用於製造大鋼管的方法

2023-07-20 15:55:36

專利名稱：用於製造大鋼管的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製造鋼管的方法，在所述方法中，板材或者卷材在彎曲工序 中被成型為橫截面呈圓形的管體，在接下來的焊接工序中，為了構成連續的焊縫而沿互相 面對的縱向稜邊進行焊接，並且接著進行消除應力處理。
背景技術：
這種類型的方法在DE102006010040B3中已被說明。在這種公知的方法中，管子借 助於外圓周上的整形機，憑藉多個沿圓周方向偏置、而沿軸線方向布設在相同位置的用於 圓形整形的整形凸模來壓擠，其中所述整形凸模支承著與管子外截面相匹配的整形殼模。 所述整形殼模可以單獨地或者彼此相關地例如被液壓地驅動，同時可以被加以控制地或者 加以調節地進行操作。通過調節軸線，整形缸可以藉助於整形殼模對管子進行整形直至達 到其圓形的輪廓，同時進行涉及直徑和/或橢圓度的精整。還可以藉助於這種在那兒初次 被這樣稱呼的壓縮，超過屈服極限地對材料進行頂鍛。EP0438205A2示出一種用於對狹長延伸工件的端部進行整形的方法和裝置。在靜 止的工件上，至少一個選取在端部區域的橫截面，承受著漸強以及減弱的交變彎曲應力，其 中預先規定的最大撓度，一次或者多次地環繞工件軸線循環。所述漸強或者減弱的交變彎 曲應力在此被選取為，使得所選取的橫截面發生變形直至達到塑性範圍。使工件軸線偏移 到超過工件彈性極限的環形軌道上的裝置，在此具有至少三個對稱地圍繞公共軸線布設的 沿徑向方向可活動的推桿，所述推桿分別與可依據行程和時間控制的活塞-缸單元連接， 並且推桿通過活塞-缸單元之間與控制有關的邏輯電路，在進行整形工序期間，相位偏置 地實施正弦形的往復直線運動。此時，沒有進行圓度或者橢圓度方面的整形，而是對扭曲放 置的端部的直線度偏差進行修正，也就是說，涉及的是縱向整形。藉助於在FR737123A中示出的管用整形機，也可以對這種管子沿其縱向，而且在 加熱狀態下進行整形。此時，將管子接納在本身之間且藉助於槓桿機構以及驅動裝置可以 相互反向滾壓的兩個相互對置的整形元件，在管子的總長上延伸。所述整形元件例如按照 管子的直徑被倒成圓形，其中整形元件的內裝部分是可以更換的。在實施整形工序之前將 管子加熱到發紅並且抽真空。在這樣實施了縱向整形後，藉助於頂出元件將管子輸送到冷 卻裝置。尤其對大鋼管進行整形，採用這種措施是費事的而且成問題的，並且從該專利文獻 得知，所述方案不能進行圓形整形。在DE196(^920A1中提出了一種用於製造管子，尤其大管子的方法，在這種方法 中，管子在被實施了內部以及外部焊接之後，通過冷輾軋(擴張)進行精整和整形。DE4124689A1示出一種同樣通過管子的輾軋用於消除形狀誤差以及降低沿縱向焊 縫焊接的管道的有害內應力的方法和裝置，為此應用了一种放置在內部的輾軋芯棒。在此， 管道被輾軋到這種尺寸就行了，即，使得存在於圓周方向的內應力應該盡最大可能地被降 低。在對管子進行整形時，管子形狀的不均勻性，像例如管體上局部的橢圓度，是通過局部的材料變形加以消除的。此時沒有在管筒上，尤其管子圓周上進行整體的降低應力處 理。相反地，由於公知的局部的橢圓度消除方法而在材料中產生其它不確定的應力。可以 以此方式藉助於整形而且憑藉相對較高的耗費對設定的直徑進行調節，但是，尤其在管子 圓周上，此時不能實現材料的均勻頂鍛強度。在擴張時，模具產生一種均勻的力作用於管子內側，這種力導致在進行圓形整形 時材料被均勻地整成圓形。在這個過程中，當然會在管體中產生不利的應力狀態，管道的頂 鍛強度以及進而斷裂穩定性也因此而可能降低。在有塗層的管子(例如CLAD管子)上，此 外還可能導致材料的損傷，從而使這種以此方法製造的管子常常不能夠被精整。這種有害 的影響會隨著擴張程度的增加而更加變大。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種用於製造大鋼管的方法，採用所述方法 在儘可能精確地進行圓形整形以及儘可能縮短製造時間的情況下，實現製造高品質管子的 目的，以及提供按此方法構造的管子，同時材料的機械技術性能也應該得以改善。該技術問題藉助於權利要求1或者6的特徵加以解決。