CN113145655B - 用于管材加工的柔性排辊成型方法 - Google Patents

用于管材加工的柔性排辊成型方法 Download PDF

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CN113145655B CN202110442374.9A CN202110442374A CN113145655B CN 113145655 B CN113145655 B CN 113145655B CN 202110442374 A CN202110442374 A CN 202110442374A CN 113145655 B CN113145655 B CN 113145655B
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  • Mechanical Engineering (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于管材加工的柔性排辊成型方法，属于管材生产技术领域；此工艺方法将轧辊分为线性段、固定段和非线性段三个阶段，利用待焊接焊管依次通过该三个阶段时，调节每对轧辊的相对位置对待焊接焊管进行轧制；与此同时，利用CCD相机实时监测待焊接焊管焊缝初始宽度和回弹量，通过焊缝初始宽度和回弹量的反馈，调节线性段轧辊和非线性段轧辊的相对位置，以实现对焊管焊缝间隙的精确控制同时满各种尺寸直缝焊管的生产，使得焊管焊缝间隙到达理想宽度，极大的减少了因焊管焊残余弹复量过大、鼓包以及褶皱等影响焊接质量从而降低焊管整体质量的问题。

Description

用于管材加工的柔性排辊成型方法
技术领域
本发明属于管材生产技术领域，特别涉及一种用于管材加工的柔性排辊成型方法。
背景技术
相对无缝管，高频直缝焊管具有成本低、精度高、规格多、表面质量好等优点，在航天航空、油气能源运输、天然气管道、高压锅炉管、建筑等领域应用越来越广泛。高频直缝焊管简称ERW，是将热轧板卷经过成型机成型后，使钢卷变为圆滑的圆筒状，利用高频电流的集肤效应和邻近效应，使管坯边缘加热熔化，在一定挤压力作用下，圆筒的熔化两边缘熔合在一起，经冷却就到达焊接在一起的效果，形成钢管，刮去焊缝的外毛刺，再经过定径、矫直、定尺切断，最终成为带有直缝的焊接钢管。
在工厂中带钢经过成型机组变成圆形管，一般要经过弯边、预成型段、线性成型段、精成型段、挤压段。其中焊管在经过精成型段之后形成一个带有焊缝间隙的近似的圆形管，再经过高频感应加热和挤压段后形成圆形钢管。但是由于钢管轧制的回弹效应、轧制工艺参数不合理等原因，导致并不能够精确的控制钢管焊缝间隙。间隙过大造成邻近效应减少，涡流热量不足，导致焊缝晶粒间接合不良而产生未熔合或开裂。间隙过小则造成邻近效应增大，焊接热量过大，导致焊缝烧毁，严重影响焊接质量。
发明内容
针对上述问题本发明提供一种用于管材加工的柔性排辊成型方法，通过焊缝初始宽度和回弹量的反馈，调节线性段轧辊和非线性段轧辊的相对位置，以实现对焊管焊缝间隙的精确控制，使得焊管焊缝间隙到达理想宽度。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是提供一种用于管材加工的柔性排辊成型方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤S1、收集待轧制焊管和轧辊的性能参数：焊管成型直径D、焊管壁厚d以及轧辊直径R；
