FF直缝焊管成型技术简介

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1、直缝焊管的辊压弯曲成型一般都需经过三种基本弯曲工序：开式实弯，开式自由 弯，闭口自由弯。随着在线中频正火工艺的成熟，直缝焊管的生产越来越向大规 格直缝焊管的辊压弯曲成型一般都需经过三种基本弯曲工序：开式实弯，开式自由弯，闭口 自由弯。随着在线中频正火工艺的成熟，直缝焊管的生产越来越向大规格，厚管壁，高钢级 的方向发展，在一些以前都属于无缝钢管的产业领域，如汽车传动管，锅炉压力管，石油套 管，油汽输送管等，高钢级，高质量的直缝焊管正在大规模地被采用，取代大量耗能的无缝 钢管。与此同时，大规格，厚管壁，高钢级的产品特点，对于焊管的辊弯成型也提出了越来 越高的要求。到现在为止，焊管机组的弯曲成型工艺

2、一直在不断地进步，近五十年来，弯曲成型工艺经历 了三个阶段的技术进步：连续弯曲法圆弧弯边法组合成型法。连续弯曲法是从管坯 的边缘部分开始弯曲，从边缘起连续的向中心弯曲，传统机组采用的弯曲成型工艺都是连续 弯曲法；圆弧弯边法是对管坯的全长进行整体的弯曲，弯曲的曲率分道次从大到小，排辊机 组采用的弯曲成型工艺就是圆弧弯曲法；组合成型法是将管坯的边缘部分进行连续弯曲，对 管坯的中间段和连接段进行圆弧弯曲，F-F-X机组采用的弯曲成型工艺就是组合弯曲法。（1）传统成型 连续弯曲法是一直以来使用最多的传统成型方式，在采用传统成型方式时， 一般都是采用连续弯曲法对边缘部分进行实弯，用立辊进行辅助的自由弯曲

3、，然后进入闭口 孔型进行整体弯曲。我国多数50， 76， 89， 114， 273 等焊管机组，基本上都是采用的传统 成型方式。这种方式的优点是实弯段较充分，机组传动力分布较为均匀。但是，由于其孔型基本没有兼 容性，一种规格的钢管需要用一套模辊来成型，在同一台机组上要生产多种规格，不同壁厚 的钢管，所需要的成型模辊用量很大。以 273机组为例，通常一台国产机组价格为250万元 左右，配置一种模辊需要20吨，如采用Grl5作为模辊材料，约30000/T，约需投入60万 元；如采用9Cr2Mo作为模辊材料，约45000/T,约需90万元。如要在这台机组上生产1015 种规格，每种规格要增加710吨

4、模辊，约需200300万元。在钢管生产企业里，一台投入 生产三、五年的焊管机组，其模辊投资往往等于甚至于大大超过机组设备的投资。以致很多 生产企业为了节约模辊投资，只能在生产不同壁厚的管材时，共用一套模辊。可是，当我们 需要生产高钢级高要求的管子时，厚径比对于成型有关键性的影响，这种忽略厚度间隙的成 型方式，导致了管材质量的不稳定。同时，采用这种传统的成型方式，换一次辊需要较长的时间，对于大于273以上规格的大型 焊管机组，每次换辊都需要停机一到二个班，而且在现时没有专用换辊设备的条件下，换辊 基本上靠操作工人用手工形式换辊，这是很艰难繁重，危险费力的工作。换辊停机时间过长， 也是影响机组效率

5、的重要因素。如果说，模辊的合理性是机组产品质量的生命线，那么，模辊的兼容性则是企业市场竞争 的生命线。根据权威部门的报告，我国现有直缝焊管产业是市场化程度很高的产业，换句话 说，是竞争非常激烈的产业。特别是中小型机组，现有国内机组的装机容量，到2004年止， 已超过市场需求量的 50%以上，这个事实说明，我们的所有钢管生产企业，都将在严酷的 竞争机制下生存。能不能接小批量，多品种的单子，能不能做高钢级，高等级的管子，这是 企业在日益激烈的市场竞争中有没有竞争力的标记。正是在这种情况下，由奥钢联开发的焊 管排辊成型技术才应运而生，并在我国得到了迅猛发展和推广。这种排辊成型的技术，在成 型前道达到

