一种金属管道多阶椭圆度的加工成型方法与流程

1.本发明实施例涉及金属管道椭圆度加工技术领域，具体涉及一种金属管道多阶椭圆度的加工成型方法。


背景技术：

2.随着对海洋资源的开发，不仅是深海养殖业等传统行业得到了更大的关注，深海采矿和深海油田同样受到了世界各国的研究。深海管道作为深海资源开发中可靠和稳定的运输方式，由于海洋环境复杂，时常伴随海洋灾害，深水管道受到外部载荷和水压共同作用，容易发生压溃和破坏现象。管道泄漏将会造成严重的经济损失和环境污染。为了提高海底管道设计的可靠性以及保证管道运行过程中的稳定性，研究海底管道屈曲现象是很重要的。
3.管道压溃压力受管道的椭圆度影响严重，初始椭圆度是一个重要的研究对象。在管道生产过程中，不同的制管工艺会造成不同的椭圆度形式。对于无缝管的制造，管道的椭圆度较低，对于使用传统压管工艺制作的管道，通常椭圆度阶数大于三，而传统研究中，限于初始缺陷制造工艺，研究对象多为二阶，压溃形式单一，多为哑铃型。而三阶模态的压溃形式多为三角菱形，四阶模态的压溃形式为四角菱形。目前海底管道二阶模态压溃研究分析较多，而多角度椭圆度的高阶模态压溃相关研究较少。