步骤S2、输入轧制工艺参数；柔性排辊包括七组轧辊，且分为线性段、固定段以及非线性段三个阶段，输入所述排辊线性段V角α、轧辊的轴向间距L、轧辊轴向间距的减小量p、焊管回弹量t、焊缝间隙允许最小宽度Tmin、焊缝间隙允许最大宽度Tmax以及每组轧辊初始轧制时对应焊缝间隙0.16D、0.125D、0.09D、0.075D、0.05D、0.025D和0；
步骤S3、计算a组、b组、c组、e组、f组、g组以及h组轧辊宽度；所述柔性排辊的七组轧辊标记为a组、b组、c组、e组、f组、g组以及h组轧辊，分别利用所述焊管成型直径D和每组轧辊初始轧制时对应焊缝间隙计算各组轧辊宽度，即Ha＝(0.16D+πD)/π、Hb＝(0.125D+πD)/π、Hc＝(0.09D+πD)/π、He＝(0.075D+πD)/π、Hf＝(0.05D+πD)/π、Hg＝(0.025D+πD)/π、Hh＝D；
步骤S4、启动生产线电源；所述待焊接焊管运动到柔性排辊的观测点O点，利用CCD相机拍摄观测点O处的焊缝图片，且实时传输到处理器，处理器计算焊管焊缝宽度B；
步骤S5、判断焊管焊缝宽度B与焊缝间隙0.075D的大小，若B≤0.075D，成立则转入步骤S18，否则转入步骤S6；
步骤S6、处理器根据焊缝宽度B调节a组轧辊宽度为Ha；
步骤S7、计算a组轧辊压下量λa；λa＝((B+πD)/π-Ha)/2；
步骤S8、判断轧辊压下量λa与焊管壁厚d的关系；若λa>d/2,则转入步骤S6，否则转入步骤S9；
步骤S9、以焊管焊缝中线为X轴，轧辊宽度方向为Y轴建立坐标系；以斜率k＝tanα和a组轧辊的两个初始点坐标位置得到线性函数Y＝kX+b与Y＝-kX+b,线性段的a、b以及c组轧辊的位置坐标均满足两条线性函数；
步骤S10、依据线性函数调节b、c组轧辊宽度为Hb、Hc，计算b、c组轧辊压下量λbc；λbc＝(Ha-Hb)/2或λbc＝(Hb-Hc)/2；
步骤S11、判断轧辊压下量λbc与焊管壁厚d的关系；若λbc>d/2,则转入步骤S14，否则转入步骤S12；
步骤S12、计算e组轧辊压下量λe＝(Hc-(0.075D+πD)/π)/2；
步骤S13、判断轧辊压下量λe与焊管壁厚d的关系；若λe>d/2,则赋值i＝1后转入步骤S14，否则转入步骤S18；
步骤S14、调整线性段轧辊轴向距离L,减小线性段轧辊之间的距离,使得Li＝L-ip后转入步骤S15；
步骤S15、判断线性段轧辊之间的距离Li与轧辊直径R；若Li/R>1,则转入步骤S16，否则停车报警；
步骤S16、计算a组轧辊压下量λa＝((B+πD)/π-Ha)/2-kip，b、c组轧辊压下量λbc＝(Ha-Hb)/2-kip或λbc＝(Hb-Hc)/2-kip、e组轧辊压下量λe＝(Hcπ-(0.075D+πD))/π-kip后转入步骤S17；
步骤S17、判断a组轧辊压下量、b组轧辊压下量、c组轧辊压下量与焊管壁厚d之间的关系；若λa>d/2且λbc>d/2且λe>d/2，则赋值i＝i+1后转入步骤S14，否则转入步骤S18；
步骤S18、CCD相机拍摄观测点S处焊缝图片，且实时传输到处理器，处理器计算焊管轧制后焊缝回弹量t；
步骤S19、判断焊缝间隙允许最小宽度Tmin、焊管回弹量t以及焊缝间隙允许最大宽度Tmax的关系；若Tmin<t<Tmax,则到达轧制要求直至轧制结束，否则转入步骤S20；
步骤S20、调节f、g、h组轧辊宽度，使得Hf＝Hf-(t/3)/π,Hg＝Hg-(2t/3)/π,Hh＝Hh-t/π；
步骤S21、CCD相机拍摄观测点S处焊缝图片，且实时传输到处理器，处理器计算焊管轧制后焊缝回弹量t；
