电阻焊管车间设计(design of electric resistance welded pipe milI)

以带钢为原料在常温状态下经弯曲成型后以强电流通过接缝将其两个边部加热至熔化温度，在压力下挤压焊缝，焊接成钢管的车间设计。电阻焊管用于水煤气输送、机械制造、油田开采、建筑结构、中低压锅炉制造等领域。采用电阻焊接方法生产的焊接钢管，其数量约占焊接钢管总产量的80％以上。车间的设计原则见轧钢厂设计。

简史 1898年发明了低频(50～360I-Iz)电阻焊接钢管法，1919年美国在工业生产中采用此技术生产直径50mm以下的钢管。20世纪中期以后，这种方法得到迅速发展，到60年代初期，世界上约有80％的电焊钢管是采用低频交流电阻焊方法生产的。

1954年法国开始研制使用频率为3000～10000I-{z的感应焊接设备生产焊接钢管，60年代以后发展了频率为350～4：50kHz的高频焊，由于具有焊缝质量好、内毛刺少、焊接速度高和耗电少等优点而得到广泛应用。

60年代末到70年代初研制开发了方波焊接设备、直流焊接设备，主要用于生产小直径的直缝焊接钢管。其优点是焊缝质量高，内毛刺少。

中国于1958年分别在天津轧钢一厂和首都钢铁公司建设了直径为10～60mm和20～102mm两套焊管机组，60年代开始自行设计制造直缝电阻焊管机组。

设计规模和产品方案 根据市场需求和原料条件确定。钢种主要是普碳钢、低合金钢，也有采用合金钢的。表1列举了部分中小直径电焊管机组的设计规模和产品方案。

机组规格
(直径)／
 

    钢管规格／mm
 
 

    年产量／
 
    t.a  -1

  外径

  壁厚

  60机组
  90机组
 114机组
 219机组
 500机组
 660机组

 12．7～60．5
 21．O～89．5
 33．4～114．3
  65～219
 141．3～508
  267～660

  O．7～4．O
  1．2～5．O
  1．2～6．G
  2．O～8．O
  3．O～12．7
  4．0～19．O

    7000～10000
    40000～50000
    60000～70000
    80000～100000
    200000～300000
    300000～400000

工艺流程  以带钢为原料，经开卷、矫平、切头尾、对焊后，带钢在成型机上形成圆筒，在焊机上焊接成钢管，去除内外毛刺。对重要用途的钢管还要对焊缝热处理，焊缝无损探伤合格后，经矫直精整入库。图1为中小直径电焊管常用的生产工艺流程图。

并秀H语平H切头尾H对焊H活套_1冷却H去除内外毛刺H焊接H成型焊缝探伤H焊缝热处理H童堡H查盗定径H涡流探伤H矫直头矫直H切蛭覆到求成试毪4叫铣头倒棱H矫理开百ll_一漆油H打捆H入库卜_-出厂图1中小直径电焊管生产工艺流程图

工艺设备选型   主要是根据设计规模、产品方案、技术条件、建设资金、原材料和能源条件，选择原料准备段设备、成型焊接定径设备和精整段设备。

原料准备段设备   包括开卷机、矫平机、剪切对焊机和活套装置等。

(1)开卷机。有悬臂式和双锥头式等多种类型。高产量的焊管机组大多采用双锥头式开卷机，其优点是：对钢卷内径变化适应性强，上卷速度快，容易对中，更换钢卷时间短。

(2)矫平机。用以将带钢矫平，在中小型焊管机组上一般采用五辊或七辊式矫平机，对于某些使用薄带钢的焊管机组则不设置矫平机。

(3)剪切对焊机。一般是用机械或液压操作的双刃剪，它同时剪切前后两卷带钢的头部和尾部。对焊机有闪光对焊机和CO2保护气体弧焊机两种。闪光对焊机的焊接效率高、操作时间短、但结构复杂、造价较高。CO2保护气体弧焊机造价低、操作方便，如果同时辅以高容量的活套装置完全可以满足高产量焊管机组的要求。新设计的机组均将剪切和对焊两道工序组合在一个整体设备上。

