一种偏焊缝薄壁高强度方形冷弯钢管的成型方法
阅读说明：本技术 一种偏焊缝薄壁高强度方形冷弯钢管的成型方法 (Forming method of bias-weld-joint thin-wall high-strength square cold-bent steel pipe ) 是由 朱成松 盛珍剑 阮建刚 万业成 张尧 魏鹏 雷浩 段军科 梁诚 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及冷弯成型技术领域,尤其涉及一种偏焊缝薄壁高强度方形冷弯钢管的成型方法,粗成型阶段,先进行边缘成型,再进行中间部位反弯成型,中间部位成型过程中,边缘圆弧R值保持不变,采用两辊式挤压辊,解决了变型不均匀问题、边缘变型易产生浪形等难题,提高了焊接稳定性及焊接时钢管变型的均匀性；采用两架次可拆卸式弧形刀片对焊接两侧边外毛刺进行刨除,解决了更换刀杆较麻烦、生产效率不高难题,刨削后焊接面平整、光滑；采用定径扭偏成型方法解决了焊缝无法偏移及偏移量无法精整控制难题；采用定径精成型(包弧成型、平面度精整成型),解决了外圆弧R值不匀称,尤其是焊缝偏移处因焊接边过短,外圆弧易变椭、平面不平整问题。(The invention relates to the technical field of cold roll forming, in particular to a forming method of a bias-weld thin-wall high-strength square cold roll steel pipe, which comprises the following steps of performing edge forming at the rough forming stage, then performing middle part reverse roll forming, wherein the R value of an edge arc is kept unchanged in the middle part forming process, and two roll type extrusion rolls are adopted, so that the problems of uneven deformation, easy wavy generation of edge deformation and the like are solved, and the welding stability and the uniformity of steel pipe deformation during welding are improved; two sets of detachable arc-shaped blades are adopted to remove burrs on the outer sides of two sides of the welding, the problems that cutter bar replacement is troublesome and production efficiency is not high are solved, and the welding surface is smooth after planing; the difficult problems that the welding line cannot be deviated and the deviation cannot be finished and controlled are solved by adopting a sizing twist deviation forming method; by adopting sizing finish forming (arc wrapping forming and flatness finish forming), the problems that the R value of the outer arc is not uniform, particularly the outer arc is easy to deform and the plane is not flat due to the fact that the welding edge of the welding line offset position is too short are solved.)
技术领域
本发明涉及冷弯成型技术领域，尤其涉及一种偏焊缝薄壁高强度方形冷弯钢管的成型方法。
背景技术
传统的冷弯钢管壁厚适中(3～12mm)，焊缝居中，材料物理性能如屈服强度不高(235～600MPa)，延伸率较高(≥20％)，因此便于冷弯成型及焊接。偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管应用于客车车厢的底部支架，由于采用新能源减重方案，采用1.5～2mm薄壁高强钢制作(屈服强度≥700MPa，延伸率≥12％)，而且由于钢管内部需安装内模具，所以焊缝必须偏心，传统的冷弯钢管和偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管的截面图分别如图1.1和1.2所示。
