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螺旋成形

用螺旋成形器將管坯圍繞管體軸線螺旋纏卷成螺旋焊管管筒的變形過(guò)程。

成形原理如圖1所示，帶材軸線與螺旋焊管軸線在俯視投影面上相交成一成形角a。設(shè)帶寬為B，焊管外徑為D，則各參數(shù)之間存在的函數(shù)關(guān)系是：B=Dcosa。由式可知螺旋成形比較靈活，只要適當(dāng)改變成形角a，同一寬度的帶材即可生產(chǎn)不同外徑的焊管。但在選定成形角范圍或帶材寬度與管徑的比值范圍時(shí)，必須綜合權(quán)衡管材生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性與管體強(qiáng)度。因?yàn)槌尚谓谴笮��?duì)這兩者的影響是矛盾的，如成形角取大了雖可降低管體內(nèi)靜壓力在焊縫上引起的垂直張應(yīng)力，提高管體強(qiáng)度，但卻降低了管體軸向出口速度，降低生產(chǎn)率；加大了單位管長(zhǎng)上的焊縫長(zhǎng)度，提高成本。所以通常選用帶材寬度與管徑比在1.3-2.2，相應(yīng)的成形角在65.36’-45.32’。生產(chǎn)的螺旋焊管長(zhǎng)度實(shí)際上只受運(yùn)輸條件的限制。

螺旋焊管

螺旋焊管：是將低碳碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼鋼帶按一定的螺旋線的角度（叫成型角）卷成管坯，然后將管縫焊接起來(lái)制成，它可以用較窄的帶鋼生產(chǎn)大直徑的鋼管。螺旋焊管主要用于石油、天然氣的輸送管線，其規(guī)格用外徑*壁厚表示。

螺旋焊管有單面焊的和雙面焊的，焊管應(yīng)保證水壓試驗(yàn)、焊縫的抗拉強(qiáng)度和冷彎性能要符合規(guī)定。

螺旋焊管制作及螺旋焊管技術(shù)特性。

　　1、制作方案

　　在成都租用土地，建立工廠，將設(shè)備搬遷至成都工廠制作。

　　2、設(shè)備

　　主機(jī)：英國(guó)WILSON BYAND公司制造的BYAND-2000型制管機(jī)組，該機(jī)組屬分段組裝式，總重量約130噸，可拆分為四個(gè)主要部分而進(jìn)行單體運(yùn)輸，適宜于在現(xiàn)場(chǎng)布置設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)供應(yīng)鋼管。機(jī)組總體性能參數(shù)如下：

　　鋼管規(guī)格 小Φ400×5.0mm，大Φ3048×25.4mm

　　制管長(zhǎng)度 一般為6～30m，長(zhǎng)達(dá)80m

　　原料板寬 小700mm，大2000mm

　　鋼卷重量 大40噸

　　材料等級(jí)高達(dá)API 5L×65

　　內(nèi)外及時(shí)對(duì)接焊機(jī) LINCOLN DC-1500

　　主驅(qū)動(dòng)主減速器 DAVID BROWN RADICON

　　等離式切割機(jī) LINCOLN PRO-CUT 125

　　液壓系統(tǒng) VICKERS、DENISON

　　電控系統(tǒng) SIEMENS、ABB

　　3、工藝流程

　　開(kāi)卷——上卷——校平——對(duì)接焊——銑邊——成型——內(nèi)焊——外焊——切管——破口——后續(xù)焊——水壓試驗(yàn)

　　4、檢驗(yàn)工藝

　　原材料檢驗(yàn)——校平檢驗(yàn)——對(duì)接焊檢驗(yàn)——成型檢驗(yàn)——內(nèi)焊檢驗(yàn)——外焊檢驗(yàn)——切管檢驗(yàn)——超聲波檢驗(yàn)——坡口檢驗(yàn)——外形尺寸檢驗(yàn)——X射線檢驗(yàn)——水壓試驗(yàn)——終檢驗(yàn)

