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1、摘要：介绍了钢管椭圆度超标对管道现场施工的影响，分析了螺旋埋弧焊管椭圆度超 标的影响因素。针对螺旋埋弧焊管机组椭圆度的控制提出了可行的调控或消减措施， 即通过优化成型调型工艺参数，改进预弯装置控制成型缝翘嘴，改进机械夹辊装置保 证铣边质量等措施，有效控制螺旋埋弧焊管椭圆度超标，对改善螺旋埋弧焊管的制造 质量具有一定的指导意义。螺旋埋弧焊管的椭圆度是指钢管同一横截面上测量的最大直径和最小直径的差值， 是钢管管端重要的几何尺寸。随着管线建设工程对管材质量要求越来越高，钢管椭圆 度逐步成为一个重要的质量指标。同GB/T 9711.21999及API SPEC 5L （43版）相 比，API SPEC
2、 5L （44版）标准对螺旋埋弧焊管椭圆度的测量频次及方法做了明确要 求：每工作班每4 h至少应检测一次钢管的椭圆度，“对D219.1 mm （ 8.625 in ）的钢管，直径和椭圆度偏差计算可由计算内径（规定外径减去两倍的规定壁厚） 或者测量内径确定，而不采用规定外径”。因此，有效控制钢管椭圆度非常重要。1 椭圆度超标的影响钢管椭圆度对保证管道施工质量和进度具有重要意义。管线施工现场对接钢管时， 由于椭圆度的存在，钢管管端曲率不规整，在工地采取强制变形方法进行钢管对接会 产生附加应力，造成钢管应力集中，降低了管线运行的安全性和可靠性，影响管线服 役寿命。管线施工规范要求对口处螺旋焊缝必须错
3、开一定距离，椭圆度较大的圆弧段 与另一钢管较理想的圆弧段对缝时，因管端坡口不平整产生环焊缝对缝错边，安装时 压缝困难，钢管对口难度加大，组对一道口需要多次进行调整，降低了钢管对接的稳 定性，延缓了管道施工进度。2 椭圆度超标原因分析2.1 前桥带钢递送线偏移前桥带钢递送线偏移会造成成型不稳，导致焊管管径变化。在带钢弯曲变形过程 中，三辊弯板机的每排辊平行于钢管中心线，沿垂直于成型缝方向剖开，钢管的剖切 面是一个椭圆，如图1所示。图1中，a为理论成型角，a 1为实际成型角；椭圆的长 轴a=D/cosa ,椭圆的短轴b=D ;递送线偏移夹角Aa =a 1-a。带钢递送线偏移后，带钢中心与理论递送中
4、心形成夹角Aa , Aa变化，椭圆长轴a 就随之变化，焊缝B处的曲率增大，钢管椭圆度随之产生。2.2 管体输出中心与成型器测圆中心不一致钢管在输出辊道上偏离成型器中心后，在飞铣小车定尺切割前，随着管体陆续生成，管坯在成型框架内窜动，局部扭矩加剧，螺旋焊缝上形成的应力（切向应力Ta和 法向应力。a 1）增大，造成成型错边、开缝、管径变化，影响钢管椭圆度，如图2所 示。图2中：管壁工作应力ol=pd/2t，轴向应力02=01/2，（1）式中：p工作压 力，MPa ； t钢管公称壁厚，mm ； D钢管公称外径，mm。根据三角函数可知：oa 1=01cos2a+02sin2a， Ta=02sinaco
5、sa。2.3 月牙弯对钢管椭圆度的影响钢带月牙弯包括原料自身月牙弯和对头时所产生的人为月牙弯。如果钢带在进入成 型器前未能消除月牙弯，会引起成型角度的变化，导致成型缝错边、搭边和开缝，此 时虽然对成型缝的松紧情况进行了微调，钢管直径和椭圆度还是有些变化。通过成型 角度计算公式cosa=B/nD可知，月牙弯引起的成型角度变大，钢管直径越大，反之越 小，因此消除和控制钢带月牙弯对控制钢管椭圆度十分重要。2.4成型调型参数不准确螺旋埋弧焊管成型过程中，带钢在递送机牵引力的带动下沿着递送线进入成型器， 如果框架内辊安装不到位或推力、阻力过大，钢带经三辊弯板机充分变形后未与外控 辊贴圆，会造成管坯在成型
6、器内窜动，钢管直径随之不规则变化，同时焊接质量也会 由于成型的不稳定而形成焊偏、夹杂、未焊透、咬边等焊接缺陷，严重影响钢管质 量。2.5成型缝撅嘴导致钢管椭圆度产生钢带进入三辊弯板机进行弯曲变形时，外层受拉应力，内层受压应力，当已充分变 形的自由边与变形不够充分的递送边啮合时，使成型缝边缘向上撅起，产生成型缝撅 嘴。成型缝撅嘴处管径经测量明显比平滑管体大，因此成型缝撅嘴越严重，钢管椭圆 度越大。另外，撅嘴缺陷产生的椭圆度与钢管一般的平滑椭圆度的受力特点完全不 同，平滑椭圆度是光滑、连续的直径变化，无尺寸突变，而撅嘴则是严重的尺寸突变 缺陷，撅嘴处的应力集中严重，属于一次应力性质，因此应尽量控制
