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標(biāo)題: 鋼管矯直原理—— 掃盲貼 [打印本頁]

作者: 龍九禪師 時間: 2012-8-14 16:58
標(biāo)題: 鋼管矯直原理—— 掃盲貼
鋼管矯直原理——
矯直是ERW鋼管生產(chǎn)中的重要工序。特別是API標(biāo)準(zhǔn)的石油套管和油氣管，精度要求較高的輥道管，機(jī)械設(shè)備專用管，不但在鋼級和焊縫質(zhì)量上有嚴(yán)格的要求，對鋼管的直線度也有很高的要求，因?yàn)橹本€度的偏差直接關(guān)系到油套管和輸送管的管端螺紋和管箍的加工，連接。現(xiàn)有管端車絲的兩種加工形式——管子旋轉(zhuǎn)和刀具旋轉(zhuǎn)，大多數(shù)車絲加工采用的是管子旋轉(zhuǎn)，這對于鋼管的直線度就要求更高。

《套管和油管規(guī)范》API—5CT標(biāo)準(zhǔn)，《管線管規(guī)范》API—5L標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：鋼管直線度偏差不超過總長度的0.2%；

《直縫電焊鋼管尺寸規(guī)格》GB/T13793—1992標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：外徑大于16mm的鋼管，彎曲度≤1.5mm/M。《直縫電焊鋼管尺寸規(guī)格》GB/T13793—1992標(biāo)準(zhǔn)是一般用途直縫焊管的基本標(biāo)準(zhǔn)。

談到鋼管矯直，我們首先要弄清楚，鋼管為什么會彎？許多人會覺得：這個問題還用說嗎？其實(shí)，要真正弄清除鋼管為什么會彎，這個問題還真不簡單。導(dǎo)致鋼管彎曲有許多原因，比如焊縫的熱影響，軋制時的偏心，還有壓緊力，彎曲力的不平衡等等。但是從根本上來說，彎曲都是鋼管內(nèi)應(yīng)力的作用，簡單地說，彎曲就是應(yīng)力不均衡。那么，直的鋼管是不是就沒有內(nèi)應(yīng)力呢？不是。直的鋼管也有內(nèi)應(yīng)力，只是直管的內(nèi)應(yīng)力相對均衡抵消了。

內(nèi)應(yīng)力是一種什么東西呢？內(nèi)應(yīng)力是物理力學(xué)上的說法，它的本質(zhì)，是材料受溫度，外力影響而產(chǎn)生變形時的一種分子之間的相互作用力。鋼管在成型，焊接的時候，也會受到焊接溫度，成型彎曲這些外力的影響而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。鋼管的截面是一個環(huán)形，在這個環(huán)形面積上會產(chǎn)生二種基本應(yīng)力：與環(huán)形平行的力和與環(huán)形垂直的力。平行的應(yīng)力會使得管子不圓；垂直的應(yīng)力會使得管子彎曲。

我們來看看液壓六輥矯直機(jī)的工作原理：

需要矯直的管材從機(jī)器的左端(或右端)的進(jìn)料裝置上被送入矯直機(jī)的下輥上，上輥下行使其壓住管材，到相應(yīng)的位置后停止。上下輥系分別與被矯直的管材的軸線傾斜一定的角度，輥?zhàn)拥碾p曲線型母線與管材的外徑相吻合，呈包絡(luò)狀。三個上輥在各自液壓缸的作用下壓在管材上，兩個下輥?zhàn)臃謩e由各自的液壓馬達(dá)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，帶動管材既繞軸線旋轉(zhuǎn)又沿軸向移動。改變液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向即可改變管材的旋轉(zhuǎn)方向和軸向移動方向，實(shí)現(xiàn)可逆式矯直。然后將被矯直的管材通過另一端的出料裝置送到物料架上。對局部彎曲變形較大的管材，可利用兩端的沖頭先進(jìn)行局部矯直，然后再進(jìn)行整體矯直。