　　5、防腐

　　·國(guó)內(nèi)內(nèi)防腐材料一般采用水泥砂漿，也有的采用無(wú)毒環(huán)氧涂料(厚度0.4mm)。

　　·國(guó)內(nèi)外防腐涂層電火花試驗(yàn)電壓一般為3000伏，高不超過(guò)5000伏，技術(shù)含量高的采用10千伏。

　　要達(dá)到較好的防腐效果，需要注意一下兩點(diǎn)：

　　·嚴(yán)格打砂工作程序以保證除銹質(zhì)量，并在1小時(shí)內(nèi)完成內(nèi)外底漆的噴涂，這是保證防腐質(zhì)量的根本。

　　·在制定防腐工藝時(shí)需要特別要求玻璃絲布首先浸透環(huán)氧煤瀝青涂劑，半機(jī)械滾纏，并對(duì)玻璃絲布由人工用滾筒推平的方法操作，以保證外涂層的均勻細(xì)密。

　　·內(nèi)外防腐的管子，放在露天堆場(chǎng)達(dá)4個(gè)月檢驗(yàn)，內(nèi)涂層沒(méi)有黃色麻點(diǎn)等不良現(xiàn)象，外防腐層電火花試驗(yàn)仍可達(dá)10千伏的要求。

　　6、螺旋焊管與直縫焊管技術(shù)特性比較

　　把螺旋焊管與直縫焊管技術(shù)特性做一個(gè)簡(jiǎn)單的比較：

　　·材料的冶金性能

　　直縫埋弧焊管是用鋼板生產(chǎn)的，而螺旋焊管是用熱軋卷板生產(chǎn)的。熱軋帶鋼機(jī)組軋制工藝具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，具有獲得生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)管線鋼的冶金工藝能力。例如，在輸出臺(tái)架上裝有水冷卻系統(tǒng)以加速冷卻，這就允許使用低合金成分來(lái)達(dá)到特殊的強(qiáng)度等級(jí)和低溫韌性，從而改進(jìn)鋼材的可焊性。但這一系統(tǒng)在鋼板生產(chǎn)廠基本沒(méi)有。卷板的合金含量(碳當(dāng)量)往往低于相似等級(jí)的鋼板，這也提高了螺旋焊管的可焊性。

　　更需要說(shuō)明的是，由于螺旋焊管的卷板軋制方向不是垂直鋼管軸線方向(其夾解取決于鋼管的螺旋角)，而直縫鋼管的鋼板軋制方向垂直于鋼管軸線方向，因而，螺旋焊管材料的抗裂性能優(yōu)于直縫鋼管。

　　·焊接工藝

　　從焊接工藝而言，螺旋焊管與直縫鋼管的焊接方法一致，但直縫焊管不可避免地會(huì)有很多的丁字焊縫，因此存在焊接缺陷的機(jī)率也大大提高，而且丁字焊縫處的焊接殘余應(yīng)力較大，焊縫金屬往往處于三向應(yīng)力狀態(tài)，增加了產(chǎn)生裂紋的可能性。

　　而且，根據(jù)埋弧焊的工藝規(guī)定，每條焊縫均應(yīng)有引弧處和熄弧處，但每根直縫焊管在焊接環(huán)縫時(shí)，無(wú)法達(dá)到該條件，由此在熄弧處可能有較多的焊接缺陷。

　　·強(qiáng)度特點(diǎn)

　　管子在承受內(nèi)壓時(shí)，通常在管壁上產(chǎn)生兩種主要應(yīng)力，即徑向應(yīng)力δY和軸向應(yīng)力δX。焊縫處合成應(yīng)力δ=δY(l/4sin2α+cos2α)1/2，其中，α為螺旋焊管焊縫的螺旋角。

　　螺旋焊管焊縫的螺旋角一般為50-75度，因此螺旋焊縫處合成應(yīng)力是直縫焊管主應(yīng)力的60-85%。在相同工作壓力下，同一管徑的螺旋焊管比直縫焊管壁厚可減小。

　　根據(jù)以上特點(diǎn)可知：

　　A�甭菪�焊管發(fā)生爆破時(shí)，由于焊縫所受正應(yīng)力與合成應(yīng)力比較小，爆破口一般不會(huì)起源于螺旋焊縫處，其安全性比直縫焊管高。

　　B.當(dāng)螺旋焊縫附近存在與之相平行的缺陷時(shí)，由于螺旋焊縫受力較小，故其擴(kuò)展的危險(xiǎn)性不如直焊縫大。

　　C.由于徑向應(yīng)力是存在于鋼管上的大應(yīng)力，所以焊縫處于垂直應(yīng)力這一方向時(shí)承受大載荷。即直縫承受的載荷大，環(huán)向焊縫承受的載荷小，螺旋縫介于二者之間。

