焊管机组上,真正把两条边压成一条焊缝的只有挤压辊这一对。前面所有道次的成型都是铺垫。孔型管形状,挤压量管金属量,两件事分开看,现场却常被搅在一起。
先把定义摆正。挤压量是挤压前荒管周长和挤压后周长之差,不是上下辊压下去的深度。写成式子就是 Δ = C前 - C后,也等于 π 乘以挤压前后的直径差。
换算一下心里就有数了。Φ48 的管,挤压量 2 mm,对应的直径收缩只有 0.64 mm。辊子调 0.3 mm,挤压量就变了将近 1 mm。这就是为什么挤压量难控,它的放大倍数太大。
取值这件事,公开资料给的口径很散。窄的写 0.4~0.6 倍壁厚,宽的写到 1.0~1.2 倍壁厚,还有按绝对值给 2.5~3 mm 的。三个口径放在一起看,差出两三倍。
散的原因不在数据错,在于挤压量从来不是独立参数。它跟壁厚、管径、钢种、焊速、高频功率绑在一根绳上。薄壁取小,厚壁取大,同一个壁厚换钢种还要再动。照搬别人的数,八成不合适。
给小了会怎样。两条边的氧化物和夹杂排不出去,熔合线变宽,低倍下一看就是一条黑带。再小就是未熔合,压扁试验从熔合线开裂。
给大了也不是好事,机理还挺反直觉。两边的边在到达挤压辊中心之前就碰上并焊住了,等金属走到辊中心,温度已经降下来,氧化物反而排不出去。同时需要的焊接功率上升,功率跟不上就是冷焊。
所以挤压量有一个窗口,两头都能出废品。窗口在哪,靠外毛刺判断最直接。外毛刺直立、根部连续、两侧对称,说明在窗口里;毛刺趴下、偏向一侧、根部断续,就是偏了。
更准的办法看低倍。金属流线与熔合线的夹角,行业给的合适区间是 55 到 65 度。夹角小说明挤压量大,夹角大说明挤压量小。试样按 GB/T 226-2015《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》做,2015 年 9 月 11 日发布,2016 年 6 月 1 日实施。
再说孔型。直缝焊管上最常见的是两辊式,上下两个带半圆槽的辊,焊缝从两辊之间的辊缝穿过去。三辊、四辊在小口径和方矩管上也有用,原理一样。
两辊式的孔型,就是一个半圆槽加两侧导入斜面。槽底半径不能照成品外径做,要按挤压后的直径做。照成品做,挤压量全靠往下压,金属不往焊缝方向走,只能往壁厚上挤,管壁被压薄,焊缝被压出一道棱。
槽底和成品半径之间那个余量,就是给挤压量留的位置。余量定多少,等于挤压量折算成直径再除以二,Φ48 的管大约给 0.3 mm。
导入斜面是第二个容易出事的地方。斜面的角度决定带钢边部进辊时被约束的早晚。太陡,边部被刮出沟;太缓,边部在辊前晃动,焊点位置跟着飘。
这里有个现场高频混淆点。开口角和挤压辊的V形槽角不是一回事。开口角是带钢两条边在进挤压辊之前的夹角,行业控在 3 到 6 度,实际多取 4 到 5 度,由导向辊位置和阻抗器位置决定。
挤压辊的V形槽角,是辊子上那两道导入斜面的夹角,是车出来的固定角度,换辊才变。把两者混在一起,就会闹出调开口角却去动挤压辊的事。
中心距也要说清。上下辊的轴线距离按挤压后的孔型直径设定,不是按成品外径。差值就是那 0.6 mm 上下,图样上标得很死,现场靠垫片和压下微调。
辊身会弹。槽越深,辊身有效断面越小,挤压时弯曲变形越大。挤压量大、壁厚大的规格,实际挤压量总比压下量算出来的小一截,原因就在这里。
挤压辊的材质和硬度有专门的条款。GB/T 31936-2015《焊接钢管轧辊》,2015 年 9 月 11 日发布,2016 年 6 月 1 日实施,规定组合式挤压上辊和两辊式挤压辊工作面 47~52 HRC,比成型辊还低,工作层深度不小于 10 mm。
硬度给低是有理由的。挤压辊挨着焊接高温,又被冷却水激冷激热,偶尔还有焊渣喷上来。硬了韧性不够,辊面很快出热裂纹,裂纹一扩展就掉块。
挤压辊的孔型磨损是局部的。磨得最快的是槽底两侧的肩部,那里压的是焊缝旁边的母材。肩部圆角一变大,同样的中心距压出来的周长就变了,挤压量随之失控。