步骤S22、判断焊缝间隙允许最小宽度Tmin、焊管回弹量t以及焊缝间隙允许最大宽度Tmax的关系；若Tmin<t<Tmax,则到达轧制要求直至轧制结束，否则转入步骤S20。
优选地，线性段、固定段、CCD相机构成一个反馈系统。
优选地，非线性段与CCD相机构成一个反馈系统。
进一步地，通过焊缝初始宽度和回弹量的反馈，调节线性段轧辊和非线性段轧辊的相对位置，以实现对焊管焊缝间隙的精确控制。
进一步地，通过CCD相机实时监测焊管焊缝初始宽度并进行反馈，调节线性段轧辊相对位置，以满足各种口径焊管的生产。
本发明由于采用了上述的技术方案，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明将线性段、固定段以及非线性段的排辊方式与CCD相机监测焊管焊缝初始间隙宽度和回弹量进行反馈相结合，形成闭环反馈系统，在轧制过程中不断调节线性段和非线性段轧辊的相对位置，实现对焊管焊缝间隙宽度的精确控制。
(2)本发明将线性段与固定段的排辊方式与CCD相机监测焊管焊缝初始间隙宽度进行反馈相结合，在轧制过程中不断调节线性段与固定段轧辊相对位置，使其满足各种不同口径焊管生产。
附图说明
图1为本发明用于管材加工的柔性排辊成型方法的轧辊总体布置示意图；
图2为本发明用于管材加工的柔性排辊成型方法的焊管截面示意图；
图3为本发明用于管材加工的柔性排辊成型方法的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要注意的为，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。例如本发明所用的前、后、左和右仅仅是示例性质的，是为了描述方便使用的用语。
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
本发明用于管材加工的柔性排辊成型方法，将精成型后的挤压辊换成分为线性段、固定段、非线性段的七个轧辊；通过CCD相机监测焊管初始焊缝间隙宽度并进行反馈从而不断调整线性段轧辊相对位置，同时利用CCD相机监测焊管焊缝间隙回弹量进行反馈从而不断调整非线性段轧辊相对位置，并且以压下量作为判断依据，防止压下量梯度过大损伤焊管，实现对焊管焊缝间隙的精确控制，使其满足生产要求。
图1为本发明用于管材加工的柔性排辊成型方法的轧辊总体布置示意图；图2为本发明用于管材加工的柔性排辊成型方法的焊管截面示意图，其中对应焊缝间隙0.16D，焊管成型直径D和焊管壁厚d。在图1中，a、b、c、e组轧辊组成线性段和固定段；其中，a、b、c组轧辊是线性段，e组轧辊是固定段，固定段也就是e组轧辊的位置固定不动；轧制开始前输入每个轧辊相对应的轧制工艺参数，焊缝大小与焊管外径相关，此时处理器会计算出每对轧辊的宽度并对其作出调整，使每个轧辊处在相对应的位置；每对轧辊初始位置确定以后，处理器根据输入的线性V角和a组轧辊的坐标点自动生成两条直线，此后线性段轧辊的相对位置都在这两条直线上。