在具有權利要求1的前序 部分所述特徵的方法中，此時規定，消除應力處理在沿圓周進行圓形整形的工序中，至少逐 段地沿管子縱軸的方向，在通過頂鍛進行冷變形期間實施。藉助於上述方案中的措施，不僅可以有利地對設定的直徑進行調節，而且在進行 圓形整形工序時，還可以實施消除應力處理。以此方式不僅使管子的公差，尤其橢圓度，通 過材料均勻的塑性變形在短時間內得以改善，而且還改善了管體的的內應力狀態。此時，不 僅由於板材變形而以力學方式產生在母體材料中的應力被減小了，而且由於成型為管子的 板材的縱向焊縫的焊接而引起的以熱方式產生的應力也被降低。總之，管子的機械技術性 能，即例如頂鍛強度以及斷裂穩定性由於所述方法而被改善。正如在研究和開發工作領域 的計算所指出的那樣，在壓縮之後的內應力狀況，按照壓縮程度被降低到最小程度，此時， 實際上不必進行費事的熱處理(例如在600°C左右進行去應力退火)，也可以完全消除應 力，而且可以避免由於熱處理而出現的不利情況。通過在管子外表面上進行均勻的頂鍛，在 母體材料以及焊縫中由製造過程產生的沿縱向以及圓周方向的內應力被降低。正如發明者 的試驗所表明的那樣，改善的原因顯而易見是，殘餘應力狀態被逆轉了，也就是說，在壓縮 之後在管子內側存在拉應力，而在管子外側存在壓應力。在內部電鍍的原材料中，由於外部 壓縮而產生附加的優點，因為敏感的內表面未受到損傷或者加載。這樣，內部材料的腐蝕性 能未被削弱。在例如由合金625組成的鍍層材料中，耐腐蝕性甚至因為內部殘餘應力而獲 得改善。一項對於圓形整形以及消除應力有利的措施是，在進行圓形整形時，管體的塑性 變形發生在其整個圓周上。一種被作為精確的圓形整形的有利的替代設計方案是，在進行圓形整形時，實現 調節到設定的管子外徑或者設定的管子內徑的目的。此外，在進行圓形整形時，為了消除應力，將沿圓周方向的頂鍛和(例如藉助於流 體測試器的)液壓的消除應力處理相結合使用的措施，也有助於改善管體的內應力狀態。 此時，壓縮以及液壓的消除應力處理被交替地而且多次地加以控制地實施。4
此外，通過藉助於至少兩個，尤其至少三個從外部沿徑向方向向管子軸線按壓、沿 圓周方向偏置的整形凸模以及與管子的圓周輪廓逐段地匹配的整形殼模實施圓形整形和 消除應力的方式，也有助於圓形整形和應力消除工序。通過按照上述處理方法中任一項製造管子的方式，獲得具有有利性能的管子。


接下來按照涉及附圖的實施例，對本發明進行說明。附圖中圖1示出布設在圓形整形機中的管子的橫截面示意圖，以及圖2示出管子製造工序的示意圖。
具體實施例方式圖1示出圓形橫截面的管子1的軸向俯視圖，所述管子具有內徑A和外徑ra以及 由內外徑的差所確定的壁厚t。管子1具有縱向延伸的焊縫2。在管壁中存在著由於機械 的成型處理以及由於在焊接時的熱作用而產生的機械的或者熱的應力區域3，3』。整形機或者整形裝置10，具有多個沿圓周方向均勻分布且沿軸向布設在相同位置 的整形凸模，所述整形凸模具有各自的整形殼模11、12、13、14，它們可更換地安裝在各自的 支架15上，並且在其朝向管子1的一側設有與管子1的表面輪廓相匹配且沿圓周方向沿管 子表面延伸的表面形狀，從而當所有的整形殼模靠近時，管子表面在圓周方向上被儘可能 地包圍。在軸線方向上，整形殼模11、12、13、14則與之相反地分布在管子1的較短的局部 部段上，其中可以沿管子1的縱向，在其外表面上布設多個這樣的由整形殼模11、12、13、14 組成的單元。由於互換性，可以方便地被採用或者更換與各種管子直徑匹配的整形殼模。整 形殼模11、12、13、14的支架15，在支座16中沿整形軸線17被液壓地沿徑向方向，朝管子1 的中心方向調節，以便在藉助於調節裝置20進行控制或者調節期間，使管體的頂鍛和液壓 的消除應力處理能夠沿相反的方向進行。此時可以實現整形到預先設定的內徑或者外徑的 目的，同時通過調節裝置可以預先規定絕對位置。圖2示出在製造管子1時的主要步驟，即成型工序a，在所述成型工序a6中，鋼板 4藉助於成型裝置30，利用成型模具在所述鋼板4進給期間逐漸地成型為彎曲件1. 1且最 終成型為環形彎曲的管體1. 2。接著，在焊接工序b中，在所述管體1. 2事先準備用於焊接 的相互面對的邊稜上，藉助於以焊接裝置40形成的縱向焊縫封閉管體1. 