埋弧焊直縫鋼管機械擴徑的工作原理

　　埋弧焊直縫鋼管擴徑有機械擴徑和水壓擴徑兩種方式。

　　機械擴徑設備投資小，占地面積少，更換模具方便，維修簡單，尤其是可進行非標直徑鋼管的擴徑，被管線管標準確定為唯一的冷擴徑方法。

　　擴徑頭是機械擴徑機的關鍵部件。擴徑頭是由多個扇形塊組成的芯棒安裝在楔形體上，而楔形體固定在液壓缸的活塞桿上。當液壓缸活塞和楔形體向右移動時，由于構成芯棒表面的扇形塊向外擴展，使芯棒圓周增大。楔形體的力借助斜塊通過扇形塊作用在鋼管上，從而使與芯棒接觸的一段鋼管得到擴徑。當活塞和楔形體向左移動時，鋼管與芯棒脫離開，以便再次送進，進行下一段鋼管的擴徑。機械式擴徑首先是將直焊縫對準擴徑頭模具上的槽，然后將鋼管分步送入擴徑頭，分段(步段長度一般為0.6～1.0m)擴徑，直至完成全管體的擴徑。

　　機械擴徑埋弧焊直縫鋼管變形過程

　　根據鋼管機械擴徑過程的不同階段，整個變形過程可以分為以彈性變形為主的整圓，塑性變形為主的擴脹變形和卸載回彈3個主要階段。

　　1、整圓

　　鋼管在擴徑前經過成形、焊接等多道工序，其截面形狀大多為近似橢圓，還存在一定的直線段和棱角。整圓就是將鋼管截面由近似橢圓變成圓。

　　管壁在擴徑頭作用下，發生彎曲變形，隨著擴徑頭的不斷徑向擴脹，橢圓長軸不斷縮短，短軸不斷伸長，最終擴徑頭與鋼管內壁完全貼合。這個階段鋼管的變形主要為彈性變形，只有形狀變化。

　　2、擴脹變形

　　鋼管在擴徑頭作用下，直徑不斷擴大，管壁不斷減薄。開始時，鋼管處于彈性變形階段，當管體的應力達到管材屈服強度時，鋼管便進入塑性變形階段，發生變形。

　　3、卸載回彈

　　擴徑頭回撤，鋼管變形有一定的彈性回復。

　　埋弧焊直縫鋼管機械擴徑的作用

　　目前，石油天然氣的長距離輸送主要采用管道。長輸管道所用的管線鋼管主要有螺旋縫埋弧焊接鋼管和直縫埋弧焊接鋼管。由于螺旋埋弧焊管是以帶鋼為原料，壁厚有限，加之螺旋埋弧焊管存在焊縫較長、殘余應力較大、焊縫可靠性較差等難以克服的缺點，在人口稠密地區和可靠性要求很高的地區，大直徑直縫埋弧焊管已逐步取代螺旋埋弧焊管。

　　擴徑是大直徑直縫埋弧焊管生產中確保鋼管質量的一道重要工序，管線鋼管標準要求直縫埋弧焊管必須經過擴徑工序。

　　1、可有效提高鋼管尺寸精度

　　目前，直縫埋弧焊管成型方式主要有UO，RB，JCO，C和Hu-Metal，采用這5種成型方式生產的鋼管，不同程度地存在幾何尺寸精度不高的問題。由于直縫埋弧焊縫是在管體的一側進行內、外焊，因而鋼管在熱應力的作用下要發生彎曲變形，而焊縫部分縱向收縮量也較大，使鋼管的直線度受到嚴重影響;另外，這5種成型方式生產的鋼管，橢圓度均較大，尤其是JCO和C成型鋼管。因此，必須通過擴徑、整圓等工藝提高鋼管的幾何精度。

　　2、減少或消除在制管、試驗過程中引起的包辛格效應

　　由于鋼管在成型和試驗過程中會產生包辛格效應，使屈服強度下降，而鋼管在擴徑時冷作硬化，擴徑后可提高鋼管的屈服強度，這樣就減少了為達到鋼管的強度要求而提高板材等級所造成的浪費。

　　3、消除鋼管成型和焊接的殘余應力

　　冷擴徑可以消除成型和焊接時造成的殘余應力，改善鋼管內應力的分布狀態，從而避免因所輸送石油或天然氣中的H2S在鋼管應力集中區域產生氫脆甚至裂紋的情況。

　　除此之外，擴徑對焊接質量及焊接性能也是一種很好的檢驗。