线性段、固定段、CCD相机构成一个反馈系统；CCD相机监测焊管初始焊缝宽度并将数据传输给处理器，若是焊管初始焊缝宽度B<0.075D，则说明焊管初始焊缝过小直接处理器计算焊管轧制后焊缝回弹量t，否则处理器将焊管外圆周长与焊缝间隙近似成一个整圆，自动算出相应的外径大小，从而调整a组轧辊的相对位置直到满足计算压下量条件，调整后a组轧辊宽度一般小于计算的外径；a组轧辊的位置确定以后，处理器根据输入的线性V角和a组轧辊的坐标点自动生成两条直线，同时b、c组轧辊也迅速跟进并计算b、c、e组轧辊的压下量，使a、b、c组轧辊满足线性条件并且a、b、c、e组轧辊满足压下量条件；若此时无论如何调节b、c组轧辊纵向距离时也不能满足条件，则减小轧辊间的轴向距离L，每次减小量为p,同时判断轴向距离L<轧辊直径并计算a、b、c、e组轧辊压下量，直到同时满足压下量和轴向距离与轧辊直径之比的条件；若无论如何调节a、b、c组轧辊也不能满足条件，则表明焊管焊缝间隙过大，需要加工后再进行轧制。
非线性段与CCD相机构成一个完整的反馈系统；非线性段由f、g、h组轧辊构成，非线性段不是指f、g、h组轧辊是非线性关系，f、g、h组轧辊能是线性关系也能是非线性关系；焊管从非线性段出来到达回弹观测点后CCD相机监测焊管经过前三个阶段轧制之后的回弹量t并将数据传回处理器，若焊缝间隙允许最小宽度Tmin<t<焊缝间隙允许最大宽度Tmax则表明焊管焊缝间隙宽度达到轧制要求，直至轧制结束；若不成立，则处理器调整f、g、h组轧辊宽度距离，使Hf＝Hf-(t/3)/π,Hg＝Hg-(2t/3)/π,Hh＝Hh-t/π，并且在轧制过程中不断监测焊缝回弹量t并实时调整Hf、Hg、Hh，使得焊缝间隙满足轧制要求，直至轧制结束。
如图3所示的本发明方法的工作流程图中，一种用于管材加工的柔性排辊成型方法，包括以下步骤：
步骤S1、收集待轧制焊管和轧辊的性能参数：焊管成型直径D、焊管壁厚d以及轧辊直径R；
步骤S2、输入轧制工艺参数；柔性排辊包括七组轧辊，且分为线性段、固定段以及非线性段三个阶段，输入排辊线性段V角α、轧辊的轴向间距L、轧辊轴向间距的减小量p、焊管回弹量t、焊缝间隙允许最小宽度Tmin、焊缝间隙允许最大宽度Tmax以及每组轧辊初始轧制时对应焊缝间隙0.16D、0.125D、0.09D、0.075D、0.05D、0.025D和0；
步骤S3、计算a组、b组、c组、e组、f组、g组以及h组轧辊宽度；柔性排辊的七组轧辊标记为a组、b组、c组、e组、f组、g组以及h组轧辊，分别利用焊管成型直径D和每组轧辊初始轧制时对应焊缝间隙计算各组轧辊宽度，即Ha＝(0.16D+πD)/π、Hb＝(0.125D+πD)/π、Hc＝(0.09D+πD)/π、He＝(0.075D+πD)/π、Hf＝(0.05D+πD)/π、Hg＝(0.025D+πD)/π、Hh＝D；
步骤S4、启动生产线电源；待焊接焊管运动到柔性排辊的观测点O点，利用CCD相机拍摄观测点O处的焊缝图片，且实时传输到处理器，处理器计算焊管焊缝宽度B；
步骤S5、判断焊管焊缝宽度B与焊缝间隙0.075D的大小，若B≤0.075D，成立则转入步骤S18，否则转入步骤S6；
步骤S6、处理器根据焊缝宽度B调节a组轧辊宽度为Ha；
步骤S7、计算a组轧辊压下量λa；λa＝((B+πD)/π-Ha)/2；
步骤S8、判断轧辊压下量λa与焊管壁厚d的关系；若λa>d/2,则转入步骤S6，否则转入步骤S9；
步骤S9、以焊管焊缝中线为X轴，轧辊宽度方向为Y轴建立坐标系；以斜率k＝tanα和a组轧辊的两个初始点坐标位置得到线性函数Y＝kX+b与Y＝-kX+b,线性段的a、b以及c组轧辊的位置坐标均满足两条线性函数；
步骤S10、依据线性函数调节b、c组轧辊宽度为Hb、Hc，计算b、c组轧辊压下量λbc；λbc＝(Ha-Hb)/2或λbc＝(Hb-Hc)/2；
步骤S11、判断轧辊压下量λbc与焊管壁厚d的关系；若λbc>d/2,则转入步骤S14，否则转入步骤S12；
步骤S12、计算e组轧辊压下量λe＝(Hc-(0.075D+πD)/π)/2；