目前传统的偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管存在以下问题：1)因壁厚薄、强度高造成冷弯成型过程中边部延伸不均匀导致的边部浪形，从而影响焊接质量的稳定性，同时带来成型尺寸精度差、焊接错位、漏焊等质量问题；2)偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管挤压焊接后外焊缝的外焊缝刨削不平整、内焊缝偏移不精准等；3)焊缝偏移后精整圆变方时因焊接边过短而导致的外圆弧变椭达不到标准要求；4)因材质强度高，反弹大，壁厚薄易产生平面度不平整等。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管的成型方法。
为实现上述目的，本发明所设计的一种偏焊缝薄壁高强度方形冷弯钢管的成型方法，包括粗成型、挤压、焊接成型、外焊缝刨削、焊缝扭偏成型、圆变方成型、定径精成型、矫直整形、锯切步骤，所述粗成型阶段包括边缘弯曲成型、中间弯曲成型、封闭成型，所述粗成型阶段采用双半径成型方法进行，先进行边缘成型，再进行中间部位反弯成型，中间部位反弯成型过程中，边缘圆弧R值保持不变。
进一步的，所述粗成型的具体步骤如下：
首先，在粗成型机架中进行一架次的边缘成型至与焊接时圆管半径一致，然后进行3架次的中间部位反弯成型，均以平辊方式进行，其中第1架次的中间部位反弯成型与边缘成型的同时进行，同时保证第2、3架次反弯成型时的边缘参数不变；
接着，进行第4～7架次中间部位冷弯成型，均采用平辊和立辊交替方式进行，其中第4架次立辊采用3架连续的立辊群方式；
最后，进行第8～10架次的封闭成型，采用平辊和立辊交替方式进行；
所述平辊包括两个上辊、两个下侧辊和下平辊。
进一步的，所述成型方法包括如下步骤：
一、根据偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管外形尺寸，采用copra专业分析软件对钢带的冷弯成型道次、每道次的成型角度、圆弧R值、过弯量等关键工艺参数进行设计、模拟仿真及优化，得到冷弯成型道次及各道次的最佳成型参数；
二、对上述按照带宽剪切的钢带进行开卷、上料、剪切对焊、夹送辊送至引料立辊；
三、根据成型道次及最佳成型参数进行冷弯变型，直至达到焊接前的最佳参数值，完成粗成型；
四、挤压、焊接成型、外焊缝刨削
采用两辊式挤压辊进行挤压焊接成型，将两焊接边最终封闭成型，通过挤压完成高频焊接后形成封闭孔型钢管，采用两架次带弧形可拆卸刨边刀的外焊缝刨削刀杆对焊接两侧边外毛刺进行刨除，确保焊接面平整、光滑；
五、定径扭偏成型、定径平立辊圆变方成型
利用可旋转式立辊进行一架次的扭转立辊成型；接着进行五架次的定径平立辊圆成方成型；
六、定径精成型
利用四角圆弧弧形辊进行一架次的包弧平辊成型以完成包弧精整，最后进行一架次鼓形平辊、一架次鼓形立辊对钢管表面平面度进行精整整形，确保钢管平面度达到标准要求；
七、矫直整形、铣锯锯切
矫直过程采用两架次矫直辊进行矫直整形，利用单锯片冷锯进行定尺锯切、打包收集、入库，所述矫直辊为由一个土耳其头辊、矫直下辊、两个矫直侧辊组成的封闭型矫直辊。
进一步的，所述弧形可拆卸刨边刀为四面带弧形的可拆卸的刀片，刀片为可拆卸安装，弧形刀片的弧度等与封闭孔型钢管相匹配。
更进一步的，所述粗成型的具体步骤如下：
a)“边缘成型”：首先将边缘半径成型至与焊接时圆管半径一致，即边缘成型中心角度48°，圆弧R值R17，并且在中部成型的架次时一直保持不变；
b)“中部成型”：在前三道次平辊架次进行反弯45°、30°、15°成型，第一架次反弯成型与步骤a)的“边缘成型”同时进行，在第四架次至第七架次冷弯成型过程中，每架次成型中心角度及圆弧R值依次为平四32°(R149)、立四一52°(R90)、立四二62°(R76)、立四三74°(R65)、平五90°(R52)、立五116°(R40)、平六140°(R33)、立六162°(R29)、平七182°(R25)、立七200°(R23)，其中，平四32°(R149)表示第四架次平辊成型中心角度32°，圆弧R值149，立四一52°(R90)表示第四架次立辊群成型时第一个立辊的成型中心角度52°，圆弧R值90，以此类推，中部成型过程中，“边缘成型”的两边保持自由状态，不进行角度变型”；第四架次时采用三架次立辊群进行变型，三架次立辊群包括第一架次立辊、第二架次立辊和第三架次立辊；
c)“封闭成型”：以平辊和立辊交替方式进行封闭成型，在第八道次至第十道次冷弯成型过程中，每架次成型中心角度及圆弧R值依次为：平八312°(R20)、立八320°(R19)、平九330°(R18.5)、立九340°(R18)、平十344°(R17.5)、立十350°(R17)，以确保逐步成圆。
进一步的，所述五架次的定径平立辊圆成方成型的具体步骤为：采用copra软件，计算出各架次各分边段成型的中心角度及对应外圆弧值，利用定径平立辊，通过逐步圆变方变型法对焊缝偏移后的圆管进行五平五立圆变方成型，将圆管成型到所需规格大小的方形。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
