大型薄壁管件三辊连续矫圆新工艺研究

发布时间：2020-03-30 05:57

【摘要】：随着陆上油气管道更新、煤矿以及深海天然气开采等对钢管的需求日益增大,对管件的质量与性能提出更严格的要求。椭圆度是评估管件质量的重要标准之一。根据美国制管协会API Spec 5L标准,管件的椭圆度不应超过其公称外径的1.0%。目前的广泛使用的矫圆工艺大多只能对管件的端部进行矫圆,由于管件整体应力分布不均匀,在运输过程及长期放置时会出现椭圆度增大的现象,因此需要对管件整体进行矫圆。基于小曲率平面弯曲弹复理论和往复弯曲统一定理的基础上,提出了一种新型的滚弯矫圆方法——三辊连续矫圆工艺。该工艺设备无需翻缸装置,在辊轴刚度不足时,可以为每个辊轴设置支承辊,特别适用于长径比较大、厚径比较小的管件。通过ABAQUS软件对ST12和304不锈钢材料管件的连续矫圆过程进行数值模拟。分析了连续矫圆过程中应力应变分布和变化情况、管件截面变形特征及各辊矫圆成形力随时间变化的情况。对管件在不同下压量、不同相对厚度及不同初始椭圆度下矫后椭圆度进行了探讨。在连续矫圆过程中管件截面交替存在三个正反弯区域。管件正反弯区域应力由管件内外表面向中性层呈递减趋势,由正反弯区域中心向两侧递减。各辊成形力基本相等,随时间呈增长、稳定、下降趋势。管件矫后的椭圆度随下压量的增大由一开始的呈递减趋势到最终趋于平缓趋势。随着相对厚度的增大,管件的最佳下压量呈减小趋势。管件的初始椭圆度对连续矫圆后的结果没有明显影响。根据模拟输出的矫圆成形力、管件的推力及辊轴转速设计了矫圆机一台,对矫圆机的结构及矫圆机的工作原理进行了介绍。
【图文】：

为 JCO 焊管。管件成型方式，其成型后的管件都存在以下几点缺陷：截面均不是正圆。包含有处于平衡状态的残余应力，曲率不均匀。存在一定长度的直边段（或预弯部分与滚弯部分曲率不“内噘嘴”或“外噘嘴”现象。管件焊接后存在较大的残余应力，影响使用性能。整管椭圆度有较高要求的管件，如浆纱印染设备中的烘特殊的船用管件等，其整管矫圆的工艺还鲜有研究。生板机进行加工[18-21]。在焊接过程中，由于焊缝以及卷圆现内凹桃心和外噘嘴等缺陷，所制成的管件常常不能满工人师傅常把焊后的管件再次装在卷板机上，进行滚弯

利用外模限制变形后的尺寸，从钢管内部对管件进行扩径的工艺，是一种整体式柔性凹模胀形工艺，，其原理图如图1-2所示。机械扩径矫圆是用锥体扩胀头对管件进行分段扩径，是一种分段式刚性凸模胀形工艺，其原理图如图1-3所示。相比水压扩径矫圆，机械扩径矫圆具有诸多优点[26,27]：(1) 相较水压扩径，机械扩径设备投资少，占地面积小。(2) 模具更换相较水压扩径简单，维修方便，在一定范围内可以用同一模具对不同规格的管件矫圆。(3) 由于机械扩径的特点，扩径效果便于测量和随时调整。1.推力油缸 2.管端密封件 3.外抱模具 4.钢管5.高压乳化液 6.管端密封件 7.管端挡板 8.高压水注入管图1-2 水压扩径原理图[26]1.扩径机 2.管件 3.锥体 4.扇形分瓣凸模图1-3 机械扩径原理图[27]机械扩径矫圆工艺是大型直缝埋弧焊管生产过程中的重要工序之一。在管件生产的过程中扩径矫圆工艺的作用主要表现在[28]：(1) 对管件在成形和焊接过程中产生的几何偏差进行矫正，使管件的椭圆度、直812 3 4 5 671 2 34
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG306

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本文编号：2607145