　　·靜壓爆破強(qiáng)度

　　經(jīng)有關(guān)對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證了螺旋焊管與直縫焊管的屈服壓力與爆破壓力實(shí)測(cè)值和理論值基本吻合，偏差接近。但無(wú)論是屈服壓力還是爆破壓力，螺旋焊管均低于直縫焊管。爆破試驗(yàn)還顯示出螺旋焊管爆破口的環(huán)向變形率明顯大于直縫焊管。由此證實(shí)，螺旋焊管的塑性變形能力優(yōu)于直縫焊管，爆破口一般只局限于一個(gè)螺距內(nèi)，這是螺旋焊縫對(duì)裂口的擴(kuò)展起了有力的約束作用所致。

　　·韌性和疲勞強(qiáng)度

　　管道發(fā)展的趨勢(shì)是大口徑、高強(qiáng)度。隨著鋼管直徑的加大、所用鋼級(jí)的提高，產(chǎn)生韌性斷裂尖穩(wěn)擴(kuò)展的趨勢(shì)越大。根據(jù)美國(guó)有關(guān)研究機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)表明，螺旋焊管與直縫焊管雖然同為一個(gè)級(jí)別，但螺旋焊管具有較高的沖擊韌性。

　　輸送管線由于輸量的變化，在實(shí)際操作過(guò)程中，鋼管是承受隨機(jī)交變載荷的作用。了解鋼管的低循環(huán)疲勞強(qiáng)度，對(duì)判斷管線的使用壽命具有重要的意義。

　　按測(cè)定結(jié)果，螺旋焊管的疲勞強(qiáng)度與無(wú)縫管和電阻焊管相同，試驗(yàn)的數(shù)據(jù)與無(wú)縫管和電阻管分布在同一區(qū)內(nèi)，而比一般的埋弧直縫焊管要高。

　　·現(xiàn)場(chǎng)可焊性

　　現(xiàn)場(chǎng)的可焊性主要是由鋼管的材質(zhì)和端口配合尺寸公差決定的。

　　考慮到鋼管安裝施工的要求，鋼管加工生產(chǎn)的連續(xù)性的和外形幾何尺寸的一致性尤為重要。

　　螺旋焊管的生產(chǎn)是基本上在同一工況條件下穩(wěn)定的連續(xù)流程：而直縫焊管制作工序是分段的，包括整板/壓頭/預(yù)卷/點(diǎn)焊/焊接/精整/組對(duì)等多道工序過(guò)程。這是螺旋焊管生產(chǎn)區(qū)別于直縫焊管生產(chǎn)的重要特征。

　　穩(wěn)定的生產(chǎn)工況非常便于焊接質(zhì)量的控制和幾何尺寸的保證。由于螺旋焊管管型規(guī)整、焊縫均勻分布，相對(duì)于直縫焊管，螺旋鋼管有非常好的管口橢圓度和端面垂直度，保證了現(xiàn)場(chǎng)鋼管焊接組對(duì)時(shí)的組對(duì)精度。

　　·對(duì)輸送介質(zhì)流動(dòng)特性的影響

　　輸送管線中的壓降和管子的長(zhǎng)度、流體粘滯系數(shù)、流體速度、流體阻力系數(shù)都成正比，而和管子的內(nèi)徑成反比。而流體阻力系數(shù)既與雷諾數(shù)有關(guān)，又與管子內(nèi)壁表面的粗糙度有關(guān)。經(jīng)測(cè)定，管子內(nèi)壁表面的粗糙度所起的影響要比局部隆起的面積(如螺旋形的焊縫或縱長(zhǎng)的焊縫、甚至包括內(nèi)環(huán)形焊縫)所起的影響大十倍。

　　·生產(chǎn)與管理

　　螺旋焊縫鋼管的生產(chǎn)能體現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)高效的優(yōu)勢(shì)。一臺(tái)螺旋焊管機(jī)組的生產(chǎn)量相當(dāng)于5-8臺(tái)直縫焊管設(shè)備，如何使多臺(tái)卷管設(shè)備生產(chǎn)線都能夠達(dá)到同一制作標(biāo)準(zhǔn)，即按統(tǒng)一的生產(chǎn)工藝規(guī)范和質(zhì)量保證體系生產(chǎn)以滿足焊接質(zhì)量要求與管道制造等級(jí)將是一項(xiàng)繁重的工作。

