［２］张绍庆．直缝埋弧焊钢管的扩径【Ｊ］．焊管，２０００，２３
（５ ）：４ ２ 一４７． ［３］金森，郭宝峰 ，任运来．大 口径管线钢管机械扩径工艺
实验 研究【Ｊ］．锻压技术，２００１（３）：４ ４一４６．
［４］郭宝峰，金森，吴生富，等．扩径率和重叠量对机械扩 径制 品品质的影响【Ｊ］．中国机械工程，２００４，巧（１２）：
０引 言
钢管 扩 径 是 ＵＯＥ制管工艺的最后一道主要 工序 ，也是直缝埋弧焊管生产 中产品得到最后尺
寸和精度的关键工艺〔‘一’〕。在钢管生产中，对焊
后的钢管扩径，可以消除变形，改善尺寸精度，提 高钢管的平直度，并消除残余应力，提高屈服强
度［３］。钢管扩径工艺和扩径机的设计制造在发
达国家已经过多年研究和应用 ，目前钢管生产 中 大都采用机械扩径 ，并 已经取得 比较好的效果。 一套扩径头可扩径钢管万根以上。扩径头的寿命 对生产影响很大 ，扩径头的寿命与其设计制造密
伤时，轴向推力实测值大大超过计算值。
减小摩擦的主要措施是强化润滑，润滑油膜 可以减小楔体和锥面间的摩擦 ，增大实际接触面 积，使接触部分压力均布，提高抗疲劳磨损的能 力。提高润滑能力有两方面措施 ：
（１）合理地选择润滑油 的粘度 ，油的粘度越 高，抗疲劳磨损能力越强。润滑液粘度直接受温
度变化的影响，当温度升高时，粘度降低，润滑和 抗压力能力下降。摩擦表面的温度和压力、滑动 速度有关。扩径过程中，选择合适的进给速度和 及时冷却也是提高扩径头使用寿命的重要措施。
３ 调整润滑减少摩擦
扩径 头 失 效 的 主 要 原 因 是 摩 擦 磨 损 。 运 动 过 程中力的变化和摩擦条件的改变是摩擦损耗的主 要因素，自锁和爬行现象也都和摩擦有关。在扩
径头摩擦条件恶劣时，增大扩径头的轴向推力可 克服摩擦阻力，但加剧了扩径头的磨损。试验表
明，在摩擦条件不好 ，扩径头的滑动面开始出现损
５结 语
２００５年 ９月
４ 维持反向压力消除回程冲击
在扩 径 过 程 中，由于润滑条件的改变和摩擦 表面的磨损，摩擦系数随之改变，导致摩擦角的改 变，有可能形成 自锁，在回程时需要反向推力松 开。施加反向推力会产生冲击 ，不仅引起振动 ，还 很容易拉伤摩擦件表面。回程冲击可以通过调整 正向推力油压卸压和返程背压的时间配合来解 决。如图２所示，在 ｔｌ时刻，正向进给达到扩径 位置，卸压时调整节流阀缓慢降低压力，对返程起 缓冲作用 ，可消除返程突然脱开产生的冲击振动。
焊管 ·第２８卷第 ５期 ·２００５年９月
钢 管扩径工艺改进 与提高扩径头寿命的研究
李 宏
（沙市钢管厂，湖北 荆州 ４３４００１）
摘 要：通过对钢管扩径工艺分析，提出合理调整各种参数，改进工艺方法，强化摩擦面润滑， 合理进行操作，可达到提 高扩径机扩径头使用寿命的 目的。 关键词：钢管扩径；扩径工艺；扩径头；使用寿命 中图分类号：ＴＧ６６９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１－ ３９３８ （２００５）０ ５一《０６６－０３
１１ １１ 一 １１１４．
返程背压 曲线
作者简介：李宏（１９５７一），男，大学学历，高级工程师，现 任 中国石化集团江汉石 油管理局 沙市钢 管厂厂长、湖北 省石油学会常务理事、湖北省机械工程学会理事。
图２ 推力曲线和返程背压曲线
收稿 日期：２００５－０６－０７ 编辑 ：郑 一 维
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１－钢管 一多面棱锥体 ３一扇形楔块 ４一联结件 ５一主轴 ６一 保护套
主油缸
８一 行 程 控 制 器 ９一 轴 承 座 １０－钢管输送装置 １１一支撑辊
图 １ 钢管扩径工艺过程示意图
第２８ 卷第５期
扩径 过 程 中需要确定的运动参数包括轴向移 动行程扩径率 入和轴向移动速度 。。 ２．１ 扩径率人的取值
扩径 率 直 接影响到钢管的品质。数值模拟和 试验研究都表明，钢管的圆度误差在扩径率 人＝
１％左右时效果比较好〔’一４１。扩径率决定了钢管
