下轧辊的包角均为100°，两个侧轧辊的包角均为80°，第三四辊式总成中，上轧辊与下轧辊的包角均为110°，两个侧轧辊的包角均为70°。

孔型曲线与辊缝直线采用圆弧过渡，圆弧的半径为1～5％D，D为钢管的外径。具体在本实施例中，请参阅图7-图9，孔型曲线与辊缝直线采用半径为3mm的圆弧过渡。

在图7-图9中，孔型曲线与辊缝直线的圆弧均直接标注为具体的尺寸，单位为mm；辊缝均直接标注为具体的尺寸，单位为mm，相邻辊缝之间的夹角均直接标注为具体的尺寸，单位为度(°)。

钢管100依次经过该三架四辊式总成进行减径，每个四辊式总成的孔型对钢管进行设定的减径量。其中，每架四辊式总成对钢管的减径量为0.1～2.0％D，钢管的总减径量为0.5～6.0％D，其中，D为钢管的外径。具体在本实施例中，钢管依次经第一四辊式总成11、第二四辊式总成12和第三四辊式总成13进行减径，在第一四辊式总成11中，钢管由Φ165*16mm减径为Φ164*16mm，在第二四辊式总成12中，钢管被减径为Φ162*16mm，在第三四辊式总成13中，钢管被减径为Φ160*16mm，达到设定尺寸。

为高定径机组的作业效率，本实施例中，在定径矫直装置外，对应于三个四辊式总成，各预备有一架备用四辊式总成，共三架备用四辊式总成，三架备用四辊式总成是在定径矫直装置外经轧辊更换、组装和预调整后备用，备用四辊式总成被放置在专用四辊式总成座上备用，更换规格时直接吊装四辊式总成，整体快速更换，各机架的四辊式总成装入到机架内后，仅需要简单的锁紧，把带快换的万向接轴装好即可生产，由此可以极大地提高定径机组的作业效率。

请参阅图2-图3，本实施例中，每一四辊式总成均包括从下至上依次叠加的上轧辊箱3、侧立辊箱6和下轧辊箱7，该上轧辊箱、侧立辊箱和下轧辊箱经锁紧装置锁合为一个整体；

上轧辊箱、侧立辊箱和下轧辊箱均为独立结构。

在本实施例中，在第二机架安装座22内安装有一调节装置4，第二四辊式总成安装在该调节装置4内，该调节装置能够带动第二四辊式总成在竖直方向和水平方向上进行移动。

请同时参阅图1和图10，第二四辊式总成12安装在一调整装置4上，该调整装置4包括一用于支撑第二四辊式总成12的移动式机架安装座40、以及安装在该移动式机架安装座40上的电动水平移动调整机构41和电动垂直移动调节机构42。

其中电动水平移动调整机构41用于将该移动式机架安装座40沿垂直于焊接钢管的水平方向上移动，电动垂直移动调节机构42用于将该移动式机架安装座沿竖直方向移动。

在该调整装置的带动下，第二四辊式总成能够在水平和竖直方向上移动，以使第二四辊式总成与第一四辊式总成和第三四辊式总成形成三点式弯曲效应，对连续生产的钢管进行在线矫直。

本实施例中，电动垂直移动调节机构41包括固定在第二机架安装座22上的移动电机412，该移动电机412的输出轴上连接有一丝杆411，在第二机架安装座22上开设有一螺纹丝杆孔413，该螺纹丝杆孔413沿沿垂直于焊接钢管的水平方向延伸，丝杆411旋拧在该螺纹丝杆孔413内，在移动电机412的驱动下，丝杆411转动，使第二机架安装座22沿垂直于焊接钢管的水平方向移动。电动垂直移动调节机构42为一电动千斤顶。

本实施例中，各四辊式总成中，轧辊的底径为：上轧辊与下轧辊Φ520mm,侧轧辊Φ420mm，以极限规格下，轧辊的轧制力,生产成品Φ160*16mm的高强钢管，定径前钢管的规格为Φ165*16mm，材料的屈服强度为600MPa，以第一四辊式总成的最大减径量为：2mm。则上轧辊与下轧辊辊的最大轧制力为32吨,侧轧辊的最大轧制力为24吨。轧辊箱的垂直刚度为400吨/mm，水平刚度为320吨/mm。若焊管生产线的成型机架、挤压机架进行在线调整，进入定径矫直装置的钢管规格发生变化，增加或减小了减径量为：1mm，引起第一四辊式总成的轧制力波动为50％，则出第一四辊式总成的钢管在垂直方向产生的尺寸变化为

