第一篇：UOE成型大口徑直縫焊管工藝及主要設(shè)備介紹（最終版）

【摘 要】 本文主要介紹了uoe成型大直徑直縫焊接鋼管生產(chǎn)的主要設(shè)備。對(duì)相應(yīng)部件主要制造難點(diǎn)也做了簡(jiǎn)要說明。

【關(guān)鍵詞】 uoe成型 焊管 制造

uoe成型工藝是生產(chǎn)大口徑直縫焊管的一種重要工藝。大口徑直縫焊管是指直徑大于508mm（20英寸）的直縫焊接鋼管，產(chǎn)品主要為石油天然氣輸送用管線管。

大口徑直縫埋弧焊管成型方法主要有uoe法、排輥成型法、輥彎成型法、jcoe成型法、c成型法、hu一metal成型法、以及pfp漸進(jìn)式模壓或折彎成型法等。而uoe成型工藝是目前世界上應(yīng)用最多、最成熟、質(zhì)量最被認(rèn)可的大口徑直縫埋弧焊管生產(chǎn)工藝。

本文將以寶鋼uoe生產(chǎn)線為例，對(duì)uoe成型工藝和主要設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

uoe工藝簡(jiǎn)介

uoe成型工藝技術(shù)成熟、可靠，產(chǎn)品質(zhì)量好，品種規(guī)格多，產(chǎn)量高。雖然投資高，但是當(dāng)要求年產(chǎn)量在20～30萬以上時(shí)，uoe成型工藝為首選。

uoe生產(chǎn)工藝是焊管成型過程中的三個(gè)重要工序的第一個(gè)字母（u-ingpress、o-ingpress、expanding），即是將預(yù)彎邊的鋼板先在u成型機(jī)內(nèi)由壓模壓成u型，然后在o成型機(jī)內(nèi)壓成o型，待o型管筒焊接后再進(jìn)行擴(kuò)徑加工的生產(chǎn)工藝。

uo成型過程如圖1所示，即鋼板進(jìn)行預(yù)彎邊（c成型）→u成型→o成型。

寶鋼uoe項(xiàng)目的工藝為：鋼板上料區(qū)（1區(qū)）-引弧板焊接區(qū)（2區(qū)）-銑邊區(qū)（3區(qū)）-預(yù)彎區(qū)（4區(qū)）-u成型區(qū)（5區(qū)）-o成型區(qū)（6區(qū)）-鋼管焊縫清洗裝置（7區(qū)）-烘干爐區(qū)（8區(qū)）-預(yù)焊機(jī)（9區(qū)）-預(yù)焊縫檢查臺(tái)（10區(qū)）-內(nèi)焊區(qū)域（11區(qū)）-鋼管內(nèi)部清洗裝置（12區(qū)）-外焊機(jī)區(qū)域（13區(qū)）-引弧板切除區(qū)（14區(qū)）-超聲波檢查（16區(qū)）-x光檢查處（17區(qū)）-機(jī)械擴(kuò)徑區(qū)（標(biāo)段二）。本文僅對(duì)標(biāo)段一進(jìn)行敘述。

主要設(shè)備介紹

2.1 銑邊機(jī)

為提高鋼管的焊接質(zhì)量，在直縫焊管成型之前，關(guān)鍵性的一步就是將帶鋼精確加工成要求的寬度。另外根據(jù)帶鋼的不同厚度，將帶鋼兩側(cè)加工出合適的焊接坡口。

板邊過去通常用刨邊機(jī)加工?，F(xiàn)在可用高速銑邊機(jī)來完成加工，主要優(yōu)點(diǎn)是所產(chǎn)生的切屑非常小、易于運(yùn)送和處理。

銑邊機(jī)有兩臺(tái)，每臺(tái)每邊各安裝有一個(gè)銑頭。硬質(zhì)合金刀具均勻分布在銑頭上，通過程序控制進(jìn)行全自動(dòng)加工。這個(gè)過程確保獲得最優(yōu)準(zhǔn)備及極高質(zhì)量的焊縫，確保銑切邊緣清潔、無毛刺、無冷作變形以及確保形成細(xì)小且易清理的切屑。而且，根據(jù)板材和板寬超差對(duì)銑切速度進(jìn)行了優(yōu)化。

寶鋼uoe項(xiàng)目的銑邊機(jī)本體是全進(jìn)口設(shè)備。

2.2 預(yù)彎邊機(jī)

預(yù)彎邊機(jī)的作用是使鋼板成型前將焊縫兩側(cè)邊緣部分預(yù)彎曲。如不設(shè)置預(yù)彎邊工序，在o成型時(shí)，雖然還有1%以下的壓縮率，但鋼板邊緣產(chǎn)生直線段，使成型后的管坯成為“栗子形”。