a)采用了双半径成型：先边缘成型，再中部成型的方法(中部成型过程中，边缘圆弧R值保持不变，采用了反弯成型以及立辊群成型结合的方法)解决了变型不均匀、变型稳定性不足、边缘变型易产生浪形等难题，生产过程稳定，产品焊接质量稳定性也得到保证；
b)采用两辊式挤压辊，解决了钢管材质屈服强度较高，反弹较大，壁厚较薄，易导致变型不均匀问题，提高了焊接稳定性及焊接时钢管变型的均匀性；
c)采用两架次带有可拆卸弧形刨边刀的的外焊缝刨削刀杆对焊接两侧边外毛刺进行刨除，解决了更换刀杆较麻烦、生产效率不高难题，刨削后焊接面平整、光滑，无传统平直刀杆刨削后刨削面呈沟槽的问题；弧形可拆卸刨边刀为四面带弧形的可拆卸的刀片，不仅可以保证刨削质量，而且刀片磨损后可以立即通过拆卸螺丝换面进行使用，效率较高；
d)采用定径扭偏成型方法解决了焊缝无法偏移及偏移量无法精整控制难题；
e)采用定径精成型(包弧成型、平面度精整成型)，解决了外圆弧R值不匀称(尤其是焊缝偏移处因焊接边过短，外圆弧易变椭)、平面不平整问题；
f)本发明的方法实施后，产品质量、成材率得到保证，得到客户的认可，也加大了薄壁高强度偏焊缝方形冷弯钢管的生产及销售量。
附图说明
图1.1为传统焊缝居中冷弯钢管截面图；
图1.2为偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管截面图。
图2.1为偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管粗成型辊花图。
图2.2为边缘成型工艺示意图；
图2.3为中部成型过程中反弯成型的工艺示意图；
图2.4为一般平立成型工艺示意图；
图2.5为中部成型过程中立辊群成型的工艺示意图；
图2.6为中部成型过程中封闭辊平立成型工艺示意图。
图3.1为偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管挤压焊接工艺示意图；
图3.2为偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管外毛刺刨削工艺示意图。
图4.1为偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管焊缝扭转立辊工艺示意图；
图4.2为偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管定径圆成方变型工艺示意图；
图4.3为偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管焊缝包弧辊工艺示意图；
图4.4为偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管焊缝鼓形辊工艺示意图；
图4.5为偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管焊缝矫直整形工艺示意图。
图中各部件标号如下：上辊21、下侧辊22、下平辊23、第一架次立辊24、第二架次立辊25、第三架次立辊26、两辊式挤压辊31、可旋转式立辊41、四角圆弧弧形辊42、鼓形平辊43、鼓形立辊44、451-土耳其头辊、452-矫直下辊、453-矫直侧辊。
具体实施方式
为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。
一种偏焊缝薄壁高强度方形冷弯钢管的成型方法，包括开卷、上料、剪切对焊、夹送辊夹送至引料立辊→粗成型(边缘弯曲成型、中间弯曲成型、封闭成型)→挤压、焊接成型→外焊缝刨削→焊缝扭偏成型→圆变方成型→定径精成型→矫直整形→锯切→打包收集→入库等步骤。
一、核算展宽、成型中心角、圆弧值、成型道次：
根据偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管外形尺寸，采用copra分析软件对钢带的冷弯成型道次、每道次的成型中心角度、圆弧R值、回弹角度等关键工艺参数进行设计、模拟仿真及优化，得到冷弯成型道次及各道次的最佳成型中心角、圆弧R值、成型道次；形成工艺装辊，进行每架次的排辊，确保每架次轧辊在横向及高度方向的适当位置，保证“辊缝值”、“中心位置”等符合要求；
二、对上述按照带宽剪切的钢带进行开卷、上料、剪切对焊、夹送辊送至引料立辊进行粗成型；
三、粗成型：采用双半径成型：先边缘成型，再中部成型的方法(中部成型过程中，边缘圆弧R值保持不变，采用了反弯成型以及立辊群成型结合的方法)：
首先，在粗成型机架中进行一架次的边缘成型，然后进行3架次的中间部位反弯成型，均以平辊方式进行(其中第1架次的中间部位反弯成型与边缘成型的同时进行，同时保证第2、3架次反弯成型时的边缘参数不变)；
接着，继续进行第4～7架次中间部位冷弯成型，均采用平辊和立辊交替方式进行，其中第4架次立辊采用3架连续的立辊群；
最后，进行第8～10架次的封闭成型，采用平辊和立辊交替方式进行；采用平辊和立辊交替方式，对未成型钢管进行导向及减少边部延伸带来的边缘浪形问题。