　　多頭生產(chǎn)勢(shì)比增加工程管理與質(zhì)量監(jiān)督的工程量。多臺(tái)直縫卷管機(jī)組及相應(yīng)的焊接設(shè)備，其操作人員的操作技能、質(zhì)量意識(shí)、分布的點(diǎn)和控制程序的差異將帶來(lái)生產(chǎn)管理、計(jì)劃進(jìn)度、檢查驗(yàn)收、交付協(xié)調(diào)等方面的諸多困難，極易造成管理與協(xié)調(diào)上的忙亂和生產(chǎn)廠家與施工單位的質(zhì)量推諉。

　　·質(zhì)量保證

　　按照螺旋焊管生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，螺旋焊縫鋼管的主要檢驗(yàn)/控制項(xiàng)目包括：

　　外形尺寸：鋼管外徑、壁厚、橢圓度、彎曲度、管端垂直度、

　　長(zhǎng)度外觀質(zhì)量：焊縫余高、錯(cuò)邊、鋼管表面、分層、夾雜、焊縫缺陷判定

　　化學(xué)成分

　　焊接接頭拉伸試驗(yàn)

　　靜水壓試驗(yàn)

　　酸蝕檢驗(yàn)

　　無(wú)損檢驗(yàn)

　　而直縫焊管沒(méi)有相應(yīng)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

　　一般螺旋焊管機(jī)組均采用在線連續(xù)檢驗(yàn)方式來(lái)保證焊縫的的焊接質(zhì)量，這是螺旋焊管生產(chǎn)區(qū)別于直縫焊管生產(chǎn)的另一重要特征。連續(xù)檢驗(yàn)有利于焊接缺陷的監(jiān)控、焊接質(zhì)量的穩(wěn)定、焊接等級(jí)的保證。

　　由于生產(chǎn)工藝的限制，直縫焊管極難實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷檢驗(yàn)。這將使焊接隱患與質(zhì)量問(wèn)題的出現(xiàn)機(jī)率增加，甚至影響將來(lái)管線運(yùn)行的整體工作可靠性。

　　·生產(chǎn)資質(zhì)

　　螺旋焊管生產(chǎn)廠家應(yīng)持有國(guó)家頒發(fā)的工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證。許可證制度要求螺旋焊管的生產(chǎn)廠家首先應(yīng)通過(guò)國(guó)家認(rèn)定的權(quán)威檢定機(jī)構(gòu)的審查考核，具備相應(yīng)的生產(chǎn)手段、檢驗(yàn)設(shè)備，質(zhì)量保證體系運(yùn)行良好有效，產(chǎn)品應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)和質(zhì)量規(guī)范的要求，經(jīng)國(guó)家工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證辦公室確認(rèn)后發(fā)證。所以螺旋焊管生產(chǎn)廠家均有較為完善的質(zhì)量保證體系和質(zhì)量控制的運(yùn)作程序。

　　而直縫焊管生產(chǎn)廠家沒(méi)有工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證的要求。

　　·價(jià)格分析

　　由于熱軋卷板的材質(zhì)技術(shù)性能和生產(chǎn)技術(shù)工藝要求較高，故一方面國(guó)內(nèi)符合標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)廠家比鋼板生產(chǎn)廠家要少，另一方面其生產(chǎn)工藝和品質(zhì)等級(jí)決定其市場(chǎng)價(jià)位亦高于熱軋鋼板。這是螺旋焊管的市場(chǎng)售價(jià)高于直縫焊管的主要原因。對(duì)于鋼管銷(xiāo)售價(jià)格的組成，材料價(jià)格是主導(dǎo)甚至是決定性因素。

認(rèn)真考察螺旋焊管與直縫焊管的價(jià)格差異，螺旋焊管的價(jià)位略高于直縫焊管是由于生產(chǎn)主材的價(jià)格差異所致。然而鋼管制作僅只是項(xiàng)目工程的一部份，若考慮到工程整體質(zhì)量、項(xiàng)目綜合造價(jià)等因素，螺旋焊管仍具有整體優(yōu)勢(shì)。