學(xué)過初等數(shù)學(xué)的都知道：三點(diǎn)成一線。可是，如果我們用三點(diǎn)成一線的辦法來矯直管子，管子并不能被矯直，被你壓直了還會彈回來，這是由于鋼管內(nèi)應(yīng)力的關(guān)系。我們在矯直鋼管時只能用矯枉過正的辦法來矯直鋼管，就是說，只有對彎曲的管子施加大于應(yīng)力但是方向相反的力量，才能完全消除掉原有的應(yīng)力，使管子變直。矯直機(jī)就是使管材通過多次彈塑性彎曲變形實(shí)現(xiàn)對管材的矯直的。

鋼管的矯直有二種基本方式：直線式矯直和旋轉(zhuǎn)式矯直，這二種方式本質(zhì)上都是通過消除內(nèi)應(yīng)力的原理來矯直管子的，不過它們之間在用途和矯直方式上有很大區(qū)別。在ERW鋼管生產(chǎn)中，這二種方式一般都在生產(chǎn)設(shè)備中配置，直線式矯直采用土耳其頭和直線式矯直機(jī)，旋轉(zhuǎn)式矯直則采用輥式矯直機(jī)。這二種矯直方式各有自己的用處，但其作用對象和工作原理有很大的不同。

土耳其頭和直線式矯直機(jī)一般用于還沒有被定尺切斷的鋼管的在線矯直。ERW鋼管在高頻焊接后，會因熱效應(yīng)或成型偏向發(fā)生方向性彎曲，要矯直這種方向性彎曲，需要進(jìn)行單向矯直，單向矯直時不能使鋼管發(fā)生扭轉(zhuǎn)，因而也不能矯正鋼管的扭轉(zhuǎn)。土耳其頭一般都設(shè)在定徑精整之后，定徑精整由三到四道機(jī)架組成，每一道定徑和精整都需要極大的擠壓力，這種擠壓力正好能在徑向固定鋼管，防止它發(fā)生扭轉(zhuǎn)，二道土耳其頭與最后一道精整組成了直線式矯直的三點(diǎn)。土耳其頭對管子施加壓力的方向可以在360°內(nèi)任意調(diào)節(jié)，當(dāng)彎曲的鋼管被強(qiáng)制通過土耳其頭時，只要針對鋼管彎曲的方向來調(diào)節(jié)土耳其頭，在這三點(diǎn)之間形成一個反向彎曲的撓度，土耳其頭強(qiáng)大的反向力使管子彎曲的內(nèi)應(yīng)力被消除，鋼管被矯直。

土耳其頭在矯直鋼管時有三點(diǎn)要求：

第一，正確確定鋼管彎曲方向，按彎曲方向調(diào)整土耳其頭的輥壓方向。為能正確地確定鋼管彎曲方向，需要在最后一道精整機(jī)架與土耳其頭之間有一定的距離，如果離得太近，就會很難確定彎曲方向。這個距離的確定與管子的外徑有關(guān)，一般需要根據(jù)管子的外徑和兩道土耳其頭之間的間距來確定。

第二，正確設(shè)定矯直支點(diǎn)之間的間距，土耳其頭矯直的三個支點(diǎn)分別是：定徑精整的末道機(jī)架和二道土耳其頭，一般要求這三點(diǎn)的間距能均分布置。有一些機(jī)組制造廠家不了解這個道理，往往為了縮短機(jī)組長度，將二道土耳其頭靠緊在一起布置，而離最后一道精整機(jī)架卻很遠(yuǎn)，這就會影響土耳其頭與精整機(jī)架形成合理的矯直撓度。二道土耳其頭之間的間距可以比土耳其頭與精整機(jī)架的間距近些，但不宜太小，甚至緊靠著。土耳其頭矯直的間距設(shè)置需根據(jù)管徑來確定，管徑大的間距應(yīng)大些，管徑小的間距則應(yīng)短些。因?yàn)槌尚蜋C(jī)組都需要生產(chǎn)包含一定規(guī)格范圍的管材，如果能用導(dǎo)軌將土耳其頭設(shè)置成可以調(diào)節(jié)間距的形式，那就較為合理了。