所以挤压辊的修复周期按孔型样板定,不按辊子直径定。样板贴上去,0.05 mm 塞尺不入才算合格,肩部圆角还要单独用量具核对。
内毛刺这件事要分清责任。挤压量决定内毛刺根部的厚度,内毛刺刀只负责刮,不负责补救。挤压量偏大,根部厚、刀受力大、容易崩刃;挤压量偏小,毛刺是薄了,可焊缝本来就没熔透。
GB/T 3091-2025《低压流体输送用焊接钢管》对内毛刺残留高度有要求,2025 年 3 月 28 日发布,2025 年 10 月 1 日实施,代替 2015 版。那是验收口径,不是工艺目标,别拿验收值当调整依据。
焊点位置也能反推挤压量。焊点应落在挤压辊中心线上。往成型侧偏,说明挤压量大;往定径侧偏,说明挤压量小。看外毛刺往哪边喷,也能看出七八分。
成品验证走两条路。GB/T 13793-2016《直缝电焊钢管》要求压扁到 2/3 外径、弯曲 6 倍外径、扩口 6%。压扁开裂多从熔合线起,扩口开裂在焊缝,两条都指向熔合线宽度不够。
换规格时,挤压量按新壁厚重算,孔型按新管径换辊,这两件事不能分开做。只换辊不重算挤压量,薄壁规格会被压出棱,厚壁规格又焊不透。
现场有个省事的算法。先在老规格上量出外毛刺直立、根部连续时的那组数据,按壁厚比例折算到新规格,试三支管看压扁和扩口。比翻手册快,也比凭手感靠谱。
有两个错不能用挤压量去救。一个是错边,错边是孔型对中和导向辊的事,加大挤压量只会把错边压成搭叠,低倍一看是折角,比错边更难解释。
另一个是内毛刺高。内毛刺高要么刀钝了,要么刀杆位置偏,要么挤压量本身就超了。前两个调刀,第三个改孔型,没有第四种。
订辊子的时候,孔型图、槽底半径、肩部圆角、工作层深度、硬度这五项要写进技术协议。GB/T 31936-2015 是推荐性标准,不写进合同,供方按自己的常规做,出了争议没依据。
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常见问题(FAQ)
问:挤压量就是上下辊压下去的深度吗?
答:不是。挤压量是挤压前荒管周长与挤压后周长之差,单位是毫米周长。Φ48 的管挤压量 2 mm,对应直径只收 0.64 mm。压下深度和挤压量之间差一个 π 的换算,还差辊身弹性变形那一段,所以按压下量估挤压量总是偏大。
问:挤压量给多少合适,为什么公开资料的数差这么多?
答:公开口径从 0.4~0.6 倍壁厚到 1.0~1.2 倍壁厚都有,还有按绝对值给 2.5~3 mm 的。差这么多是因为挤压量跟壁厚、管径、钢种、焊速、高频功率都绑在一起,没有单独可查的表。可行的做法是先按 0.6~0.8 倍壁厚起步,看外毛刺形态和低倍流线角,再定这一台机组的数。
问:挤压量给大了会出什么问题?
答:最直接的是焊点前移。两条边在到达挤压辊中心前就焊住,到辊中心时温度已经降下来,氧化物排不出去,熔合线反而变宽。同时焊接功率需求上升,功率不够就变成冷焊。外观上外毛刺趴下、偏向一侧,内毛刺根部变厚,刀容易崩。
问:开口角和挤压辊的V形槽角是一回事吗?
答:不是。开口角是带钢两条边进挤压辊前的夹角,行业控 3~6 度、实际多取 4~5 度,靠导向辊和阻抗器位置调。挤压辊的V形槽角是辊子上两道导入斜面的夹角,车出来的固定角,只有换辊才变。把两者混了,会出现调开口角去动挤压辊的情况。
问:挤压辊孔型磨了,能不能靠调中心距找回来?
答:短期能顶,长期不行。肩部圆角磨大以后,中心距收得再多,压出来的周长也对不上,而且辊缝变小会把管壁压薄。正确做法是上磨床修孔型,用样板控制,0.05 mm 塞尺不入,肩部圆角单独核对。
问:焊缝错边能不能靠加大挤压量压平?
答:不能。错边的根源是孔型对中、导向辊位置和带钢镰刀弯,加大挤压量只会把错边压成搭叠。低倍下搭叠表现为折角,比错边更难判,还掩盖了真正的原因。先查对中,再谈挤压量。
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