0.040mm，水平方向引起的尺寸变化为0.0375mm。由于机架高刚度，第一四辊式总成的出口钢管尺寸变化很小，基本上对第二四辊式总成的影响可以忽略不计。

本实施例中，三架四辊式总成的机架间距为1500mm,若不考虑各四辊式总成的减径变形，纯三点弯曲，则最大矫直力为当生产Φ245*16mm的高强钢管时，第二四辊式总成的最大矫直力为25吨。当生产Φ100*10mm的高强钢管时对钢管进行矫直的第二四辊式总成的最大位移为24mm。在实际生产中轧制力与矫直力的叠加，金属塑性应变与所受的应力状态相关，在对第二四辊式总成进行适当的调整，钢管在各机架变形区中的应力状态发性变化，很容易产生所需要的钢管纵向矫直应变。

Claims (7)

1.一种焊接钢管定径矫直工艺，其特征在于，

该定径矫直工艺采用三架四辊式总成所组成的定径矫直装置进行，三架四辊式总成均为四辊可调式高刚度机架，钢管依次经过该三架四辊式总成进行减径，每个四辊式总成的孔型对钢管进行设定的减径量；

三架四辊式总成顺次安装在一个整体定径底座上，三架四辊式总成的孔型的轴线沿一直线布置，每架四辊式总成均由离线装配为一个整体后，再将该四辊式总成装入该定径底座内并锁紧；在圆周方向上，相邻的两架四辊式总成的轧辊辊缝位置错开；位于中间位置的四辊式总成能够在水平和垂直方向进行调整，以对钢管进行在线矫直。

2.如权利要求1所述焊接钢管定径矫直工艺，其特征在于，

每架四辊式总成对钢管的减径量为0.1～2.0％D，钢管的总减径量为0.5～6.0％D，其中，D为钢管的外径。

3.如权利要求1所述焊接钢管定径矫直工艺，其特征在于，

在圆周方向上，相邻的两架四辊式总成的轧辊的辊缝位置错开3～15°。

4.如权利要求1所述焊接钢管定径矫直工艺，其特征在于，

每一四辊式总成的轧辊的辊缝数值为钢管外径的1～5％；孔型曲线为单半径或多半径圆弧，孔型曲线与辊缝直线采用圆弧过渡，圆弧的半径为钢管外径的1～5％D。

5.如权利要求1所述焊接钢管定径矫直工艺，其特征在于，

各四辊式总成中，上轧辊与下轧辊对于钢管中心线的包角均为90～130°，两个侧轧辊对于钢管中心线的包角均为50～90°。

6.如权利要求1所述焊接钢管定径矫直工艺，其特征在于，

依照三架四辊式总成的布置次序，将该三架四辊式总成分别称为第一四辊式总成、第二四辊式总成和第三四辊式总成；

其中，第一四辊式总成和第三四辊式总成固定安装在整体定径底座上，第二四辊式总成安装在一调整装置上，该调整装置包括一用于支撑第二四辊式总成的移动式机架安装座、以及安装在该移动式机架安装座上的电动水平移动调整机构和电动垂直移动调节机构，其中电动水平移动调整机构用于将该移动式机架安装座沿垂直于焊接钢管的水平方向上移动，电动垂直移动调节机构用于将该移动式机架安装座沿竖直方向移动；

在该调整装置的带动下，第二四辊式总成能够在水平和竖直方向上移动，以使第二四辊式总成与第一四辊式总成和第三四辊式总成形成三点式弯曲效应，对连续生产的钢管进行在线矫直。

7.如权利要求1所述焊接钢管定径矫直工艺，其特征在于，

在定径矫直装置外，设置有三架备用四辊式总成，该三架备用四辊式总成是在定径矫直装置外经轧辊更换、组装和预调整后备用；在进行四辊式总成更换时，将该备用四辊式总成直接与定径矫直装置内的四辊式总成进行更换。