以上各架次的成型过程中辊与辊之间喷轧制液，保证冷却及润滑，偏焊缝薄壁高强度冷弯钢管粗成型的辊花图如图2.1所示；
四、进行挤压、焊接成型，再进行外焊缝刨削：采用两辊挤压、高频焊接、外焊缝刨削平整、光滑；挤压、焊接成型过程中喷轧制液，保证焊接后焊缝处0及时冷却，防止焊缝开裂；
五、进行一架次的扭转立辊成型、五架次的定径平立辊圆成方成型、一架次的包弧平辊成型、一架次的平立平面度整形。辊与辊之间喷轧制液，保证冷却及润滑；
六、进行矫直整形、铣锯锯切、打包收集、入库；
其中，步骤三的具体操作如下：
a)“边缘成型”：“边缘成型”工艺示意图如图2.2所示，其中，平辊包括两个上辊21、两个下侧辊22和下平辊23，首先将边缘半径成型至与焊接时圆管半径一致，即边缘成型中心角度48°，圆弧R值R17，并且在中部成型的架次时一直保持不变，到焊接架次时直接进行焊接，避免了边缘因中间多次参与变型而导致的延伸不均问题，确保了焊接质量的稳定性；
b)“中部成型”：反弯成型工艺示意图如图2.3所示，在前三道次平辊架次依次进行反弯45°、30°、15°成型，第一架次反弯成型与步骤a)的“边缘成型”同时进行，可以减少钢带在成型过程中边部沿纵向的变型量，同时也保证了钢管在成型过程中的稳定性。在第四架次至第七架次冷弯成型过程中，每架次成型中心角度及圆弧R值依次为平四32°(R149)、立四一52°(R90)、立四二62°(R76)、立四三74°(R65)、平五90°(R52)、立五116°(R40)、平六140°(R33)、立六162°(R29)、平七182°(R25)、立七200°(R23)，其中，平四32°(R149)表示第四架次平辊成型中心角度32°，圆弧R值149，立四一52°(R90)表示第四架次立辊群成型时第一个立辊的成型中心角度52°，圆弧R值90，以此类推，中部成型过程中，“边缘成型”的两边保持自由状态，不进行角度变型；结合图2.4所示，第四架次时采用三架次立辊群进行变型，三架次立辊群包括第一架次立辊24、第二架次立辊25和第三架次立辊26，可以解决因“平立平”成型带来的变型不均匀、稳定性不足而导致的表面划伤等问题；
c)“封闭成型”：平立辊交替方式进行封闭成型，在第八道次至第十道次冷弯成型过程中，每架次成型中心角度及圆弧R值依次为：平八312°(R20)、立八320°(R19)、平九330°(R18.5)、立九340°(R18)、平十344°(R17.5)、立十350°(R17)，以确保逐步成圆。
步骤四的具体操作如下：
a)“挤压、焊接成型”：“边缘成型”的两边缘成型中心角度及圆弧R值为48°(R17)°，封闭成型最终成型中间部分的中心角度及圆弧R值为350°(R17)，由于钢管材质屈服强度较高，反弹较大，壁厚较薄，易导致变型不均匀，为避免焊接时的稳定性及焊接时钢管变型的均匀性，结合图3.1所示，设计采用了两辊式挤压辊31进行挤压成型，将两焊接边最终封闭成型，通过挤压完成高频焊接后形成封闭孔型钢管。
b)“外焊缝刨削”：对于高强度材质薄壁钢管，焊接后的外焊缝较薄，如果采用传统直刨刀易导致焊缝刨深，且在成方后焊缝处会产生沟槽；而且由于材质较硬，易损耗刀片，采用传统焊接式刨刀，更换刀杆较麻烦，影响生产效率，结合图3.2，本实施例中采用两架次带有弧形可拆卸刨边刀的外焊缝刨削刀杆对焊接两侧边外毛刺进行刨除，确保焊接面平整、光滑；而且生产效率也得到了保障。弧形可拆卸刨边刀为四面带弧形的、可拆卸的刀片，弧形刀片的弧度等与封闭孔型钢管相匹配，不仅可以保证刨削质量，而且刀片磨损后可以立即通过拆卸螺丝换面进行使用，效率较高。
步骤五的具体操作如下：
a)定径扭偏成型：进入定径前由于圆管成型的对称性，焊缝处于正钢管中间，还达不到焊缝偏移要求，因此需进行焊缝偏移；结合图4.1，本实施例采用一架次可旋转式立辊41将圆管进行一定角度的扭转，扭转角度根据焊缝偏移的要求进行，通过扭转使焊缝偏移到一定值，从而达到设计要求即可；
b)五架次的定径平立辊圆变方成型：采用copra软件，计算出各架次各分边段成型的中心角度及对应外圆弧值，利用定径平立辊，通过逐步圆变方变型法对焊缝偏移后的圆管进行五平五立圆变方成型，将圆管成型到所需规格大小的方形，其工艺示意图见图4.2。
c)“定径精成型”：对定径圆变方成型后的钢管还需进行外圆弧包弧整形及平面度的精整成型，结合图4.3和图4.4，采用四角圆弧弧形辊42对钢管进行一架次平辊成型以完成包弧精整，解决因焊缝偏心而导致钢管外圆弧R值变椭而达不到标准要求的问题；然后采用一架次鼓形平辊43、一架次鼓形立辊44对钢管表面平面度进行精整整形，确保钢管平面度达到标准要求。
步骤六的具体操作如下：
“矫直整形”：对“定径精成型”后的钢管进行矫直整形，确保钢管纵向直线度达到客户标准要求，结合图4.5所示，矫直过程采用两架次矫直辊进行矫直整形，矫直辊是由一个土耳其头辊451、矫直下辊452、两个矫直侧辊453组成的封闭型矫直辊，定径整形完成后，采用两架次上述四辊封闭孔型土耳其头对钢管直线度进行矫直整形；然后采用单锯片冷锯进行定尺锯切，自动打包后，吊运入库。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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