梁景洪

摘 要：详细阐述了焊接钢管设备中水压扩径机的合模在工作过程中出现的现象，并根据合模的受力情况，提出了合模浮动机构调整的改造方向。

关键词：水压扩径机；合模；调整机构；扩径率

中图分类号：TG306 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.096

石油天然气在陆地、海洋开发的快速发展对管线钢管的制作工艺提出了更高的要求。钢管扩径的目的有以下3个：①矫正钢管在成型、焊接过程中的不均匀变形，使钢管的管径、圆度和直度达到要求的精度；②消除由成型机压缩加工产生的管体残余应力，改善应力分布，提高钢管的整体力学性能；③消除焊缝焊接造成的残余应力，避免因产生氢脆而导致氢致裂纹出现。

1 “水压扩径”的定义及钢管出现的现象

1.1 “水压扩径”的定义

目前，国内外的扩径方法主要有水压扩径法和机械扩径法。就扩径效率来说，水压扩径法要远远高于机械扩径法。水压扩径的原理为：水压扩径机两端头将钢管两端密封，外模将钢管包住，从一端向钢管内注入高压乳化液；高压乳化液将钢管扩胀到紧贴外模，在钢管径向扩大的同时，水压机一头随动伸长，以保证缩短时不漏水；按设定时间保压后，即完成扩径工序。

1.2 水压扩径过程中钢管出现的现象

在水压扩径过程中，合模对钢管的管径、圆度和直线度起着重要的作用。水压扩径机由6组合模组成，覆盖管长12.5 m。为保证合模同轴，合模数量越少越好。考虑到加工成本和短管的生产，将合模设计为6组。此时，就需要考虑如何保证合模的同轴度。一旦同轴度得不到保证，钢管就会出现错节现象，无法满足交货要求。另外，如果每组合模间的间距无法保证，当间距过大时，就会出现竹节现象，同样使钢管无法满足交货要求。为解决以上问题，提出了关于合模调整和结构设计的方法。

2 水压扩径机合模的受力情况

2.1 现有水压扩径机合模机构的使用情况

合模机构的安装形式为：耳座合模水缸使用后耳座结构，与合模水缸底座连接，安装在地基上。对于这种结构来说，如果没有浮动调整机构，就会出现上述问题。在多年的使用过程中，后耳座的连接销轴变形并磨损，销轴与耳座的间隙变大。这说明，合模在工作过程中会使合模水缸受到一个冲击力，使销轴变形，进一步验证了合模浮动调整机构的重要性。

2.2 钢管对合模的影响分析

水压扩径率的确定对钢管有着重要的影响，扩径率的计算公式为：

σ=（D-d）/D. （1）

式（1）中：D为钢管扩径后的管径；d为钢管扩径前的管径。

一般情况下，水压扩径的扩径率为0.3%.如果钢管扩径后的管径为610 mm，那么水压扩径前的管径则为608.2 mm。从以上数据可以看出，如果钢管出现弯管，那么就无法合模或者合模后，合模受到抗弯的力。因此，在水压扩径前，应校直钢管。这是保证模具顺利合模的关键。由于校直的效率与生产成本有一定的关系，因此，校直对象一般为管弯程度较大的钢管。既然存在弯管，合模就要主动去适应这一情况。

2.3 合模机构如何适应弯管

为解决以上问题，合模机构需要一个浮动调整机构配合弯管的使用。合模底座的上方向、下方向、左方向和右方向都需要具备浮动条件，并且具备复位功能。合模底座安装在一块63 mm厚的丁晴橡胶垫上，而且在受到外力的情况下，比如合模的重力，丁晴橡胶压缩后的理论高度为60 mm。但是，每种规格的橡胶垫的质量并不相同，因此考虑选用硬度较高的橡胶垫。上方向的浮动采用碟簧与锁紧螺栓定位的结构，实现合模底座上浮的限位与复位；合模左、右方向的浮动采用复位水缸，在工作状态下，合模为自由浮动。当钢管进入合模前，先使用4个复位水缸将合模底座推到设备要求的位置，也就是水缸满行程的状态。合模底座到位后，复位水缸即可复位，使合模在后续动作过程中不受水缸作用力的影响。

合模的浮动在一定程度上解决了弯管的问题，并且减少了钢管扩径过程中合模对钢管过多的约束。合模对钢管的约束会造成钢管变形、直线度不合格等情况。合模的浮动机构也需要考虑到合模水缸的浮动。由于合模上、下方向存在一定的位移，因此，合模水缸必须随动，否则会被损坏。对于水缸浮动机构，其合模水缸的安装座采用碟簧组结构，实现合模水缸的上下浮动。合模水缸采用中耳轴，安装在滑块上。将滑块作用于碟簧组上，实现合模水缸的上下浮动。滑块由卡块定位，并预留滑动间隙。同时，考虑到合模会有一定范围的摆动，我们采用了安装座旋转的结构。连接锁紧轴与安装座，并通过连接座固定于合模安装大梁上。

3 水压扩径过程中钢管缩短情况的介绍

钢管在扩径时径向变大，随后，钢管会出现缩短的情况。根据笔者对所在公司某几个订单的统计得出，钢管扩径前与扩径后的平均缩短量约为22 mm。由于钢管出现缩短情况，其在贴紧内衬模后，内衬模也受到其轴向缩短拉力所产生的摩擦力的影响，容易导致合模移位。

为了解决以上问题，合模座的前、后应使用前后挡块限位，防止合模在钢管缩短时随之移动。如果取消这样的刚性限位，那么在多次做管时，合模间的装配间隙就会越来越小，最后合模间相互接触，增加合模合起的阻力，加剧合模两侧的磨损，导致设备的使用寿命缩短。

4 总结

水压扩径机采用的是外模包容法，钢管外径的大小取决于外包模具的尺寸。多组合模间的相对位置是否合理直接决定钢管能否满足产品要求。在成型过程中，如果合模的状态不合理，也会造成钢管不合格。因此，水压扩径机的合模浮动调整机构是钢管质量的一个保证，能大大提高钢管的质量，并延长设备的使用寿命。

参考文献

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[3]黄展友.补偿缸在焊管水压扩径机上的应用[J].焊管，2010（8）.

〔编辑：刘晓芳〕