第三，正確調(diào)整土耳其頭反向彎曲的撓度。不同的管徑，不同的壁厚，不同的鋼級，不同的彎曲度，在產(chǎn)生彎曲時的內(nèi)應(yīng)力有很大的差別，因而在矯直時需要不同的矯直撓度，理論上可以近似地計(jì)算，但主要是需要我們在生產(chǎn)實(shí)踐中認(rèn)真積累，加以掌握，同一鋼級，同一規(guī)格的鋼管，也會由于鋼質(zhì)，成型等因素的變化而造成不同程度的彎曲。

輥式矯直機(jī)的工作原理與土耳其頭是不同的。它能使鋼管矯直的原理不象土耳其頭那樣單一地靠反向過彎。比如常用的六輥式矯直機(jī)，它在矯直時有兩個力同步地作用于管子：一是軸向的彎曲力，二是圓周的壓扁力。六輥式矯直機(jī)使鋼管在旋轉(zhuǎn)中徑向受到強(qiáng)大的壓力，讓管子在徑向和軸向都產(chǎn)生一定量的塑性變形。徑向是通過調(diào)節(jié)上下輥的壓力，來實(shí)現(xiàn)鋼管的矯圓；軸向是通過調(diào)節(jié)中間輥的高度形成彎曲撓度，來實(shí)現(xiàn)鋼管的矯直。六輥式矯直機(jī)一般用于已經(jīng)被定尺切斷的鋼管矯直。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于成型，焊接，切斷等多道工序的影響，鋼管會產(chǎn)生螺旋彎曲，多向彎曲等復(fù)雜的彎曲狀況，要消除不同方向的彎曲，就不能采取直線式的矯直方法了，如果我們要針對彎曲方向來矯直切斷后的鋼管，鋼管就很難固定，假如這根管子彎曲不是一個方向，那就更難辦了。要達(dá)到矯直的目的，需要用專門的夾具加以固定以防止圓周偏轉(zhuǎn)，這一段直了，還得轉(zhuǎn)過一個角度再矯直，這就很難操作了。

六輥式矯直機(jī)由三對相對滾動的斜輥組成三個矯直支點(diǎn)，這三個矯直支點(diǎn)之間的間距不是隨便定的，它要由所矯直管材的管徑來確定。同樣，是管徑大的間距應(yīng)大些，管徑小的間距則應(yīng)短些。由于六輥式矯直機(jī)的工作原理是通過塑性變形來矯直鋼管的，這就需要很大的力量，所以旋轉(zhuǎn)式的矯直機(jī)一般都只能用來矯直φ180mm以下直徑，8mm以下厚度的鋼管。即使是用來矯直φ180mm×8mm的鋼管，矯直機(jī)自身的重量就已超過40噸，功率超過120Kw。直徑在φ180mm以上的鋼管，一般在12米基本定尺長度內(nèi)不容易彎曲，一旦需要矯直，只能是另外設(shè)置專門的液壓矯直平臺來壓直它。

旋轉(zhuǎn)矯直，其矯直性能的好壞在于合理科學(xué)的設(shè)計(jì)，我們作為使用者，也需要了解它的矯直原理。

影響六輥式矯直機(jī)矯直鋼管的因素一般有以下四點(diǎn)：

⑴  合理的輥型曲線

矯直機(jī)的輥型曲線是一條包絡(luò)線。它應(yīng)該包絡(luò)所矯直管徑的范圍，理論上應(yīng)該是一條雙曲線。任何包絡(luò)線都是有一定范圍的。例：現(xiàn)需要矯直范圍為φ114~φ180之間的所有規(guī)格的鋼管，矯直輥角30°，如果輥型曲線在矯直最大管徑φ180時有三分之一圓周的接觸長度，那就有188mm的接觸長度，而用同一對輥矯直φ114管子時，其接觸長度則變?yōu)閮H有一個點(diǎn)，輥?zhàn)舆吘夒x開φ114管子有0.2mm的間隙。一般來說，管徑包絡(luò)的范圍越大，矯直性能就越差。為什么呢？因?yàn)樵诔C直過程中，輥型曲線與管子外徑需保持一定的接觸長度。

