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众所周知,采用大口径厚壁管道(外径400mm以上,外径与壁厚比为55~90)输送液体和汽体物质是为合理经济的,但是,随着被输送液体和汽体的温度和压力的升高,管道破裂的危险也增大。为了保证管道的有效必需从材料和生产工艺二个方面提高质量以满足性能要求。就钢管生产工艺而言重点在于采用什么方法生产毛坯。
钢管的工作应力及壁厚关系
图1所示为一圆柱形容器,其直径为D,壁厚为长度为L在内压p的作用下,容器的鈥、横截面上都将产生应力日,用截面法将容器沿截面战开,鈥截面上的拉应力为可以类似地推出横截面上的应力仅为上述应カ的一半。传递高压流体的管道的危险截面是鈥截面。设想火电站汽水管汽水压カ为5MPa约50大气压),内直径D为1000mm,壁厚为10mm,汽水管鈥截面上将产生约250MPa的工作应カ。
考虑温度对屈服极限的影响一般中低碳钢是无法胜任的但采用高强度合金钢则不仅价格高而且成形更为困难。因此采用高治金质量的低碳钢制作厚壁管就显得十分经济。
因为壁厚增加一倍,则应力σ降到原来的一半;汽水在管道中长期流动腐蚀不可避免,壁厚大则管道的寿命也可延长2沖孔拉仲法成形大口径厚壁管将加热好的钢锭放入冲孔胎模中先冲一个盲孔,然后放入拔伸胎模中进行拔长而生产厚壁管的方法称为冲孔拉伸法。
厚壁无缝钢管一般是指外径（D)与壁厚（S)之比（D/S)小于20的无缝钢管，其中外径与壁厚之比（D/S)小于10的又称为超厚壁无缝钢管。
厚壁尤缝钢管常用于火（核）电、船舶、化工及石油等行业中高温高压流体的输送，工作状态下需承受内部流体较高的压力和温度，故其质量和性能要求较A。其钢种主要有优质碳紊结构钢、合金结构钢、不锈钢和特种合金等。
目前，世界上生产超厚壁无缝钢管采取的生产工艺主要有皮尔格轧制法、自由锻造法、穿孔拉拔法及热挤压法等。其中，热挤压法。近年来受到闰内、外齊遍关注，它是将金属坯料加热至再结晶温度以上，利用挤压机的压力，由挤压动校对金属坯料加以挤压，使坯料在三向压应力作用下从挤压模口流出，从而获得所需
要挤;玉件的一种塑性成形方法。根据挤压设备与挤压方向的不同，热挤压法又可分为卧式挤压法和垂直挤压法。与其他工艺相比，垂直挤压法具有产品规格范围广、材料利用率高、产品质跫好和制造周期短等一系列优点。针时厚壁无缝钢管的特．饭，时热挤压法制造无缝钢管中的垂直挤压工艺进行研究。介绍了厚壁无缝钢管热挤压的工艺流程，并重点分析模具结构和润清条件热挤压工艺过程中的两大重要因素。终提出了多角度挤压入模角的模具结构及模具一坯料复合润滑方案，在降低挤压力的同时获得了表面质童较高、综合力学性能较好的厚壁无缝钢管。
张力减径工艺是在前后布，的一系列轧辊机架中对荒管进行连续轧制的过程．也是钢管生产中的 一道热变形工序。在这一过程中．采用适当的孔型系列．使荒管外径得以连续减缩，同时凭借机架系列中轧辊转速比例的调节．可以取得预定的璧厚变化。张力减径工艺具有轧制速度高、产品规格范1 大等优点，目的已得到广泛应用。在张力减径过程中．钢管周向变形不均匀．导致钢管内表面由圆形变为多边形，在轧制中厚壁钢管时．该现象尤为严， " ．。为了改善和钢管的内多边形缺陷．需要实时测张力减径过程中钢管各个部位的应力、应变及沮度等场盆，但在生产现场，侧 t 这些数据往往比较困难且费时费力．因此利用数值棋拟技术来掌握上述场 t 在张力减径过程中的变化是非常必要的。为了提高产品的壁厚精度．目前国内外许多学者已经利用有限元法针对钢管张力减径过程的壁厚变化规律进行了大证的研究工作，州．并取得了较大的进展。