的塑性变形量，同时也决定了扩径力数值，由此可 计算出扩径推力的大小。扩径头失效的主要形式 是滑动面上材料磨损失效，扩径力是决定摩擦力 大小的最主要原因。从保护扩径头的角度 出发 ， 在满足钢管制品要求的前提下 ，扩径率越小对扩 径头的磨损越小。因此扩径率 入的取值应在 ０．８％一１．１％之间，上下限视管径大小确定，管径 大，取较小值。 ２．２ 扩径进给速度的选取
扩径 进 给 速度 ，的选取要考虑两方面因素： 虽然速度快可使扩径生产效率提高，但是摩擦会 随速度增加而加剧，发热增多，温度升高，使润滑 油粘度降低，致使楔形摩擦块工作条件恶化 ，降低 扩径头寿命。由于摩擦条件的改变，在扩径运动 中，会出现低速爬行现象，因此，在避免出现低速 爬行的条件下尽可能采用较低的进给速度。由于
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（２）根据润滑油粘度调整喷油孔的位置和喷 油压力，使润滑油均匀喷洒在楔形块和锥体的摩 擦表面 ，有利于在滑动摩擦 的摩擦表面建立润滑 油膜。在每次扩径操作前应检查工作压力下润滑 油喷洒情况，调整喷油压力，确认喷油情况符合要 求后再开始扩径作业。待到扩径头油温上升后 ，
需适当降低喷油压力 ，以提高润滑油粘度。
推 力 曲线
卸压曲线
钢管 扩 径 机工作条件严格，不仅对设计制造 提出了很高的要求 ，而且对扩径工艺也提 出了较 高的要求。通过对运动参数、液压以及润滑等环 节适当调节 ，可以有效地提高生产效率 ，减少摩擦 磨损 ，延长扩径头的使用寿命。
参考文献：
［１］郭宝峰．大口径直缝焊管 ＵＯＥ成型技术及发展策略 ［Ｊ］ ．锻 压 技术，２０００（３）：２ ２一２５．
切相关 ，但扩径工艺和工艺参数的选择也是影响 因素之一。我厂在钢管机械扩径过程中，通过工 艺分析，在工艺方面采取了一些可行的措施 ，对延 长扩径头的使用寿命 ，减少修复和制造新 品带来 的待机时间及降低费用十分有效。
１ 扩径工艺过程和工艺参数
机械 扩 径 头是由多面棱锥体和对应的扇形楔 块组成 ，通过液压驱动及依靠楔面的扩张作用 ，达 到扩径的作用。机械扩径的工艺过程是将钢管由 液压驱动的输送装置送至扩径机端（如图 １所示），
李 宏：钢管扩径工艺改进与提高扩径头寿命的研究
使其与扩径机中心线一致并固定，然后将钢管向 扩径机移动一定的扩径长度，开始分段扩径。多 面棱锥体由液压驱动主轴推动做轴向移动。每一 段扩径前，扩径机圆周润滑油喷 口对楔形摩擦块 均匀喷洒润滑油。完成一根钢管扩径后退出钢管 并冷却扩径头。
扩径 工 艺 过程需要确定的参数有： （１） 扩 径 率 人，单位％，是指直径扩大量和钢 管直径的比值，与钢级、管径、壁厚有关，其值可以 通过计算或试验得到 ； （２ ）轴 向 移动距离 ５，单位 ｍｍ，由扩径机的 楔形块角度和扩径率确定； （３） 轴 向 移动速度。，单位而ｍｉｎ； （４） 扩 径 重叠量 ｋ，单位 ｍｍ，是指两次扩径过 渡段的重叠长度 ； （５ ）每 次 润滑油喷出量ｑ，单位Ｌ。
摩擦系数在扩径运动中是变化量 ，与扩径头的实 际状态有关 ，事前不能计算出准确的数值 ；因此 ， 应经过试验得出合适的进给速度，而且在扩径头 出现磨损后还要做适当调整。 ２．３ 扩径重叠量的选取
严格 说 ， 重叠量 ｋ不包括在运动参数中。在 两段扩径之间的过渡区会出现非均匀塑性变形 ， 为了保证钢管质量，通常在扩径过渡区设定一个 重叠量（当无重叠时 ，ｋ二０）。重叠量的大小除了 影响过渡区质量外，还会影响扩径生产效率和扩
径头工作寿命。有研究表明冈，重叠量的大小不
会对钢管精度构成明显影响。因此 ，重叠量的选 取主要考虑如何在生产效率和扩径头工作寿命之
间进行取舍。当扩径头寿命成为主要矛盾时，有
必要适当加大重叠量 ，重叠量 的增加有助于减小 扩径塑性变形力 ，从而降低扩径头的磨损。
２ 扩径过程运动参数对扩径头寿命的影 口向分析和调整
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