陈 斌，蒋道顶

（1.宝山钢铁股份有限公司，上海 210009；2.佛山重本异型钢管有限公司，广东 佛山 528234）

随着生产工艺和装备的不断提升，高频焊接钢管质量日趋提高，其材质可选择范围大，并具有拉伸变形等深加工的优势，因此，广泛应用在锅炉、电站等领域，并逐渐替代无缝管。在直缝焊管生产工艺中，成型方法对焊管质量有很大的影响。近年来新的成型技术和轧辊孔型设计方法不断发展。但随着机组设备投入的增大，轧辊模具费用也相应增大，因此，必须在孔型设计上不断地寻求高效节约的设计方式。本研究以生产φ102mm×4mm直缝焊管和100mm×80mm×4mm矩形管的焊管轧辊孔型设计为例，介绍该短成型工艺的设计方法。

1 钢带宽度计算

钢带宽度计算方法与常用壁厚的圆管钢带宽度计算方法基本相同。以成品管径101.6 mm，板厚为4 mm的钢带为例进行计算，即

B用=π×D挤压+K-2t=3.14×102.5+1.6-2×4=315.45 mm， 取值（316±0.1）mm；

D0=101.6 mm， △D=D0+0.3×3=102.5 mm；RF=51.35 mm。

B设=LF=2πRF=2π（D挤压+C）=2π（102.5+0.25）/2=322.64 mm，取C=0.25 mm；

其中，B用为实际用材料宽度；B设为设计用材料宽度；RF为设计挤压辊半径；LF为设计用变形弧长；D挤压为成品管直径+定径量；D0为成品管直径；t为壁厚；K为焊接余量。焊接余量和板厚的关系见表1。

表1 焊接余量和板厚的关系

2 变形道次的选择

一般焊管成型过程大致分以下几个阶段：粗成型段—中间成型（组合辊）—精成型段—挤压焊接段—定径段—矫直段。以双半径孔型设计为例，粗成型段的主要目标是弯曲边部，弯曲半径接近成品管半径，精成型段是将经过中间成型的双半径截面进一步闭合，使最终截面成为圆形。

现在一般采用W成型的焊管机组都采用的是粗成型3平2立，中间段（组合辊）3架立辊，精成型部分为3平2立，到焊接部分，定径部分应是5平5立。

而短成型的机组布置成型部分是5平4立，定径部分是3平3立，具体成型的机架排列如下：平、立、平、立、立、平、立、平、平（挤压对焊成闭口）。这样的成型方式和正常相比，成型段的长度要缩短近1/3，平面布置如图1所示。

图1 短成型机组平面布置图

3 各架轧辊孔型图的设计

第1道平辊采用传统的边缘变形，两边缘弯曲的钢带宽度约占钢带总宽度的1/4，其弯曲角R1=210×51.35/24=449.3 mm， R3=56 mm， 变形角度420°。上下辊都可以采用辊片，中间用隔套的方式组合，这样可以扩大调整范围，而且这样还可以大大的节省模具费用。

第1道立辊是在保持第一道边缘弯曲变形的基础上对中间部分进行变形，变形角度为740°，变形后半径为182 mm。

第2道平辊变形是在基本保持第一道边缘弯曲半径不变的基础上，主要弯曲中间部分，弯曲角度为102°，弯曲半径为119.2 mm。也可以采用辊片和隔套的方式构成孔型来变形。各架次轧辊成型半径的计算见公式（1）。

其中：Ri为参与变形的第i个圆弧成型半径；ai为参与变形的第i个弯曲角度；Li为参与变形的第i个圆弧的长度。

各变形道次的设计参数见表2。

表2 各变形道次设计参数

根据表2中的数据绘制出变形过程的变形花，如图2所示。通过调整Li和ai的大小来调整变形图，使其变形均匀。在轧辊的配置上，前面几架多采用辊片和隔套组合的方式进行，这样最大限度地提高了轧辊的共用性。在一定的规格范围内，优化边部弯曲半径，使一件轧辊通过调整隔套能满足不同规格和壁厚成品管的成型要求；优化带钢的中部变形，减小对带钢中部的约束，使中间成型段自然成型，降低轧制摩擦，提高成品管表面质量。加强立辊的成型作用，对设备的强度要求相对要高。

图2 变形花

4 绘制变形图

计算好每道次截面的中心位置，按上山成型法配置轧制底线，绘制变形图，如图3所示。

图3 各架次变形示意图

5 结 语

按照常规双半径（W成型）设计，一套φ102mm轧辊的重量，节约模具为40%，而且所占用的空间也缩短很多，调试更加快捷，采用短成型法轧制的成品管表面没有明显擦痕，成品管的尺寸及椭圆度都达到直缝焊管的国标要求。而且在大连增益重工机械厂调试都获得成功，几台机组都远销到俄罗斯。综上所述，短成型法有以下几个特点：

（1）有利于钢带的自然成型，减少摩擦，降低轧制功耗；

（2）大大降低了轧辊的消耗，节约轧辊达到40%左右；

（3）降低了设备的投入成本，节省场地。安装快捷，调整方便。

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