6、了一定程度的模辊兼容，以同一套模辊成型一定范围内所有型号规格的钢管，受 到世界上所有钢管生产厂家的欢迎。仅仅二十年时间，在世界范围内所有的焊管生产企业中， 排辊成型就得到了极广泛的应用推广。（2）排辊成型 排辊成型采用圆弧弯曲法的方式。排辊成型的生产方式在直缝焊管的生 产中占有重要地位。排辊成型的基本特征是：立辊排辊化，以尽可能地扩大模辊的兼容性。 排辊成型的最明显的特征，是它设置了一个特别的排辊群。有了这组排辊群，就可以很方便 地根据成型管径来调节辊位，排辊机组的成型路线也比传统的机组要大大缩短，这是排辊机 组的优势。但是，由于排辊群主要采用自由弯曲，对于厚径比较大，钢级较高的管子成型就 比

7、较困难，这是由排辊成型的性质所决定的。排辊成型的主要优点是它的兼容性，它也有着 自己的缺陷。归结起来，排辊成型有以下七个方面的缺陷：1 由于实弯不充分，导致板材两端部的弯曲成型性较差，特别是对于薄壁管的成型，常常 造成失稳，容易产生波浪形，影响钢管焊接和成型质量。2 排辊成型的一个显著特征是：它有一组由许多小立辊按一定角度布排而成的排辊群。这组 排辊群成型间隔很紧凑，这是因为排辊群成型是一种自由弯曲，自由弯曲的特点是材料的弹 复量很大。为了减少弹复对成型的影响，它只能做得很紧凑，因此排辊群都无法设置动力传 动装置。因为排辊群没有动力驱动，这对于如高钢级材料，（如 X60,J55,N80 等）；

8、表面磨擦 系数小的材料；厚径比大的材料等就会造成强推的现象。3 由于排辊组成型段较长而且无法实弯压紧，管坯材料极易在其间发生左右滚动，常因此而 使得成型中心线走偏。4 为了避免滚动，往往多用导向立辊来限制其成型位置，结果是常常使得板材两端部异常地 增厚，而且这种增厚，从最边部向内呈梯形分布，焊接后很难清除管子的内外毛刺。5 为使得机组增加驱动力，只能增加初成型段的上下辊作推动，不均匀的巨大推力使两端部 成型性变差并失稳，尤其是薄壁管成型更为明显。6 成型高强度钢级时，由于材料的弹性回复极大，排辊群的自由弯曲使得管坯呈现长宽比较 大的椭圆形，使得第一道闭口孔型难以进入，造成管坯的边缘和钢管的表面

9、擦伤。7 大量导向辊的应用，使得每次换辊和调整变得十分困难。（3）F-F-X 成型 F-F-X 成型是一种组合成型法方式，是在上世纪八十年代，由日本中田 制作所和东京大学经过近十年的研究和实践，提出的新的成型方式。F-F-X是英语“弯曲- 成型-系统”的第一个字母的字头， F-F-X 开创了一种完全新的圆管成型模式。这种成型方 式，将管子的弯曲成型作为一个互相联系，互相影响的系统，它将实弯，空弯有机地组合起 来，开发了独创性的渐开线模辊成型系统和全数字化控制系统。近十年来，已在世界上近十 个国家有关厂家使用了中田制作所的机组，从e 219机组到e 610机组，我国徐州光环，中 油天宝，华北油田

10、等单位都已引进了日本中田的机组，并取得了很好的成效。实践证明，这 种成型方式具有系统可控制，高精确度的优点。它的主要特点是：1 采用了初轧段上下模辊可调角度的独特机构，最大限度地利用了上下模辊的实弯成型面， 这种可调角度的机构制作精度极高，采用了机液联动的控制方式；2 采用了独特的渐开线成型模辊和卷贴式成型方式。其中渐开线成型模辊曲线复盖了相当大 范围内的管径，卷贴式的成型方式适应了因材质不同而造成的弹复调节量变化，能够特别方 便而快速地调节因材质和厚度而造成的变化。3 以有限元技术作为成型技术的研究基础，使得冷弯成型从经验逐渐成为具有一定理论基础 的学科，从根本上将经验上升到理论，消除了仅凭

11、经验操作生产的落后状况。4 采用了 CAE 系统进行系统化设计，采用了数字化控制方式，大大提高了焊管机组生产自 动化，准确化的程度。5 由于采用可调式的机组结构和渐开线模辊，大大提高了机组的兼容性，其生产的管材直径 范围可达1： 3,厚径比可达1%-10%。相比之下，排辊成型只能达到管径范围1： 1.6,厚 径比2 % -5 %左右。中田制作所的现有机组，采用了边缘连续弯曲的成型方式，产品曲率成型准确，高钢级成型 时的弹性回复量小，端部成型好，闭口孔进入顺畅，机组动力分配均匀合理。根据华北油田 508机组初次调试的情况，机组仅用一个班的时间，就调试成型了合格的管子。 日本中田设计的 F-F-X

