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，必須綜合權(quán)衡管材生產(chǎn)的經(jīng)濟性與管體強度。因為成形角大小對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；加大了單位管長上的焊縫長度，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)的螺旋焊管長度實際上只受運輸條件的限制。
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、焊縫的抗拉強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：英國WILSON BYAND公司制造的BYAND-2000型制管機組，該機組屬分段組裝式，總重量約130噸，可拆分為四個主要部分而進行單體運輸，適宜于在現(xiàn)場布置設(shè)備、現(xiàn)場生產(chǎn)、現(xiàn)場供應(yīng)鋼管。機組總體性能參數(shù)如下：
鋼管規(guī)格 小Φ400×5.0mm，大Φ3048×25.4mm
制管長度 一般為6～30m，長達80m
原料板寬 小700mm，大2000mm
鋼卷重量 大40噸
材料等級高達API 5L×65
內(nèi)外及時對接焊機 LINCOLN DC-1500
主驅(qū)動主減速器 DAVID BROWN RADICON
等離式切割機 LINCOLN PRO-CUT 125
液壓系統(tǒng) VICKERS、DENISON
電控系統(tǒng) SIEMENS、ABB
3、工藝流程
開卷——上卷——校平——對接焊——銑邊——成型——內(nèi)焊——外焊——切管——破口——后續(xù)焊——水壓試驗
4、檢驗工藝
原材料檢驗——校平檢驗——對接焊檢驗——成型檢驗——內(nèi)焊檢驗——外焊檢驗——切管檢驗——超聲波檢驗——坡口檢驗——外形尺寸檢驗——X射線檢驗——水壓試驗——終檢驗
5、防腐
·國內(nèi)內(nèi)防腐材料一般采用水泥砂漿，也有的采用無毒環(huán)氧涂料(厚度0.4mm)。
·國內(nèi)外防腐涂層電火花試驗電壓一般為3000伏，高不超過5000伏，技術(shù)含量高的采用10千伏。
要達到較好的防腐效果，需要注意一下兩點：
·嚴格打砂工作程序以保證除銹質(zhì)量，并在1小時內(nèi)完成內(nèi)外底漆的噴涂，這是保證防腐質(zhì)量的根本。
·在制定防腐工藝時需要特別要求玻璃絲布首先浸透環(huán)氧煤瀝青涂劑，半機械滾纏，并對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密。
·內(nèi)外防腐的管子，放在露天堆場達4個月檢驗，內(nèi)涂層沒有黃色麻點等不良現(xiàn)象，外防腐層電火花試驗仍可達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)特性做一個簡單的比較：
·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。熱軋帶鋼機組軋制工藝具有一系列的優(yōu)點，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達到特殊的強度等級和低溫韌性，從而改進鋼材的可焊性。但這一系統(tǒng)在鋼板生產(chǎn)廠基本沒有。卷板的合金含量(碳當量)往往低于相似等級的鋼板，這也提高了螺旋焊管的可焊性。
更需要說明的是，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有很多的丁字焊縫，因此存在焊接缺陷的機率也大大提高，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，無法達到該條件，由此在熄弧處可能有較多的焊接缺陷。
·強度特點
管子在承受內(nèi)壓時，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)以上特點可知：
A螺旋焊管發(fā)生爆破時，由于焊縫所受正應(yīng)力與合成應(yīng)力比較小，爆破口一般不會起源于螺旋焊縫處，其安全性比直縫焊管高。
B.當螺旋焊縫附近存在與之相平行的缺陷時，由于螺旋焊縫受力較小，故其擴展的危險性不如直焊縫大。
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。
·靜壓爆破強度
經(jīng)有關(guān)對比試驗，驗證了螺旋焊管與直縫焊管的屈服壓力與爆破壓力實測值和理論值基本吻合，偏差接近。但無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，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螺距內(nèi)，這是螺旋焊縫對裂口的擴展起了有力的約束作用所致。
·韌性和疲勞強度
管道發(fā)展的趨勢是大口徑、高強度。隨著鋼管直徑的加大、所用鋼級的提高，產(chǎn)生韌性斷裂尖穩(wěn)擴展的趨勢越大。根據(jù)美國有關(guān)研究機構(gòu)的試驗表明，螺旋焊管與直縫焊管雖然同為一個級別，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，在實際操作過程中，鋼管是承受隨機交變載荷的作用。了解鋼管的低循環(huán)疲勞強度，對判斷管線的使用壽命具有重要的意義。
按測定結(jié)果，螺旋焊管的疲勞強度與 無縫管和電阻焊管相同，試驗的數(shù)據(jù)與無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)場可焊性
現(xiàn)場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/點焊/焊接/精整/組對等多道工序過程。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)場鋼管焊接組對時的組對精度。
·對輸送介質(zhì)流動特性的影響
輸送管線中的壓降和管子的長度、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。一臺螺旋焊管機組的生產(chǎn)量相當于5-8臺直縫焊管設(shè)備，如何使多臺卷管設(shè)備生產(chǎn)線都能夠達到同一制作標準，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將是一項繁重的工作。
多頭生產(chǎn)勢比增加工程管理與質(zhì)量監(jiān)督的工程量。多臺直縫卷管機組及相應(yīng)的焊接設(shè)備，其操作人員的操作技能、質(zhì)量意識、分布的點和控制程序的差異將帶來生產(chǎn)管理、計劃進度、檢查驗收、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)標準的規(guī)定，螺旋焊縫鋼管的主要檢驗/控制項目包括：
外形尺寸：鋼管外徑、壁厚、橢圓度、彎曲度、管端垂直度、
長度外觀質(zhì)量：焊縫余高、錯邊、鋼管表面、分層、夾雜、焊縫缺陷判定
化學成分
焊接接頭拉伸試驗
靜水壓試驗
酸蝕檢驗
無損檢驗
而直縫焊管沒有相應(yīng)的生產(chǎn)標準。
一般螺旋焊管機組均采用在線連續(xù)檢驗方式來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)檢驗有利于焊接缺陷的監(jiān)控、焊接質(zhì)量的穩(wěn)定、焊接等級的保證。
由于生產(chǎn)工藝的限制，直縫焊管極難實現(xiàn)連續(xù)不間斷檢驗。這將使焊接隱患與質(zhì)量問題的出現(xiàn)機率增加，甚至影響將來管線運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)通過國家認定的權(quán)威檢定機構(gòu)的審查考核，具備相應(yīng)的生產(chǎn)手段、檢驗設(shè)備，質(zhì)量保證體系運行良好有效，產(chǎn)品應(yīng)符合國家標準的等級和質(zhì)量規(guī)范的要求，經(jīng)國家工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證辦公室確認后發(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)量控制的運作程序。
而直縫焊管生產(chǎn)廠家沒有工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證的要求。
·價格分析
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，故一方面國內(nèi)符合標準的生產(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)等級決定其市場價位亦高于熱軋鋼板。這是螺旋焊管的市場售價高于直縫焊管的主要原因。對于鋼管銷售價格的組成，材料價格是主導甚至是決定性因素。
認真考察螺旋焊管與直縫焊管的價格差異，螺旋焊管的價位略高于直縫焊管是由于生產(chǎn)主材的價格差異所致。然而鋼管制作僅只是項目工程的一部份，若考慮到工程整體質(zhì)量、項目綜合造價等因素，螺旋焊管仍具有整體優(yōu)勢。
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