步骤S13、判断轧辊压下量λe与焊管壁厚d的关系；若λe>d/2,则赋值i＝1后转入步骤S14，否则转入步骤S18；
步骤S14、调整线性段轧辊轴向距离L,减小线性段轧辊之间的距离,使得Li＝L-ip后转入步骤S15；
步骤S15、判断线性段轧辊之间的距离Li与轧辊直径R；若Li/R>1,则转入步骤S16，否则停车报警；
步骤S16、计算a组轧辊压下量λa＝((B+πD)/π-Ha)/2-kip，b、c组轧辊压下量λbc＝(Ha-Hb)/2-kip或λbc＝(Hb-Hc)/2-kip、e组轧辊压下量λe＝(Hcπ-(0.075D+πD))/π-kip后转入步骤S17；
步骤S17、判断a组轧辊压下量、b组轧辊压下量、c组轧辊压下量与焊管壁厚d之间的关系；若λa>d/2且λbc>d/2且λe>d/2，则赋值i＝i+1后转入步骤S14，否则转入步骤S18；
步骤S18、CCD相机拍摄观测点S处焊缝图片，且实时传输到处理器，处理器计算焊管轧制后焊缝回弹量t；
步骤S19、判断焊缝间隙允许最小宽度Tmin、焊管回弹量t以及焊缝间隙允许最大宽度Tmax的关系；若Tmin<t<Tmax,则到达轧制要求直至轧制结束，否则转入步骤S20；
步骤S20、调节f、g、h组轧辊宽度，使得Hf＝Hf-(t/3)/π,Hg＝Hg-(2t/3)/π,Hh＝Hh-t/π；
步骤S21、CCD相机拍摄观测点S处焊缝图片，且实时传输到处理器，处理器计算焊管轧制后焊缝回弹量t；
步骤S22、判断焊缝间隙允许最小宽度Tmin、焊管回弹量t以及焊缝间隙允许最大宽度Tmax的关系；若Tmin<t<Tmax,则到达轧制要求直至轧制结束，否则转入步骤S20。
本发明通过上述的描述，其有益效果在于：
通过线性段、固定段以及非线性段的排辊方式与CCD相机监测焊管焊缝初始间隙宽度和回弹量形成闭环反馈系统，在轧制过程中不断调节线性段和非线性段轧辊的相对位置从而精确控制待焊接焊管焊缝间隙，有效解决因待焊接焊管焊缝的弹复问题而影响焊接质量，提高了焊管焊接质量，并且适合各种口径焊管的生产。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于管材加工的柔性排辊成型方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤S1、收集待轧制焊管和轧辊的性能参数：焊管成型直径D、焊管壁厚d以及轧辊直径R；
步骤S2、输入轧制工艺参数；柔性排辊包括七组轧辊，且分为线性段、固定段以及非线性段三个阶段，输入所述排辊线性段V角α、轧辊的轴向间距L、轧辊轴向间距的减小量p、焊缝回弹量t0、焊缝间隙允许最小宽度Tmin、焊缝间隙允许最大宽度Tmax以及每组轧辊初始轧制时对应焊缝间隙0.16D、0.125D、0.09D、0.075D、0.05D、0.025D和0；
步骤S3、计算a组、b组、c组、e组、f组、g组以及h组轧辊宽度；所述柔性排辊的七组轧辊标记为a组、b组、c组、e组、f组、g组以及h组轧辊，分别利用所述焊管成型直径D和每组轧辊初始轧制时对应焊缝间隙计算各组轧辊宽度，即Ha=(0.16D+πD)/π、Hb=(0.125D+πD)/π、Hc=(0.09D+πD)/π、He=(0.075D+πD)/π、Hf=(0.05D+πD)/π、Hg=(0.025D+πD)/π、Hh=D；
步骤S4、启动生产线电源；所述待轧制焊管运动到柔性排辊的观测点O点，利用CCD相机拍摄观测点O处的焊缝图片，且实时传输到处理器，处理器计算焊管焊缝宽度B；