12、 成型机组，创新了两个重大的主要技术：可调节角度的机组结构，渐 开线的成型模辊。在成型工艺上，中田所采用了组合成型弯曲的工艺：（一）.一到二道的可调式辊架,弯曲两端部.（2 平） 这是第一道实弯工序， W 弯曲（俗称打头），打头工序关系到整个钢管的成型。弯曲曲率太 小，则会造成所谓的“桃子头”，弯曲曲率过大，又会造成“苹果凹”。一旦产生这两种成型 缺陷，对于钢管质量都是致命的，无法通过闭口成型段和精整段来改变。因为经过实弯以后 的地方，会有“冷硬化”的效应，其抗弯曲强度会极大地提高，而延伸性则会下降一半左右。 冷硬化使得我们只能考虑：必须在打头阶段就将管端弯曲到成品管的曲率，而在生产实践中，

13、同一型号的钢材也会有强度和材质的差别，要真正弯到准确的管端 R 是很困难的，需要即 时地进行调整。这种即时调整在传统机组和排辊机组中是无法实现的，因为它们的模辊都是 已定R的，一旦发现W打头的R太大或者太小，就只能换辊来解决，现有按API标准和国 家标准生产的管子规格，同一直径就有45种壁厚，同一管径就有几种钢级，要按这些规 格来做模辊是不可能的。 F-F-X 成型正是解决了这个技术关键。W 成型弯曲时，整个料长分为中间弯曲段，端部弯曲段，直线连结段三个部分，在弯曲时， 如何分配互相之间的线长比例有很大的学问。一般要求其比例为 40：10：50，在设计辊型 时，由于要考虑模辊的兼容性，会使得端

14、部弯曲段变短，而太短的端部弯曲段对于后道成型 及焊接不利。（二）.三到四道的实弯辊群,保证管材边缘部实弯长度占圆周长50%左右，近来一些F-F-X 成型机组已采取了多道 W 成型弯曲，有效地保证了管坯的实弯长度。（3 平）（三）.四到五道立辊群,采用渐开线辊型,（4 立） 这个立辊群吸收了排辊群的优点，但是它采用了渐开线辊型来成型，缩短了自由空弯的长度，这也是一项很重要的创新。它对于因为钢级不同，板厚不同而造成的不同弹复量，能够 极为方便地进行调整，而且一套模辊能够覆盖到 1：10 的管径规格范围。这一点正是对生产 厂家最有意义的模辊兼容性，它不但减少了生产厂家对模辊的投资，而且能够适应小批量

15、、 多品种、高钢级、高等级的市场需求，经过近年来国内有关厂家的实际使用，证明效果很好。 中田机组的渐开线立辊群，本质上是一组可调节，而且有很大适应范围的排辊群，但它大大 缩短了自由弯曲的间距。（四）.三到四道闭口成型.（4 万 1 立） 闭口成型属于空弯成型。其特点是：模辊一般不能兼容；成型力较大；入口时如果不能基本成圆，对表面容易造成挤擦伤。闭口成型时，管胚不能在孔型中左右滑动，边部不能因孔径收缩而变厚，管子表面不能擦 伤，这不但需要前道实空弯准确圆整，而且闭口孔型必须采取特殊有效的技术措施，不能采 用单纯的圆形孔型。（五）.高频焊接.（1 导 1 焊） 高频焊接是利用高频电流的集肤效应和邻

16、近效应，使得钢板的端部在极短的时间内熔化，经过挤压后使表面的氧化层和杂质被挤出，基材则融为一体。高频电流是相对我们正常工业 交流50Hz的频率来说的，它频率一般是从50KHz到450KHz。高频焊接分为感应焊和接触 焊两种方式。感应焊是用感应圈使高频电流在板材边部聚集，它在焊接时功率输出损耗较大， 但是较为稳定，焊接熔化后的焊缝平滑，特别对薄壁和高精度管材的焊接有利。接触焊是采 用接触式电极使高频电流在边部聚集，它的焊接效率较高，省电，适合于普通焊管和厚壁管 的生产，但是表面焊缝毛刺较高，并且质量不大稳定。 高频焊接是焊管生产质量控制的主要环节。它的质量好坏受许多因素的影响，一般认为由八 个主要因素：（1）频率。正常的情况，厚板应采用较低的频率，薄板则要采用较高的频率； （2）会合角。会合角是指钢板两边进入焊接区时的角度，它约在2到 6，厚板应取大一 些的角，薄板则取小一些的角。（3）焊接方式（4）输入功率（5）管坯坡口