导致钢管内表面由圆形变为多边形的因索主要有轧辊孔型、张力分布情况、荒管壁厚及轧制沮度等。本文采用革于 MSC . MARC 的有限元分析方法，建立了钢管张力减径过程的有限元热力藕合分析棋型．在其他参数相同的情况下．研究了不同壁厚钢管的张力减径过程．分析了钢管内多边形的形成机理．得到了荒管璧厚和张力系数对钢管内多边形程度的影响规律．可为提高产品的壁厚精度和形状精度提供理论指导。
l 设．主．价数及热力报合有限元板型的盆立
Ll 设备主要参数本文在建立张力减径有限元棋型时．设定的张力减径机组的机架个数为 20 ．轧辊的名义直径设定为 345mm ，相邻机架间的距离为 320mm ，荒管的外圆直径为 180 帕 m ．成品钢管直径为 79mm 。为了研究荒管璧厚及张力系数对钢管内多边形的影响规伸，在其他参数相同的悄况下．本文选取了 9 种不同壁厚的荒管及对应的张力系数进行有限元模拟．其具体数值如表 l 所示。
27SiMn(化学成份(国标):C:0.24-0.32;Mn:1.1-1.4;Si:1.1-1.4;S:≤0.035:P:≤0.035)厚壁钢管(壁厚范围28mm~60m)被广泛用于煤矿液压支架大立柱缸体,有的缸筒长达2000m,其中一段长200m缸筒的外圆直径要从Φ380m增至Φ398m,常规工艺选择用中408m钢管加工,这种方法切削量太大,不仅造成材料的浪费,并且生产周期长。如果采用平常的堆焊方法,当堆焊层金属出现气孔、裂纹、夹渣等缺陷时,就会造成渗漏、密封件挂伤,严重时将出现堆焊层剥落现象,还会出现缸柱间互相窜液、立柱油缸液压力升不上去影响使用的情况。
本发明的目的在于提供一种加工质量和效率高的27SiMn厚壁钢管的堆焊方法
为实现上述目的,本发明可采取下述技术方案:
本发明所述的27SiMn厚壁钢管的堆焊方法,它包括下述加工步骤:
将需堆焊部位粗加工至见金属光泽后,预热140-160℃,控制层间温度在150-200C,用80%Ar+20X00保护气体、采用SLD60焊丝分层堆焊至要求的厚度后,冷却至100℃,再整体加热至900-940℃,保温2小时后出炉淬水至室温:在整体装炉升温至540℃,保温4小时,冷却至室温即可。
所述SLD60焊丝的组分为C:0.05;Mn:1.29:Si:0.76:Mo:0.34:Ti 0.11;S:0.01;P:0.02:所述焊丝的直径为Φ1.6。
本发明的优点在于堆焊前预热,采用80%Ar+20%C0,保护气体,焊接材料用SLD-601.6,按照上述加工方法进行堆焊,焊后热处理,这样不仅工艺方法经济合理,堆焊层与母材之间的熔透质量高、堆焊层金属无气孔、裂纹、夹渣等缺陷,达到满足液压支架缸筒的设计强度及尺寸要求;由于液压支架的生产批量大,且每根缸筒的堆焊层厚达9m,采用本堆焊方法,不仅可以节约材料,又可以提高生产效率。
具体实施方式
本发明所述的27SiMn厚壁钢管的堆焊方法,它包括下述加工步骤:
将需堆焊部位粗加工至见金属光泽,除去表面的油、垢等污物,预热150℃控制层间温度在150-200℃,用远红外测温仪监测温度;用80%Ar+20XC02保护气体、采用SLD-60中1.6焊丝,焊丝的重量组份分为:0.05:Mn:1.29:Si:0.76Mo:0.34:Ti:0.11;S:0.01;P:0.02:选用单枪环缝气体保护自动焊机(电流420A,电压40V,焊速600m/min),分层堆焊至要求的厚度后,冷却至100℃,再整体加热至900-940℃,保温2小时后出炉淬水至室温;在整体装炉升温至540
C,保温4小时随炉缓冷至300℃出炉,冷却至室温即可
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