(4)活套装置。有隧道小车式、越野式、高架车式、笼式、卧式螺旋式、立式螺旋式等多种形式。螺旋活套装置具有结构紧凑、带钢储存量大、运行可靠，而且带钢的层间不产生滑动，避免带钢表面产生擦伤等优点。立式螺旋：活套装置适用于厚度为4～5mm的带钢，卧式螺旋活套装置适用于厚度为4～12．7mm的带钢。

成型焊接定径设备   包括成型机、焊接设备、毛刺清除装置、焊缝热处理装置、定径机、矫直头和切断设备等。

(1)成型机。有辊式、带立辊组式和排辊成型式三种。选用成型机型式的依据是尽量减少带钢边缘在成型过程中的拉伸变形，并使其变形在弹性变形范围以内。表2列出了这三种成型机的特性和优缺点。

 
成型机

 
    成型特性

    优    缺    点
 

    操    作

    设备重量及轧辊费用

  变形区长度

辊式成
型机
 
 
 

  成型底线是常数；成型时不
需要调整轧辊
 
 
 

  需用专用成型辊，轧辊备件
多；
  生产不同规格钢管时，要更
换轧辊；
  轧辊难以调整

  轧辊重量与设备重量的比
值较大；
  轧辊费用高
 
 

  L=45～57D
 
 
 
 

立辊组式
成型机
 
 

  成型范围宽(可生产t／D=
O．7％的薄壁管)
 
 

  部分轧辊可共用，生产不同
规格的钢管时不需换辊；
  需用许多内辊，换辊及调整
时间长

  轧辊重量与设备重量的比
值稍大；
  轧辊通用性强、费用小
 

  L=30～35D
 
 
 

排辊成
型机
 

  成型范围宽(可生产t／D=
1．O％的薄壁管)
 

  预成型辊通用性强；
  排辊组可用来成型各种规
格的钢管，所以换辊时间短

  轧辊重量与设备重量的比
值小；
  轧辊通用性强

    L=20D
 

                             注：L一变形区长度，mm；D一焊管外径，mm；f一焊管壁厚，mm。

小直径的焊管机组宜采用辊式成型机组、中等直于焊接薄壁小直径的焊管。对于异型管及大直径钢管径的焊管机组宜选用带立辊组的辊式成型机组，排辊和用短带钢为原料的间断式焊接机组则宜采用接触成型机组对两者均能适应。

(2)焊接设备。高频焊具有焊缝质量好、内毛刺较少、焊速高和耗电低等优点。高频焊有接触焊和感应焊两种。感应焊与接触焊相比，设备利用率和金属收得率高，焊接过程稳定，焊缝表面光滑，调整也较为容易且不消耗电极，但功率消耗比接触焊高。因此感应焊适用与焊接薄壁小直径的焊管。对于异型管及大直径钢管和用短带刚为原料的间断式焊接机组则宜采用接触焊。

(3)毛刺清除装置。用来清除焊接时内外表面挤出的“焊瘤”即毛刺。外毛刺清除装置有磨削式和刨削式两种。，前者用于大中型焊管机组、后者用于中小型焊管高、焊接过程稳定、焊缝表面光滑、调整也较为容易且机组。一般每个机组均设置两台外毛刺清除装置，以便交替使用。内毛刺清除装置有多种，普遍采用的是刨削式和铣削式两种。但对直径小于38mm的钢管，内毛刺难以清除。