接觸線有兩個作用：第一個作用：當(dāng)矯直中間輥向上調(diào)節(jié)時，使管子在形成矯直撓度，接觸線長度很小或只有點(diǎn)接觸時，矯直撓度曲線將變得很陡，這使得管子只能在很短的長度內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，無法在較長間距內(nèi)消除應(yīng)力；第二個作用：當(dāng)三道矯直輥全部壓下時，管子在旋轉(zhuǎn)中徑向產(chǎn)生塑性變形，接觸線越長，徑向壓力越均勻，塑性變形面積就越充分，鋼管圓度就越好。由次可見，合理的輥型曲線是矯直性能的保障，接觸線長度越長，矯直性能就越好；接觸線長度越短，矯直性能就越差。

近來有學(xué)者根據(jù)包絡(luò)理論深入研究了輥形曲線，認(rèn)為鋼管在矯直過程中并不是圓的，所以雙曲線的輥面曲線與管材的接觸線太短而且不充分，不適合高精度矯直。已經(jīng)有新型的矯直機(jī)出現(xiàn)了漸開線曲線，準(zhǔn)雙曲線型和深淺凹型復(fù)合曲線等，這也反映了即使是在傳統(tǒng)行業(yè)中，技術(shù)進(jìn)步也是隨著時代而發(fā)展進(jìn)步的。

矯直機(jī)經(jīng)過一段時間的使用，輥面會造成磨損，從而改變了輥形的曲線，影響矯直效果，所以必須定期對矯直輥進(jìn)行修正。

⑵  合理的輥間距

三對矯直輥的間距，需要根據(jù)管子直徑的大小來確定。每對矯直輥與管子的相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動形成一條螺旋線，輥?zhàn)拥膲毫κ构茏赢a(chǎn)生的塑性變形會使管端失圓，為了避免這種情況的產(chǎn)生，三對輥的間距布置需要保證三條螺紋線之間有均勻分布的相位差，理想的狀態(tài)是成圓周120度的分布。但實(shí)際上當(dāng)管徑大小變化而輥間距不變時，三道輥的輥壓螺旋線的相位將發(fā)生很大的改變，以φ180管為例：當(dāng)輥間距為1050mm時，設(shè)定φ180管的相位差為0°/78°/155°；當(dāng)輥間距1080mm時，φ180管的相位差變?yōu)?°/110°/220°；當(dāng)輥間距1100mm時，φ180管的相位差又變?yōu)?°/133°/266°。

輥間距的設(shè)定需要根據(jù)管徑來確定，一般來說，輥間距越小，所需要的矯直力越大，但卻越有利于矯直。在實(shí)際上，矯直輥受到尺寸和位置的影響，不可能將間距做得很小，我們只能根據(jù)實(shí)際生需要的管徑來確定間距。不過矯直輥之間的間距絕不能做得太大，過大的間距會使小規(guī)格的管子發(fā)生末端的離線彎曲。

⑶  合理的輥壓角

不同的管徑矯直時需要調(diào)節(jié)矯直輥的角度，以保證不同管徑在矯直時都有較好的輥壓接觸線。在設(shè)計(jì)時以最大管徑為基準(zhǔn)，設(shè)定一個基準(zhǔn)角度，一般取30°左右，當(dāng)管徑依次遞減時，輥角逐步變小，這種角度的調(diào)節(jié)是微量的，一般取2°到3°左右。輥壓角度的調(diào)節(jié)要求有同一性，如果三對輥的輥壓角不一致，將會因此而造成各道向前送的力不同而影響矯直效果，并會對管子表面造成擦傷。如果矯直壓力很大，還會使管子發(fā)生較大的縮短。

