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管端加工 (pipe end machining)

管端加工    (pipe end machining)

对钢管端部进行的车螺纹、定径、加厚、强化热处理、倒棱等工序。

管端车螺纹     简称管端车丝。钢管厂生产的钢管,其单根长度通常小于14m,有的钢管的服役长度往往大大超过这一长度。如在地质钻探和石油钻采中,钻井深度通常在1000m以上,最深达7000m;用于输送石油、天然气、水、碱、矿物等的输送管线长达数公里甚至数百公里。为此,需在钢管两端车螺纹,利用相应的接箍(接手)把钢管连接起来。螺纹连接要求连接强度高,气密性好,以防止钢管断裂和输送介质外泄。为适应多种用途的需要,世界各国已研制出各种形式的螺纹,但主要采用以下3种:

(1)圆顶三角螺纹。其特点是螺纹加工简单。但因螺纹受力不均且有变形,故连接强度低,仅靠螺纹侧面密封,密封性能差。(2)偏梯形(勃特雷斯)螺纹。其特点是螺纹精度高,加工要求高,连接强度高;依靠螺纹侧面和顶部压紧密封,密封性能比较高。(3)直连型连接螺纹。其特点是不用接手,但管端需加厚,一端车外螺纹,另一端车内螺纹,加工比较难。螺纹精度高,连接强度较高;依靠顶面和一侧面密封,密封性能好。

钢管端部在车丝前通常经过的机加工包括:切管、车外圆、镗孔、倒棱和端面加工。这些工序一般都是在一台专用车丝机上一次完成的,有的也可以在两台机床上完成。为了保证螺纹尺寸符合标准要求,石油钻采用管的管端螺纹,出厂时需用各种仪器进行严格检测,检测项目包括螺矩、齿高、齿形、螺纹长度、锥度、紧密矩等。

管端定径    目的是减小钢管椭圆度,保证钢管机加工后的尺寸精度,主要用于石油套管。经端部定径后的套管,端部车丝时的黑皮扣(留有漏车表面的丝扣)数量少,可提高成材率。

管端定径采用冷变形工艺,常用的定径方法有冲头扩径和冲头扩径+定径环压缩两种。冲头扩径时减小钢管椭圆度的效果在很大程度上取决于钢管壁厚的均匀程度。对壁厚不均较严重的热轧管如周期式轧管机轧制的钢管(见周期式轧管机轧管),经冲头扩径后,管端的表面质量恶化。因此,为了消除壁厚不均的影响和减小钢管椭圆度,应采用冲头扩径+定径环压缩法。由于冷定径时,管端不但产生弹性变形而且也出现少量塑性变形。定径后,在扩径与非扩径的过渡带,可能存在不同程度的残余应力,同时也可能出现因冲头及定径环造成的内外表面划伤,导致产生轻微应力腐蚀现象。因此应尽量提高热轧钢管的尺寸精度,避免采用管端定径的方法。

管端加厚    主要用于石油管和地质管。因管端车丝后管壁减薄,螺纹连接部分成了整个管体强度的薄弱环节。为了提高螺纹连接部分的强度,采用管端加厚的方法增加管端壁厚。此外,钻杆(管)多采用管端与工具对焊连接、焊缝及其热影响区是强度的薄弱环节。为了提高焊缝区的强度,一般也采用管端加厚。管端加厚的形式有内加厚、外加厚和内外加厚。

钢管加厚的工艺过程是:管端加热(在缝式炉或感应加热器中)加厚(用卧式锻造机或水压锻造机)冷却检查。根据被加厚管的尺寸、加厚形式和加厚压缩量的不同,所采用的加热次数和加厚的道次也不一样,有一次加热一次加厚,或一次加热二次加厚。为了消除因加厚所造成的加厚端与管体的性能不均现象,钢管在加厚后通常要进行整体热处理。管端加厚的工艺参数主要有:加厚前管端加热温度t、加厚结束后管端温度t及管端变形长度L

t始=Ac3+(400-450)℃            t=Ar3+(40-80)℃         L=(1.05-1.10)L

式中L为计算所得的理论变形长度。

使用过程中钻杆的失效主要出现在加厚端与管体的过渡区,因此,过渡区的尺寸至关重要。

管端强化热处理     即通过热处理使管端车丝部分的强度高于管体强度一个级别。管端强化热处理工艺包括管端加热、淬火(介质为压缩空气、水雾等)和回火等。

管端倒棱    用于输送矿物、气、油、水等介质的管道,通常是由钢管一根根地焊接起来的。为便于管间焊接,对管端外角需进行倒棱(见图)。根据钢管用途不同,α角大小及钝边ζ值也不同,一般α=30。为保证管端倒棱后α及ζ尺寸精确,要求钢管不圆度及壁厚不均尽可能小。钢管厂在管端加工时,管端倒棱和钢管切断在同一台机床上进行。国际上先进的切管机均具有倒棱的功能。石油管接箍的加工在专门的机床上完成,除接箍料的定尺切断外其他工序同管端加工类似。


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