(4)焊缝热处理装置。根据使用要求，为了改善焊接区的金相组织，使焊缝的质量接近乃至达到母体的质量，需对焊缝进行热处理。热处理方式有整体处理和局部处理两种，各有其优缺点和使用范围。整体处理多采用辊底式炉，热处理质量好，但费用较高。大直径焊管多采用局部处理，应用感应加热器仅对焊缝进行热处理，为了保证感应加热器的加热质量，该装置由红外线高温计自动测量和调节感应器的位置，并由辐射高温计测量和控制中频感应加热器的输出功率，以保持加热温度的稳定。

(5)定径机。传统的定径机一般由4～5架主动水平辊机架和3～4架从动立辊机架交替排列组成，减径量一般为焊管外径的0．6％～1．0％，新型定径机为二平一立的三机架组成，每个机架可使钢管的减径量达到1．0％，定径后产品尺寸精度和力学性能比传统式的高。

(6)矫直头。有四辊式和八辊式两种，它们可以在同一平面内作四个方向的调整和沿轴线作一定角度的回转，一般八辊矫直头用于小直径焊管机组。

(7)切断设备。用于将运行中的钢管切断成定尺或倍尺长度。有冲切式、锯切式和旋切式三种。冲切式飞剪适用于切断直径不大于89ram的薄壁焊管，其特点是动作快、效率高，但冲切时管端局部变形需另行矫修。锯切式飞锯适用于锯断直径不大于165mm的焊管及异型管，其缺点是噪音大。旋切式飞锯是靠沿焊管圆周方向均布的3～4个同时进给的刀具将焊管切断，它多用于锯切直径不小于159mm的焊管，其优点是运行平稳、噪声小。切断设备的控制方式有机械一气动控制的和计算机一直流电机控制的，前者结构简单、造价低，但定尺长度公差比较大(士20～50mm)。后者是计算机一直流电机控制系统与相应的液压、气动随动系统相结合的装置，定尺长度公差比较小(±3mm)。

精整段设备 包括矫直机、铣头倒棱机、水压试验机、在线无损探伤装置、标记设备和涂油设备等。

(1)矫直机。有水平辊式矫直机和斜辊矫直机两种，前者用于薄壁焊管的粗矫和异型管的矫直，斜辊矫直机用于精矫。中等直径以上的焊管机组一般不设矫直机而采用定径段多架矫直头进行矫直。

(2)铣头倒棱机。有单工位和多工位两种，后者工效更高。机床切削进刀机械有气动阻尼式、气液阻尼式、机械凸轮进给式和全液压进给式等。全液压进给式铣头倒棱机运行可靠，结构紧凑、调整方便，与其相配套的辅机有链条间隙进给式和步进梁式两种。后者定位精确、故障少。

(3)水压试验机。有单工位、双工位、四工位等型式。随着在线涡流和超声波探伤设施的不断完善，水压试验机将逐渐被无损探伤所取代。

(4)在线无损探伤装置。现代化的焊管机组应设置有涡流探伤、超声波探伤等高效能的无损探伤设施。此外应根据产品技术条件设置x光射线和磁粉探伤等检测装置。

(5)标记设备。手工标记工效低、劳动条件恶劣，应选用机械化标记设备，例如辊印标记机或用计算机控制的点阵式喷印标记机等。

(6)涂油设备。有在线喷涂、在线刷涂和线外浸涂三种，前两种只能涂焊管的外表面，后者可对焊管内外表面同时涂油。

车间组成和平面布置 由原料准备、成型、焊接机组跨间及精整成品堆放跨间组成。一般均采用平行跨间布置，受场地条件限制时也可采用丁字跨间布置或分散布置。直径为33．5～114mm的排辊成型机组焊管车间的平面布置见图2。

消耗指标  每吨焊接钢管成品的主要消耗指标为：带钢1．04～1．07t；电力90～118kw•h。

发展趋势 随着焊接技术的进步和无损检测手段的完善，焊管的质量不断提高，可以用焊接钢管来代替部分无缝钢管，如中压锅炉管和石油钢管等。机组焊接向高速化，生产向连续化和自动化，精整设备向高效率，原料向大卷重方向发展。