寶鋼uoe的預(yù)彎?rùn)C(jī)采用壓力機(jī)。彎邊壓力機(jī)是在鋼板兩側(cè)裝有具有一定曲率的4000～5000mm長(zhǎng)的上下壓模。一個(gè)壓模固定，另一個(gè)壓模由液壓缸驅(qū)動(dòng)使鋼板邊部彎曲。壓力機(jī)的壓力大小和u型壓力機(jī)基本相同，每次預(yù)彎長(zhǎng)度約5m長(zhǎng)，分幾次預(yù)壓完成一張鋼板的彎邊。

兩臺(tái)彎邊機(jī)彼此相對(duì)排列，同時(shí)對(duì)板子兩邊進(jìn)行彎邊。每個(gè)彎邊機(jī)的最大壓力40mn，彎邊步長(zhǎng)4，900mm。主體彎邊機(jī)主要大部件有底座、c形框架、上工具夾緊機(jī)構(gòu)、彎邊梁部件、夾緊梁等。其中c形框架是最重要的部件，上中下三個(gè)梁總重475噸，制造難度大，探傷要求高，是寶鋼uoe項(xiàng)目的重點(diǎn)跟蹤部件之一。在制造過程中，c形框架因鑄造要求不符合要求，曾幾經(jīng)報(bào)廢。最后在制造廠和各位專家的努力下，終于才裝機(jī)成功。

2.3 u型壓力機(jī)

u型壓力機(jī)用于把預(yù)彎邊的鋼板成型為u型。

一臺(tái)由三個(gè)彎曲壓機(jī)組合而成的u成型機(jī)把鋼板成型為u形件。垂直壓機(jī)是23.5mn的壓機(jī)，另外兩個(gè)側(cè)壓機(jī)也是23.5mn的壓機(jī)。這一設(shè)計(jì)原理保證了垂直和水平壓機(jī)相對(duì)于其它壓機(jī)都是獨(dú)立工作的，從而優(yōu)化u形件的成型。這三個(gè)壓機(jī)通過電氣/液壓進(jìn)行控制，其行程可在控制臺(tái)上進(jìn)行設(shè)定。

u成型機(jī)包括底座、壓機(jī)框架、主液壓缸、側(cè)向臺(tái)架組件、板子對(duì)中裝置、支撐梁、壓機(jī)工作平臺(tái)等設(shè)備。其中壓機(jī)框架重量為367噸，是制造的重點(diǎn)之一。

2.4 o型壓力機(jī)

o型壓力機(jī)不僅將u形管壓成o型，還要將o型管筒進(jìn)一步給予一定的壓縮加工，一般為直徑的0.4～0.5%。隨著焊管直徑、壁厚、長(zhǎng)度的增大，鋼級(jí)的提高，o型壓力機(jī)的壓力越來越大。

寶鋼uoe項(xiàng)目o成型機(jī)由sps公司設(shè)計(jì)，壓機(jī)框架由8個(gè)鋼板框架單元組成，框架單元之間由水平預(yù)應(yīng)力拉桿連接。垂直壓力720mn。

o成型機(jī)的壓機(jī)梁通過電氣/機(jī)械控制。8個(gè)液壓缸中的每個(gè)缸的位置的行程都被監(jiān)控。u形件和開口縫鋼管在o成型機(jī)內(nèi)由側(cè)部夾送輥輸送，這些夾送輥可以通過擺進(jìn)擺出調(diào)整到所要求的鋼管尺寸位置。

主體設(shè)備o成型機(jī)主要由基礎(chǔ)框架、壓機(jī)框架、活動(dòng)梁、固定梁、液壓缸、移動(dòng)梁、上下模座組成。其中壓機(jī)框架總重超過2000噸，活動(dòng)梁和固定梁?jiǎn)蝹€(gè)重量達(dá)378噸。因此，o壓機(jī)是uoe項(xiàng)目最重要的而且制造難度最大的設(shè)備，在制造過程中是需最重點(diǎn)跟蹤的。在制造過程中，國(guó)外監(jiān)制專家對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求極其嚴(yán)厲，對(duì)于其中框架使用的厚板多次報(bào)廢。最后使用了寶鋼五米寬厚板軋機(jī)生產(chǎn)的厚板，終于順利完成制造工作。

2.5 預(yù)焊機(jī)

