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什麼是鋼管端部的加工

什麼是鋼管端部的加工?

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鋼管端部進行的車螺紋、定徑、加厚、强化熱處理、倒棱等工序。
管端車螺紋簡稱管端車絲。鋼管廠生產的鋼管,其單根長度通常小於14m,有的鋼管的服役長度往往大大超過這一長度。如在地質鑽探和石油鑽采中,鑽井深度通常在1000m以上,最深達7000m;用於輸送石油、瓦斯、水、堿、礦物等的輸送管線長達數公里甚至數百公里。為此,需在鋼管兩端車螺紋,利用相應的接箍(捕手)把鋼管連接起來。螺紋連接要求連接强度高,氣密性好,以防止鋼管斷裂和輸送介質外泄。為適應多種用途的需要,世界各國已研製出各種形式的螺紋,但主要採用以下3種:

  • (1)圓頂三角螺紋。其特點是螺紋加工簡單。但因螺紋受力不均且有變形,故連接强度低,僅靠螺紋側面密封,密封性能差。
  • (2)偏梯形(勃特雷斯)螺紋。其特點是螺紋精度高,加工要求高,連接强度高;依靠螺紋側面和頂部壓緊密封,密封性能比較高。
  • (3)直連型連接螺紋。其特點是不用捕手,但管端需加厚,一端車外螺紋,另一端車內螺紋,加工比較難。螺紋精度高,連接强度較高;依靠頂面和一側面密封,密封性能好。

鋼管端部在車絲前通常經過的機加工包括:切管、車外圓、鏜孔、倒棱和端面加工。這些工序一般都是在一臺專用車絲機上一次完成的,有的也可以在兩臺機床上完成。為了保證螺紋尺寸符合標準要求,石油鑽採用管的管端螺紋,出廠時需用各種儀器進行嚴格檢測,檢測項目包括螺矩、齒高、齒形、螺紋長度、錐度、緊密矩等。
管端定徑目的是减小鋼管橢圓度,保證鋼管機加工後的尺寸精度,主要用於石油套管。經端部定徑後的套管,端部車絲時的黑皮扣(留有漏車表面的絲扣)數量少,可提高成材率。
管端定徑採用冷變形工藝,常用的定徑方法有沖頭擴徑和沖頭擴徑+定徑環壓縮兩種。沖頭擴徑時减小鋼管橢圓度的效果在很大程度上取決於鋼管壁厚的均勻程度。對壁厚不均較嚴重的熱軋管如週期式軋管機軋製的鋼管(見週期式軋管機軋管),經沖頭擴徑後,管端的表面質量惡化。囙此,為了消除壁厚不均的影響和减小鋼管橢圓度,應採用沖頭擴徑+定徑環壓縮法。由於冷定徑時,管端不但產生彈性變形而且也出現少量塑性變形。定徑後,在擴徑與非擴徑的過渡帶,可能存在不同程度的殘餘應力,同時也可能出現因沖頭及定徑環造成的內外表面劃傷,導致產生輕微應力腐蝕現象。囙此應儘量提高熱軋鋼管的尺寸精度,避免採用管端定徑的方法。
管端加厚主要用於石油管和地質管。因管端車絲後管壁减薄,螺紋連接部分成了整個管體强度的薄弱環節。為了提高螺紋連接部分的强度,採用管端加厚的方法新增管端壁厚。此外,鑽杆(管)多採用管端與工具對焊連接、焊縫及其熱影響區是强度的薄弱環節。為了提高焊縫區的强度,一般也採用管端加厚。管端加厚的形式有內加厚、外加厚和內外加厚。
鋼管加厚的工藝過程是:管端加熱(在縫式爐或感應加熱器中)→加厚(用臥式鍛造機或水壓鍛造機)→冷卻→檢查。根據被加厚管的尺寸、加厚形式和加厚壓縮量的不同,所採用的加熱次數和加厚的道次也不一樣,有一次加熱一次加厚,或一次加熱二次加厚。為了消除因加厚所造成的加厚端與管體的效能不均現象,鋼管在加厚後通常要進行整體熱處理。管端加厚的工藝參數主要有:加厚前管端加熱溫度t始、加厚結束後管端溫度t終及管端變形長度L端:

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

式中L為計算所得的理論變形長度。
使用過程中鑽杆的失效主要出現在加厚端與管體的過渡區,囙此,過渡區的尺寸至關重要。
管端强化熱處理即通過熱處理使管端車絲部分的强度高於管體强度一個級別。管端强化熱處理工藝包括管端加熱、淬火(介質為壓縮空氣、水霧等)和回火等。
管端倒棱用於輸送礦物、氣、油、水等介質的筦道,通常是由鋼管一根根地焊接起來的。為便於管間焊接,對管端外角需進行倒棱(見圖)。根據鋼管用途不同,α角大小及鈍邊ζ值也不同,一般α=30。。為保證管端倒棱後α及ζ尺寸精確,要求鋼管不圓度及壁厚不均盡可能小。鋼管廠在管端加工時,管端倒棱和鋼管切斷在同一臺機床上進行。國際上先進的切管機均具有倒棱的功能。石油管接箍的加工在專門的機床上完成,除接箍料的定尺切斷外其他工序同管端加工類似。

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