2。由於成型工序 和焊接，產生上面所述的機械的和熱的應力區域3、3』。接下來，在實施了其它的加工和/或 檢查步驟之後，或許接下來的是在對管子1進行圓形整形期間的整形工序c，在所述整形工 序c中，同時還進行消除應力處理。所述消除應力處理還可以另外地在接下來的步驟d中 與例如藉助於流體測試器進行的靜壓的消除應力處理相結合實施，其中藉助於管子內部的 壓力介質，產生作用於管子內表面的指向外部的壓力P。在大的管子，也就是尤其具有壁厚t彡9mm小於例如t = 80mm以及直徑 ^ 300mm小於例如d = 2000mm的管子中，當採用上面所述的、例如也在本文開頭所述的 DE102006010040B3中加以說明的整形機在圓周上進行均勻精整時，成功實現圓形整形，借 助於所述整形機可以實現材料在圓周方向上可以超出屈服極限的頂鍛以及具有高公差要 求的圓形整形。通過在進行圓形整形時的塑性變形，可以同時實現在整個圓周上機械的以及熱的應力區域3、3』的應力的消除。這樣，不另外進行熱處理，就可以對管體的內應力狀 態明顯地加以改善，其中同時避免了由於進行熱處理，例如去應力退火時而可能出現的不 利的影響。這樣，不僅由板材的成型而引起的機械的應力減小了，而且由縱向焊縫焊接造成 的由受熱產生的應力也降低了，其中管體1. 2的塑性變形發生在整個管圓周上。此時，圓形 整形與消除應力處理通過冷變形實現。 通過將壓縮和在通過調節裝置20進行控制或調節期間的液壓的消除應力處理相 結合，可以相宜地對消除應力過程加以影響。同時，管子外徑或者內徑可以被相宜地調節到 預先規定的值。通過這種方法，可以相宜地對管子材料的機械技術性能，如強度和熱膨脹系 數產生有利的影響。此外，管子的斷裂性能和在疲勞負荷時的特性也獲得改善。總之，通過 這種方法，可以在比傳統的製造方法明顯縮短的時間內，製造出具有高公差要求的高品質 的且實際上無應力的管子。正如在研究和開發工作中通過計算所證明的那樣，在收縮之後 的內應力狀況，按照收縮程度被降低到最小程度，此時還可以完全地消除應力。
權利要求
1.一種用於製造鋼管的方法，在所述方法中，板材或者卷材在彎曲工序中被成型為橫 截面呈圓形的管體(1.2)，在接下來的焊接工序(b)中，為了構成連續的焊縫而沿互相面對 的縱向稜邊進行焊接，並且接著進行消除應力處理，其特徵在於，使所述消除應力處理在沿 鋼管縱軸方向的至少一個部段的圓周進行圓形整形的工序(c)中，在通過頂鍛進行冷變形 期間實施。
2.按照權利要求1所述的用於製造鋼管的方法，其特徵在於，在進行圓形整形時，管體 的塑性變形發生在其整個圓周上。
3.按照權利要求1或者2所述的方法，其特徵在於，在進行圓形整形時，達到調整到預 先設定的管子外徑(ra)或者預先設定的管子內徑(A)。
4.按照上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，在進行圓形整形時，將沿圓周 方向的頂鍛和液壓的消除應力處理相結合用於消除應力。
5.按照上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，藉助於至少兩個，尤其至少三 個從外部沿徑向方向向管子軸線按壓、沿圓周方向偏置的整形凸模，以及逐段地與管子(1) 的圓周輪廓匹配的整形殼模(11、12、13、14)實施圓形整形和應力消除。
6.一種按照上述權利要求中任一項所述的方法製造的管子。
全文摘要
本發明涉及一種用於製造鋼管的方法，在所述方法中，鋼板(4)在彎曲工序(a)中被成型為橫截面呈圓形的管體(1.2)，在接下來的焊接工序(b)中，為了構成連續的縱向焊縫而沿互相面對的縱向稜邊進行焊接，並且接著進行消除應力處理。在縮短製造時間的情況下，通過使所述消除應力處理在沿鋼管縱軸方向的至少一個部段的圓周進行圓形整形的工序(c)中，在通過頂鍛進行冷變形期間實施的方式(圖1)，改善製造質量。以此還改善了材料的機械技術性能。
文檔編號B21C37/08GK102056687SQ200980121052
公開日2011年5月11日 申請日期2009年5月28日 優先權日2008年6月6日
發明者喬切姆·貝塞爾, 西羅·雷切爾 申請人:艾森鮑.克萊默有限責任公司