目前已有的矯直機(jī)組中，輥角的調(diào)節(jié)都是采用分別調(diào)節(jié)的方式，分別調(diào)節(jié)導(dǎo)致同步性比較差，影響矯直效果。如果要使鋼管能準(zhǔn)確地矯直，必須從同步調(diào)節(jié)這一個根本環(huán)節(jié)上著手來解決這個問題。現(xiàn)在有些鋼管矯直機(jī)組采取了多道次矯直的方法，由三道增加到五道甚至七道，這樣的設(shè)計(jì)對于合理分散輥角的相位是有好處的，可以有效避免管端的失圓情況，也能提高一些矯直的精確度，但其矯直原理與通用的矯直機(jī)是同樣的。多道次矯直的調(diào)節(jié)相對于通用的矯直機(jī)要困難些。

（4）合理的矯直撓度

矯直撓度就是矯直中間輥向上的調(diào)節(jié)量。矯直中間輥可以向上調(diào)節(jié)，這是為了形成合理的矯直撓度曲線，當(dāng)彎曲的鋼管在旋轉(zhuǎn)中進(jìn)入矯直輥時，被強(qiáng)迫按照這撓度曲線彎曲，與撓度曲線相同的彎曲面基本不受影響，而與撓度曲線相反的彎曲面則受到反向的力而被消除應(yīng)力。如上例：當(dāng)矯直輥按30°角布置，管徑φ180時有三分之一圓周的接觸長度（188mm），輥間距為1050mm，鋼管通過這三道矯直輥時將旋轉(zhuǎn)近4圈，即按撓度曲線彎曲4次，一般認(rèn)為，普通鋼級的鋼管有3次彎曲就可以消除應(yīng)力，達(dá)到矯直的效果。必須注意：中間輥頂?shù)迷礁撸瑩隙惹€就越陡，矯直力就越大，但是有效矯直長度將縮短，所以不能將中間輥調(diào)得很高。在實(shí)際生產(chǎn)中，特別是我們需要生產(chǎn)如X60以上的高鋼級管子時，可能會出現(xiàn)一次還不能矯直，需要矯直兩次的情況。

六輥式矯直機(jī)的工作原理需要我們所有的操作人員真正地理解，同時更需要我們在生產(chǎn)實(shí)際中掌握調(diào)節(jié)量。工人常常會因?yàn)椴涣私獬C直機(jī)的原理，不能針對管子的彎曲度而盲目地去調(diào)整中間輥的位置，破壞了三對輥之間合理的撓度曲線，矯直時就會時好時壞，直了不知道為什么能直，彎了也不明白為什么矯不直。

影響矯直輥調(diào)節(jié)的因素，除了操作不當(dāng)以外，還有很重要的就是上矯直輥調(diào)節(jié)絲桿與螺母付之間，矯直輥與軸之間有了磨損間隙，當(dāng)這種間隙達(dá)到一定的許可范圍，操作者就很難準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)壓緊的力量，所以必須對設(shè)備之間的磨損間隙經(jīng)常檢查，及時更換和修理調(diào)整。

