鋼管端部處理
管端加工 (pipe end machining)對鋼管端部進(jìn)行的車螺紋、定徑、加厚、強化熱處理、倒棱等工序。
管端車螺紋 簡稱管端車絲。鋼管廠生產(chǎn)的鋼管，其單根長度通常小于14m，有的鋼管的服役長度往往大大超過這一長度。如在地質(zhì)鉆探和石油鉆采中，鉆井深度通常在1000m以上，深達(dá)7000m；用于輸送石油、天然氣、水、堿、礦物等的輸送管線長達(dá)數(shù)公里甚至數(shù)百公里。為此，需在鋼管兩端車螺紋，利用相應(yīng)的接箍(接手)把鋼管連接起來。螺紋連接要求連接強度高，氣密性好，以防止鋼管斷裂和輸送介質(zhì)外泄。為適應(yīng)多種用途的需要，世界各國已研制出各種形式的螺紋，但主要采用以下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，故連接強度低，僅靠螺紋側(cè)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，連接強度高；依靠螺紋側(cè)面和頂部壓緊密封，密封性能比較高。(3)直連型連接螺紋。其特點是不用接手，但管端需加厚，一端車外螺紋，另一端車內(nèi)螺紋，加工比較難。螺紋精度高，連接強度較高；依靠頂面和一側(cè)面密封，密封性能好。
鋼管端部在車絲前通常經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)要求，石油鉆采用管的管端螺紋，出廠時需用各種儀器進(jìn)行嚴(yán)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 目的是減小鋼管橢圓度，保證鋼管機加工后的尺寸精度，主要用于石油套管。經(jīng)端部定徑后的套管，端部車絲時的黑皮扣(留有漏車表面的絲扣)數(shù)量少，可提高成材率。
管端定徑采用冷變形工藝，常用的定徑方法有沖頭擴徑和沖頭擴徑+定徑環(huán)壓縮兩種。沖頭擴徑時減小鋼管橢圓度的效果在很大程度上取決于鋼管壁厚的均勻程度。對壁厚不均較嚴(yán)重的熱軋管如周期式軋管機軋制的鋼管(見周期式軋管機軋管)，經(jīng)沖頭擴徑后，管端的表面質(zhì)量惡化。因此，為了消除壁厚不均的影響和減小鋼管橢圓度，應(yīng)采用沖頭擴徑+定徑環(huán)壓縮法。由于冷定徑時，管端不但產(chǎn)生彈性變形而且也出現(xiàn)少量塑性變形。定徑后，在擴徑與非擴徑的過渡帶，可能存在不同程度的殘余應(yīng)力，同時也可能出現(xiàn)因沖頭及定徑環(huán)造成的內(nèi)外表面劃傷，導(dǎo)致產(chǎn)生輕微應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象。因此應(yīng)盡量提高熱軋鋼管的尺寸精度，避免采用管端定徑的方法。
管端加厚 主要用于石油管和地質(zhì)管。因管端車絲后管壁減薄，螺紋連接部分成了整個管體強度的薄弱環(huán)節(jié)。為了提高螺紋連接部分的強度，采用管端加厚的方法增加管端壁厚。此外，鉆桿(管)多采用管端與工具對焊連接、焊縫及其熱影響區(qū)是強度的薄弱環(huán)節(jié)。為了提高焊縫區(qū)的強度，一般也采用管端加厚。管端加厚的形式有內(nèi)加厚、外加厚和內(nèi)外加厚。
鋼管加厚的工藝過程是：管端加熱(在縫式爐或感應(yīng)加熱器中)→加厚(用臥式鍛造機或水壓鍛造機)→冷卻→檢查。根據(jù)被加厚管的尺寸、加厚形式和加厚壓縮量的不同，所采用的加熱次數(shù)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性能不均現(xiàn)象，鋼管在加厚后通常要進(jìn)行整體熱處理。管端加厚的工藝參數(shù)主要有：加厚前管端加熱溫度t始、加厚結(jié)束后管端溫度t終及管端變形長度L端：
t始=Ac3+(400-450)℃ t終=Ar3+(40-80)℃ L端=(1.05-1.10)L
式中L為計算所得的理論變形長度。
使用過程中鉆桿的失效主要出現(xiàn)在加厚端與管體的過渡區(qū)，因此，過渡區(qū)的尺寸至關(guān)重要。
管端強化熱處理 即通過熱處理使管端車絲部分的強度高于管體強度一個級別。管端強化熱處理工藝包括管端加熱、淬火(介質(zhì)為壓縮空氣、水霧等)和回火等。
管端倒棱 用于輸送礦物、氣、油、水等介質(zhì)的管道，通常是由鋼管一根根地焊接起來的。為便于管間焊接，對管端外角需進(jìn)行倒棱(見圖)。根據(jù)鋼管用途不同，α角大小及鈍邊ζ值也不同，一般α=30。。為保證管端倒棱后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(jìn)行。國際上先進(jìn)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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地質(zhì)管