預(yù)焊機(jī)是焊接前的一道重要工序，預(yù)焊的好壞直接影響正式焊接后的鋼管焊接質(zhì)量。

預(yù)焊分點(diǎn)焊及連續(xù)焊接方式，點(diǎn)焊一般為焊距300mm，點(diǎn)焊長(zhǎng)度100mm。連續(xù)焊接則有2種型式，一種是用帶箍或框架將管筒箍住，用多臺(tái)自動(dòng)焊機(jī)進(jìn)行預(yù)焊；另一種是用輥環(huán)使焊縫連續(xù)合攏，用自動(dòng)焊機(jī)全長(zhǎng)預(yù)焊。采用連續(xù)預(yù)焊不但可使正式焊接時(shí)，鋼管邊部不移動(dòng)，同時(shí)還可避免內(nèi)焊時(shí)出現(xiàn)漏焊現(xiàn)象，以及防止空氣吸入焊接區(qū)而形成氣孔。因此目前高水平的焊管機(jī)組均采用連續(xù)預(yù)焊。寶鋼uoe項(xiàng)目的預(yù)焊機(jī)由smsmeer專門為大口徑焊管生產(chǎn)所開發(fā)。采取了合作制造的方法。

2.6 內(nèi)焊機(jī)、外焊機(jī)

預(yù)焊完畢的有連續(xù)焊道的鋼管在內(nèi)焊機(jī)處完成內(nèi)焊。內(nèi)焊為最多同時(shí)4絲的多絲焊接，焊接過程一道完成。

鋼管在經(jīng)過內(nèi)焊機(jī)進(jìn)行內(nèi)焊之后，需要在外焊機(jī)上進(jìn)行最終焊接。最多可以有5個(gè)焊頭同時(shí)進(jìn)行操作，來完成單道焊接。

寶鋼uoe項(xiàng)目的內(nèi)外焊鋼結(jié)構(gòu)部分采用合作制造。

2.7 擴(kuò)徑機(jī)

采用擴(kuò)管工序的目的如下：（1）矯正由焊接熱造成的鋼管變形，使鋼管橢圓度和平直度達(dá)到所要求的精度；（2）消除由o壓力機(jī)壓縮加工所產(chǎn)生的包興格效應(yīng)，增加鋼管強(qiáng)度；（3）消除焊接時(shí)造成的焊縫部位殘余應(yīng)力，避免石油或天然氣中氫成分使應(yīng)力集中部位產(chǎn)生氫脆，發(fā)生氫致裂紋。

擴(kuò)管率一般采用管子直徑的0.8%～1.5%，擴(kuò)管后，管子壁厚可能減小約0.8%，管長(zhǎng)會(huì)縮短約0.5%。擴(kuò)管機(jī)有水壓擴(kuò)管機(jī)和機(jī)械擴(kuò)管機(jī)兩種。早期建設(shè)的uoe機(jī)組大部分采用水壓擴(kuò)管機(jī)，60年代以來新建的uoe機(jī)組多采用機(jī)械擴(kuò)管機(jī)。主要原因是與水壓擴(kuò)管機(jī)相比，機(jī)械擴(kuò)管機(jī)具有效率高、易于滿足鋼管野外焊接要求、橢圓度好、管端形狀和尺寸好的優(yōu)點(diǎn)。

寶鋼uoe機(jī)組的擴(kuò)徑機(jī)是sms-meer設(shè)計(jì)的機(jī)械式擴(kuò)徑機(jī)。

2.8 水壓試驗(yàn)機(jī)

隨著高壓流體輸送管道的應(yīng)用，每根鋼管的強(qiáng)度嚴(yán)格滿足要求，于是api5l標(biāo)準(zhǔn)制定了100%水壓試驗(yàn)來檢驗(yàn)鋼管的強(qiáng)制性要求。每根鋼管應(yīng)進(jìn)行水壓試驗(yàn)且不得有滲漏現(xiàn)象，試驗(yàn)壓力至少不低于標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)壓力。以前鋼管的密封多采用徑向密封，而現(xiàn)在則普遍采用帶有端面密封的水壓試驗(yàn)頭，密封件是由精確的預(yù)設(shè)定力壓到管端的。試驗(yàn)壓力由柱塞泵或由液壓操作的增壓器來控制。

寶鋼uoe項(xiàng)目的水壓機(jī)是拉桿式壓機(jī)。帶充水頭和排氣頭的4根拉桿構(gòu)成框架。拉桿起到吸收夾緊力的作用。由于這4根拉桿對(duì)稱布置在水壓機(jī)中，因此拉桿只是承受夾緊力所致的拉伸載荷。水壓機(jī)的傾斜角為2度，以便于排水。

結(jié)語(yǔ)

就uoe工藝而言，其板料彎曲過程所采用的方法是一種對(duì)鋼板進(jìn)行預(yù)彎、u（uing）成形、o成形（oing）以及擴(kuò)徑（expanding）等工序相結(jié)合的逐次成形的方法，生產(chǎn)效率明顯高于其他生產(chǎn)工藝，同時(shí)成形精度能夠得到保證，因而是大直縫焊接鋼管產(chǎn)品生產(chǎn)的一種很好的生產(chǎn)工藝。

由于其設(shè)備規(guī)格大，給加工制造帶來了很大的難度，承接的制造廠需要具有強(qiáng)大鑄造、加工、裝配能力，并需加強(qiáng)過程質(zhì)量控制。