鋼管矯直調(diào)整原理：

一，          管子朝焊縫同一方向彎曲

原因：焊縫正火處理不充分，管子靠焊縫一側(cè)存在熱應(yīng)力，因而在冷卻后發(fā)生朝一個方向的彎曲。

解決辦法：1  調(diào)節(jié)中間輥，適當(dāng)加大撓度曲線；2 兩次矯直；3 在無法直接矯直的時候，管子整體回火。

二，          管子無規(guī)則彎曲

原因：1. 三道輥之間的壓力不一致；2. 矯直輥磨損較大。

解決辦法：檢查調(diào)整上矯直輥是否松動，用樣棒校直三道之間的接觸線長度。

三，          管子的長度縮短較大

原因：三道矯直輥之間的輥壓角度相差太大;矯直壓力較大。

解決辦法：調(diào)整輥壓角，盡可能做到一致；適當(dāng)調(diào)整矯直壓力。

四，          管子的一頭彎曲

原因：輥與輥之間的間距太大。

解決辦法：選用適應(yīng)相應(yīng)管徑的較小間距的矯直機(jī)。

五，          管子頭部不圓

原因：三道矯直輥之間的接觸相位分布不當(dāng)或重合，輥壓力太大。

解決辦法：適當(dāng)調(diào)整輥與輥之間的角度，調(diào)節(jié)輥對管子的壓力。

隨著科技的進(jìn)步發(fā)展，已有更多的新技術(shù)在鋼管矯直機(jī)上得到應(yīng)用。如某公司改進(jìn)并得到應(yīng)用的七輥型式矯直機(jī)，型號為３-１-３鋼管矯直機(jī)。它應(yīng)用了與通常六輥矯直機(jī)完全不同的結(jié)構(gòu)形式，解決了矯直輥組在圓周方向的調(diào)整問題。特征在于，主動輥用調(diào)整斜鐵來調(diào)整其上下高度，從而使三個矯直輥在圓周１２０°方向上都可作徑向調(diào)整，而矯直中心線則始終保持不變，優(yōu)點(diǎn)在于，結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整，被矯管材在圓周上受力均勻。因此，矯直精度高，質(zhì)量好，且適用規(guī)格幅度大。

矯直缺陷的原因及處理措施
缺陷種類       產(chǎn)生原因       消除方法
螺旋形矯凹       1、  角度小；
2、  孔型磨損不均。       1、  調(diào)整角度；
2、  加大角度，減小壓下量或更換輥?zhàn)?br /> 螺旋形壓痕       角度過大       減小角度
鋼管直徑增大
或減小       1、  輥?zhàn)咏嵌却笮〔灰恢拢?br /> 2、  輥?zhàn)铀俣炔灰恢隆?nbsp;       將角度調(diào)整一致，更換大小一致的
輥?zhàn)?br /> 橢圓度       壓下量過大       減小壓下量
鋼管不咬入       1、滾道與入口高度不一致；
2、第一對輥?zhàn)咏嵌炔灰粯樱?br /> 3、  管子前端彎曲大。       1、  調(diào)整滾道高度；
2、  調(diào)整達(dá)到一致；
3、  彎曲度太大不矯（>30mm/m）。
管子咬入后停
上不前       1、  第一對輥?zhàn)訅合铝窟^大或過小；
2、第二對、三對輥?zhàn)訅合铝孔舆^大；
3、管子后端有硬彎；
4、第一對輥?zhàn)诱{(diào)整不當(dāng)。       1、  適當(dāng)調(diào)整壓下量；
2、  減小二、三對輥?zhàn)訅毫Γ?font class="jammer">* j* u. B' o8 m$ B" H8 D
3、  管子缺陷不得超出允許范圍；
4、  調(diào)整角度。
矯不直       1、  前端不直；
2、  后端不直；
3、  中間不直。       1、調(diào)整第三對輥?zhàn)訅合铝亢徒嵌龋?br /> 2、調(diào)整第一對輥?zhàn)訅合铝亢徒嵌龋?font class="jammer">0 {! p5 Q- x: c2 Y
3、調(diào)整第二對輥?zhàn)訅合铝亢徒嵌取?font class="jammer">$ E8 c0 c) k# L4 d( F

作者: 老鷹 時間: 2012-8-14 17:09
龍酒寫那么多，是不是原創(chuàng)啊^_^

作者: WUHANLIST 時間: 2012-8-14 17:11
學(xué)習(xí)了！

作者: 互通有無 時間: 2012-8-14 18:23
專業(yè)水平

作者: liujiaoce 時間: 2012-8-14 18:51
俺也掃掃盲。

作者: 把刀用好 時間: 2012-8-14 19:10
矯直是個技術(shù)活，技術(shù)好的跟差的不管是質(zhì)量還是數(shù)量差很多的。

作者: garyguo501 時間: 2012-8-23 22:14
說的挺好挺多

作者: 李澤 時間: 2012-8-30 11:39
支持下，希望多多掃盲，多出精品。

作者: 逸宇 時間: 2012-9-8 12:00
我鋼廠的剛好能用到

作者: 常青藤001 時間: 2012-9-17 16:26
支持下

作者: 無縫鋼管設(shè)備 時間: 2013-8-15 08:55
學(xué)一下，掃掃盲

作者: syonggang 時間: 2019-9-10 23:16
矯直是個技術(shù)活，技術(shù)好的跟差的不管是質(zhì)量還是數(shù)量差很多

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