技术实现要素：

4.为此，本发明实施例提供一种金属管道多阶椭圆度的加工成型方法，通过对金属管道进行环绕加热，并对环绕加热过程中的温度进行控制，从而有效地消除金属管道的预应力，在此基础上进一步基于推进深度的计算，从多个角度对金属管道进行挤压，从而形成具有多阶椭圆度的金属管道。
5.为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：
6.在本发明实施例的一个方面，提供了一种金属管道多阶椭圆度的加工成型方法，包括：
7.s100、确定待加工金属管道的加工区域，并将加工区域推动至环形的加热装置上；
8.s200、采用加热装置对加工区域进行环绕加热，并对加工区域的温度进行监控；
9.s300、当加工区域的温度达到预设温度时，继续推动待加工金属管道，至加工区域位于椭圆度加工装置中；
10.s400、计算多个角度上的椭圆度加工装置的推进深度，并按照得到的推进深度向内推进，获得设定的具有多阶椭圆度的金属管道。
11.作为本发明的一种优选方案，每个角度上的推进深度的计算公式为：
[0012][0013]
u＝
±
(r
×
δ0)；其中，
[0014]
△0为对应角度上的预设椭圆度，r
max
为该角度下的预设椭圆度所对应的最大半径，r
min
为该角度下的预设椭圆度所对应的最小半径，u为推进深度，r为金属管道的初始半径。
[0015]
作为本发明的一种优选方案，步骤s300中的预设温度为1000
‑
1250℃。
[0016]
作为本发明的一种优选方案，步骤s200中的环绕加热过程包括顺次设置的多次分段加热，且相邻的两次分段加热过程中还包括对金属管道进行推动。
[0017]
作为本发明的一种优选方案，所述分段加热至少包括顺次进行的预加热过程、深度加热过程和尾段加热过程。
[0018]
作为本发明的一种优选方案，所述加热区域包括顺次设置的预热区、第一加热区、第二加热区和末端加热区；且，
[0019]
预加热过程为对预热区和第一加热区进行加热；
[0020]
深度加热过程为对第一加热区和第二加热区进行加热；
[0021]
尾段加热过程为对第二加热区和末端加热区进行加热。
[0022]
作为本发明的一种优选方案，在尾段加热过程后，还包括将第一加热区和第二加热区回退至加热装置中进行环绕加热。
[0023]
作为本发明的一种优选方案，所述深度加热过程的加热时间和加热温度均大于所述预加热过程和所述尾段加热过程。
[0024]
本发明的实施方式具有如下优点：
[0025]
本发明实施例采用环绕加热的方式进行预加热，在进行椭圆度的加工前即对金属管道的残余应力进行消除，同时软化金属管道；在加热过程中对加工区域的温度进行监控，更好地保证后续椭圆度加工过程中的塑型性能，避免出现过大的回弹，有效保证加工精度。
附图说明
[0026]
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
[0027]
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
[0028]
图1为本发明实施例提供的加工成型方法的流程图；
[0029]
图2为本发明实施例提供的加工成型装置的结构示意图；
[0030]
图3为本发明实施例提供的推送装置的结构示意图；
[0031]
图4为本发明实施例提供的加热装置的结构示意图；
[0032]
图5为本发明实施例提供的椭圆度加工装置的结构示意图；
[0033]
图6为本发明实施例提供的加热区域的示意图。
[0034]
图中：
[0035]1‑
金属管道；2
‑
推送装置；3
‑
加热装置；4
‑
椭圆度加工装置；
[0036]
21
‑
底座；22
‑
传送转轮；23
‑
防滑垫片；24
‑
滚轴；25
‑
转轮轴；
[0037]
31
‑
加热铜圈；32
‑
配电箱；33
‑
连接电极；
[0038]
41
‑
框架；42
‑
伸缩件；43
‑
凹滚轮结构；44
‑
电机；45
‑
液压分流结构；46
‑
液压油输送管道；47
‑
电子监控设备；
[0039]
51
‑
预热区；52
‑
第一加热区；53
‑
第二加热区；54
‑
末端加热区。
具体实施方式
[0040]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
如图1所示，本发明提供了一种金属管道多阶椭圆度的加工成型方法，包括：
[0042]
s100、确定待加工金属管道1的加工区域，并将加工区域推动至环形的加热装置2上；
[0043]
s200、采用加热装置3对加工区域进行环绕加热，并对加工区域的温度进行监控；
[0044]
s300、当加工区域的温度达到预设温度时，继续推动待加工金属管道，至加工区域位于椭圆度加工装置4中；
[0045]
s400、计算多个角度上的椭圆度加工装置4的推进深度，并按照得到的推进深度向内推进，获得设定的具有多阶椭圆度的金属管道1。
[0046]
具体地，引入一种具体的加工成型装置进行进一步的阐述。如图2所示，加工成型装置包括沿传输方向顺次设置的推送装置2、加热装置3和椭圆度加工装置4；其中，所述推送装置2用于将所述金属管道1沿传输方向进行输送；所述加热装置3用于对所述金属管道1的部分管壁进行加热；所述椭圆度加工装置4包括沿所述金属管道1的周向方向设置的挤压组件，以及用于驱动所述挤压组件各自靠近或远离所述金属管道1的驱动件。如图3
‑
图5所示，所述推送装置2包括底座21、转轮轴25、传送转轮22、防滑垫片23和滚轴24。传送转轮22通过转轮轴25与底座21相连，并且，传送转轮22能够以转轮轴25为轴自转。同时，通过在传送转轮22的外表面设置防滑垫片23增大与金属管道1的贴合度和摩擦力，为金属管道1提供足够的轴向力。滚轴24与底座21相连，为金属管道1提供足够的支撑力，同时，在金属管道1向前移动的过程中，能够有效降低金属管道1与底座21之间的磨损。加热装置3包括呈螺旋状环绕设置的加热铜圈31，以及与所述加热铜圈31电连且用于控制所述加热铜圈31通电或断电的配电箱32和连接电极33。当处于工作状态时，配电箱32控制通过加热铜圈31的电流，使加热铜圈31加热，金属管道1贯穿加热铜圈31并被加热到预设温度后，进一步推动至后续的椭圆度加工装置4中进行多阶椭圆度的加工。椭圆度加工装置4包括电子监控设备47、液压分流结构45、伸缩件42(这里具体选择为液压油缸)、凹滚轮结构43、电机44(这里具体选用伺服电机)、液压油输送管道46和框架41。上述结构主要由电机44提供压力，推动液压分流结构45中的液压油流向液压油缸，油缸推动凹滚轮结构43发生位移，随着凹滚轮结构43位移增大，金属管道1的椭圆度增大。同时，液压分流结构45受电子监控设备47控制，在电子监控设备47中通过预设施加的椭圆度大小及椭圆度角度，液压分流结构45接收信号并控制每个液压油输送管道46输送的液压油的体积和压力，从而对应对金属管道1上多个角度施
加相同或不同的挤压力，进而在金属管道1上形成多阶椭圆度。
[0047]
一种优选的实施例中，为了有效地实现多阶椭圆度的加工成型，具体地，每个角度上的推进深度的计算公式为：
[0048][0049]
u＝
±
(r
×
δ0)；其中，
[0050]
△0为对应角度上的预设椭圆度，r
max
为该角度下的预设椭圆度所对应的最大半径，r
min
为该角度下的预设椭圆度所对应的最小半径，u为推进深度，r为金属管道1的初始半径。根据上述公式计算出需要得到的具有多阶椭圆度的金属管道1在对应的多个角度上的推进深度后，则能够进一步通过控制椭圆度加工装置4上的对应的挤压组件的推进，从而实现金属管道1的成型。
[0051]
为了使得金属管道1能够更好地消除残余应力的同时，在后续加工过程中便于加工成型，且成型后不易回弹，步骤s300中的预设温度为1000
‑
1250℃。
[0052]
在本发明的一种更为优选的实施例中，步骤s200中的环绕加热过程包括顺次设置的多次分段加热，且相邻的两次分段加热过程中还包括对金属管道1进行推动。即在每次分段加热的过程后，向前进一步推进后再进行后续的分段加热，从而提高整体的加热的稳定性，并对应获得加热状态呈现阶段状的金属管道1。
[0053]
进一步优选的实施例中，所述分段加热至少包括顺次进行的预加热过程、深度加热过程和尾段加热过程。
[0054]
具体地，如图6所示，所述加热区域包括顺次设置的预热区51、第一加热区52、第二加热区3和末端加热区54；且，
[0055]
预加热过程为对预热区51和第一加热区52进行加热；
[0056]
深度加热过程为对第一加热区52和第二加热区53进行加热；
[0057]
尾段加热过程为对第二加热区53和末端加热区54进行加热。
[0058]
通过这样的方式，使得第一加热区52和第二加热区53能够经过二次加热，从而使得整个加热区域能够形成为台阶状分布，并在后续对第一加热区52和第二加热区53进行加工的过程中，两侧的预热区51和末端加热区54也具有一定的加热温度，更好地实现应力的抵消，能够更好地提高成型质量。
[0059]
进一步地，为了更好地提高后续的加工效果，提高成型质量，在尾段加热过程后，还包括将第一加热区52和第二加热区53回退至加热装置中进行环绕加热。通过回退的方式对第一加热区52和第二加热区53进行回温加热，能够更好地保证后续的压制过程的有效进行。这里的回退可以通过反转转轮轴25即可实现。
[0060]
一种更为优选的实施例中，所述深度加热过程的加热时间和加热温度均大于所述预加热过程和所述尾段加热过程。
[0061]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。