步骤S5、判断焊管焊缝宽度B与焊缝间隙0.075D的大小，若焊管焊缝宽度B≤0.075D，成立则转入步骤S18，否则转入步骤S6；
步骤S6、处理器根据焊缝宽度B调节a组轧辊宽度为Ha；
步骤S7、计算a组轧辊压下量λa；λa=（（B+πD）/π-Ha）/2；
步骤S8、判断轧辊压下量λa与焊管壁厚d的关系；若λa>d/2,则转入步骤S6，否则转入步骤S9；
步骤S9、以焊管焊缝中线为X轴，轧辊宽度方向为Y轴建立坐标系；以斜率k=tanα和a组轧辊的两个初始点坐标位置得到线性函数Y=kX+b与Y=-kX+b,线性段的a、b以及c组轧辊的位置坐标均满足两条线性函数；
步骤S10、依据线性函数调节b、c组轧辊宽度为Hb、Hc，计算b、c组轧辊压下量λbc；λbc=（Ha-Hb）/2或λbc=（Hb-Hc）/2；
步骤S11、判断轧辊压下量λbc与焊管壁厚d的关系；若λbc>d/2,则转入步骤S14，否则转入步骤S12；
步骤S12、计算e组轧辊压下量λe=（Hc-（0.075D+πD）/π）/2；
步骤S13、判断轧辊压下量λe与焊管壁厚d的关系；若λe>d/2,则赋值i=1后转入步骤S14，否则转入步骤S18；
步骤S14、调整线性段轧辊轴向距离L,减小线性段轧辊之间的距离,使得Li=L-ip后转入步骤S15；
步骤S15、判断线性段轧辊之间的距离Li与轧辊直径R；若Li/R>1,则转入步骤S16，否则停车报警；
步骤S16、计算a组轧辊压下量λa=（（B+πD）/π-Ha）/2-kip，b、c组轧辊压下量λbc=（Ha-Hb）/2-kip或λbc=（Hb-Hc）/2-kip、e组轧辊压下量λe=(Hcπ-(0.075D+πD))/π-kip后转入步骤S17；
步骤S17、判断a组轧辊压下量、b组轧辊压下量、c组轧辊压下量与焊管壁厚d之间的关系；若λa>d/2且λbc>d/2且λe>d/2，则赋值i=i+1后转入步骤S14，否则转入步骤S18；
步骤S18、CCD相机拍摄观测点S处焊缝图片，且实时传输到处理器，处理器计算焊管轧制后焊缝回弹量t；
步骤S19、判断焊缝间隙允许最小宽度Tmin、轧制后焊缝回弹量t以及焊缝间隙允许最大宽度Tmax的关系；若Tmin<t<Tmax,则到达轧制要求直至轧制结束，否则转入步骤S20；
步骤S20、调节f、g、h组轧辊宽度，使得Hf=Hf-(t/3)/π,Hg=Hg-(2t/3)/π,Hh=Hh-t/π；
步骤S21、CCD相机拍摄观测点S处焊缝图片，且实时传输到处理器，处理器计算焊管轧制后焊缝回弹量t；
步骤S22、判断焊缝间隙允许最小宽度Tmin、轧制后焊缝回弹量t以及焊缝间隙允许最大宽度Tmax的关系；若Tmin<t<Tmax,则到达轧制要求直至轧制结束，否则转入步骤S20。
2.根据权利要求1所述的用于管材加工的柔性排辊成型方法，其特征在于：线性段、固定段、CCD相机构成一个反馈系统。
3.根据权利要求1所述的用于管材加工的柔性排辊成型方法，其特征在于：非线性段与CCD相机构成一个反馈系统。
4.根据权利要求1所述的用于管材加工的柔性排辊成型方法，其特征在于：通过焊缝初始宽度和回弹量的反馈，调节线性段轧辊和非线性段轧辊的相对位置，以实现对焊管焊缝间隙的精确控制。
5.根据权利要求1所述的用于管材加工的柔性排辊成型方法，其特征在于：通过CCD相机实时监测焊管焊缝初始宽度并进行反馈，调节线性段轧辊相对位置，以满足各种口径焊管的生产。
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