7、成型缝撅嘴，以 保证钢管椭圆度。2.6后部精整工序对椭圆度的影响钢管进行静水压试验及管端坡口倒棱时，钢管两端工装夹具在受力状态下不对心， 管端受力不匀，从而导致管端直径发生变化。2.7 钢管堆码导致钢管椭圆度变化钢管入库堆放时，由于自身重力的影响，钢管互相挤压，堆码越高，钢管承受的挤 压力越大，受挤压力方向管体变形就越明显，这种现象在堆放薄壁低材质钢管时更加 严重，容易导致低层钢管椭圆度超标；且吊运管垛上钢管时存在较大的安全隐患，一 旦垮垛，后果将不堪设想。综合看来，影响钢管椭圆度的因素很多，除了以上几点，钢带强度的分布不均、板 头板尾对接质量差及管体因气候变化热胀冷缩，都会加剧螺旋埋弧焊管的
8、椭圆度，甚 至超标。3螺旋埋弧焊管椭圆度的控制措施减缓螺旋埋弧焊管椭圆度最常见的方法是采用管端冷扩径工艺，在提高管端屈服强 度的同时提高管端的尺寸精度。从根本上讲，确保成型稳定性，提高主机钢管质量才 是控制椭圆度的关键环节。3.1改进立辊夹辊装置在递送机牵引力的带动下，钢带边缘要与递送线保持一致并通过成型器转盘回转中 心。然而传统的用于纠偏的液压立辊或电动立辊只能控制钢带往递送边或自由边方向 的跑偏，却无法对钢带上下方向的窜动（波浪）进行调整。进行铣边作业时，坡口角 度及钝边得不到保证，会引起带钢工作宽度变化，形成月牙弯，因此需要设计可调式 机械夹辊对带钢上下方向的窜动进行控制，以消除月牙弯对
9、成型的影响，提高钢管成 型缝啮合稳定性，保障钢管椭圆度在允许范围内。设计加工的可调式机械夹辊装置如图3所示，该装置可直接焊接于立辊侧面或通过 地脚螺栓连接底座，下夹辊固定，上夹辊通过可调丝杆对夹辊间隙进行调节，满足生 产不同壁厚和材质钢管的需要，该装置能有效控制钢带上下窜动，消除月牙弯，保证 铣边质量。调圣LH图3 川调乂机轉夬牠吳用示惠阁1為3.2输出辊道中心与成型器测圆中心保持一致输出辊道的作用是使钢管切断下线前，管体中心线与成型器测圆中心线能够始终保 持一致，以减缓管坯在成型框架内的窜动，防止管径变化。如果调整的输出辊道中心 与成型器测圆中心不一致，连续钢管越长，管坯应力逐渐加大，会引起
10、成型和焊接质 量的不稳定。另外，输出辊道使用时应满足以下要求：输出辊道沿钢管轴向可调弧度能满足机 组生产极限成型角度钢管的需要，避免支架擦伤、撞伤管体；连续钢管在切断过程 中，接触轮的线速度和方向应尽量与钢管线速度和方向保持一致。3.3改进钢带边缘预弯装置，减缓成型缝撅嘴成型之前对钢带边缘进行预弯是防止成型缝撅嘴的有效措施，改进预弯装置对改善 预弯效果非常重要。采用三辊预弯装置，装置基本结构如图4所示。该装置主要由箱体、上预弯辊压下 机构、蜗轮蜗杆减速器、上下预弯辊、3#预弯辊进退机构等部件组成。装置可在其底 座上沿钢带宽度方向整体进退，以调节钢带预弯宽度和弯曲点位置。2#预弯辊的升降 采用电
11、机和蜗轮蜗杆机构自动调整，3#预弯辊在钢带宽度方向上的进退采用丝杆传动 机构手动调整，通过调整 2#预弯辊的压下量和 3#预弯辊的进退量来满足不同钢管规 格和成型角对钢带边缘预弯要求。3.4 优化成型调型工艺参数每次调型换道，尤其是调试新品种钢管时，应通过精确测圆使外控辊、2#弯板辊和 3#弯板辊与钢管中心对心、贴圆；对成型小辊的间隙、角度和前后位置等主要工艺参 数进行调整，不断优化总结；生产过程中还要经常检查测量成型数据的变化，保证成 型框架内小辊辊面贴圆，受力均匀。经长期观察发现，生产小规格钢管(D 529mm )时，4#辊距离3#辊太近，参与 了弯板机变形，增加了成型复杂因素，对稳定成型
12、起反作用，此时可退开 4#外控辊， 不参与贴圆。3.5 钢管堆码应符合堆放要求钢管堆放按骑缝排列，根据钢管外径分别控制堆放高度：(1) DV529 mm ,高度5 层；(2 ) 529 mm D813 mm，高度 1 016 mm，高度3层。另外，钢管在临时垛位堆放时，管垛底层应采用草垫或沙袋作为垛梁，防止钢管损 伤及跨垛。防腐管堆放时，管垛底层应铺草垫，同时在管体套上编织尼龙绳，且在管 长方向应附有2道以上保护绳，避免因防腐层之间磨擦而损伤。 4结语钢管椭圆度的 控制是为管道施工对接环焊提供质量保证，而椭圆度超标是螺旋埋弧焊管必然存在的 缺欠。通过优化成型调型工艺参数、改进预弯装置控制成型缝撅嘴以及改进机械夹辊 装置保证铣边质量，能有效提高成型焊接质量，保证螺旋埋弧焊管的椭圆度符合要 求。
