生产变厚度变直径钢管的方法

摘要

本发明公开了一种生产变厚度变直径钢管的方法，包括通过原料管送进端将原料管单向固定，推顶装置推顶原料管对原料管输出端进行预扩径，通过原料管送进端和输出端将原料管双向固定，通过推顶装置和拉拔装置对原料管进行整体扩径四个步骤。本发明实现既大幅改变钢管壁厚又对扩径后的钢管壁厚精确控制，生产出的大口径无缝钢管具有良好的力学性能和较佳的外观质量。

权利要求

1.生产变厚度变直径钢管的方法，该方法采用的扩管机包括推顶端(101)与拉拔端(102)之间设置有导向杆组(103)的机架(1)，设置在机架(1)推顶端(101)的推顶装置(3)，设置在机架(1)拉拔端(102)的拉拔装置(2)，沿着推顶端(101)到拉拔端(102)方向顺次滑动配合设置在导向杆组(103)上的钢管送进端固定板(4)、钢管输出端固定板(5)，具有导向段(601)、变径段(602)、定径段(603)的扩径顶头(6)，推顶装置(3)的工作端固定连接钢管送进端固定板(4)，拉拔装置(2)的工作端固定连接钢管输出端固定板(5)，钢管送进端固定板(4)上具有扩径顶头通孔，扩径顶头(6)的导向段(601)沿着拉拔端(102)到推顶端(101)方向穿过钢管送进端固定板(4)的扩径顶头通孔，其导向段(601)固定连接机架(1)的推顶端(101)；还包括用于加热原料管(9)预变形区和变形区的中空加热装置(7)，所述加热装置(7)套设在导向段(601)与变径段(602)交界处的扩径顶头(6)外周；其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、通过原料管送进端将原料管单向固定：选择与原料管(9)相适配的扩径顶头(6)，将原料管(9)套装在扩径顶头(6)上，再将套装有原料管(9)的扩径顶头(6)的导向段(601)顺次穿过加热装置(7)、钢管送进端固定板(4)的扩径顶头通孔，将扩径顶头(6)的导向段(601)固定连接机架(1)推顶端(101)，将原料管(9)送进端固定连接钢管送进端固定板(4)，移动钢管送进端固定板(4)使原料管(9)顶紧扩径顶头(6)变径段(602)；

步骤2、推顶装置推顶原料管对原料管输出端进行预扩径：原料管(9)顶紧扩径顶头(6)变径段(602)后，开启加热装置(7)对将进行预扩径的原料管(9)输出端部分进行加热处理，当加热处理达到预定时间，或者测量到的原料管(9)温度达到预定值，开启推顶装置(3)，推顶装置(3)通过钢管送进端固定板(4)推顶原料管(9)，原料管(9)沿着扩径顶头(6)变径段(602)塑性变形，扩径后的管体在定径段(603)定径；当扩径顶头(6)的定径段(603)完全进入原料管(9)内，且便于将原料管(9)输出端直接固定连接钢管输出端固定板(5)时，原料管(9)输出端预扩径完成；

步骤3、通过原料管送进端和输出端将原料管双向固定：原料管(9)输出端预扩径完成后，将原料管(9)的输出端固定连接钢管输出端固定板(5)，也即原料管(9)送进端和输出端对应固定连接钢管送进端固定板(4)和钢管输出端固定板(5)；

步骤4、通过推顶装置和拉拔装置对原料管进行整体扩径：将原料管(9)双向固定后，开启加热装置(7)，对原料管(9)预变形区和变形区进行加热处理，当加热处理达到预定时间，或者测量到的原料管(9)温度达到预定值，以原料管(9)扩径后的壁厚设计值所需的推顶功率开启推顶装置(3)，以原料管(9)扩径后的壁厚设计值所需的拉拔功率开启拉拔装置(2)，推顶装置(3)从原料管(9)送进端推顶原料管(9)，拉拔装置(2)从原料管(9)输出端拉拔原料管(9)，原料管(9)沿着扩径顶头(6)变径段(602)塑性变形，扩径后的管体在定径段(603)定径，直到整根原料管(9)完成扩径和定径。

2.根据权利要求1所述的生产变厚度变直径钢管的方法，其特征在于，步骤4中还包括在扩径顶头(6)定径段(603)外周设置钢管壁厚检测装置(8)，在通过推顶装置和拉拔装置对原料管进行整体扩径时，采用钢管壁厚检测装置(8)测量扩径后管体壁厚，将实测壁厚和原料管(9)扩径后的壁厚设计值进行比较，当实测壁厚超过原料管(9)扩径后的壁厚设计值控制范围，则调整推顶装置(3)的输出功率或者调整拉拔装置(2)的输出功率，直到实测壁厚落入原料管(9)扩径后的壁厚设计值控制范围。

3.根据权利要求2所述的生产变厚度变直径钢管的方法，其特征在于，所述当实测壁厚超过原料管(9)扩径后的壁厚设计值控制范围，则调整推顶装置(3)的输出功率或者调整拉拔装置(2)的输出功率，直到实测壁厚落入原料管(9)扩径后的壁厚设计值控制范围为：

当实测壁厚大于原料管(9)扩径后的壁厚设计值控制范围，则在拉拔装置(2)输出功率不变的情况下将推顶装置(3)的输出功率减小，或者在推顶装置(3)输出功率不变的情况下将拉拔装置(2)的输出功率增大，直到实测壁厚落入原料管(9)扩径后的壁厚设计值控制范围；当实测壁厚小于原料管(9)扩径后的壁厚设计值控制范围，则在拉拔装置(2)输出功率不变的情况下将推顶装置(3)的输出功率增大，或者在推顶装置(3)输出功率不变的情况下将拉拔装置(2)的输出功率减小，直到实测壁厚落入原料管(9)扩径后的壁厚设计值控制范围。

4.根据权利要求2或3所述的生产变厚度变直径钢管的方法，其特征在于，还包括给扩管机增加用于控制推顶装置(3)和拉拔装置(2)输出功率的进给力控制系统，将钢管壁厚检测装置(8)的数据信号输出端电连接进给力控制系统的数据信号输入端，将进给力控制系统的控制信号输出端分别电连接推顶装置(3)和拉拔装置(2)的控制信号输入端；在通过推顶装置和拉拔装置对原料管进行整体扩径时，钢管壁厚检测装置(8)将测量到的扩径后管体壁厚传递给进给力控制系统，进给力控制系统将实测壁厚和原料管(9)扩径后的壁厚设计值进行比较，当实测壁厚超过原料管(9)扩径后的壁厚设计值控制范围，进给力控制系统相应调整推顶装置(3)的输出功率或者拉拔装置(2)的输出功率，直到实测壁厚落入原料管(9)扩径后的壁厚设计值控制范围。

说明书

生产变厚度变直径钢管的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及大口径无缝钢管生产技术领域，具体涉及一种生产变厚度变直径钢管的方法。

背景技术

[0002] 无缝钢管，是常用的流体输送管道。与实心圆钢相比，在抗弯抗扭强度相同时，其制造材料较少、重量较轻、便于加工成型，被广泛用于制造结构件和机械零件。无缝钢管的生产主要包括在穿孔机上管坯在轧辊和顶头的作用下管坯内部逐渐形成空腔制成空心厚壁毛管的穿孔工序，在自动轧制机上将毛管轧制成接近成品壁厚的荒管的轧制工序，经定径机定径制成所要求的成品管的定减径工序；由于直径大于400mm大口径无缝钢管相对于普通无缝钢管直径规格过大，受限于现有常用的普通无缝钢管生产设备的制造能力，大口径无缝钢管无法采用常用自动轧管机组或者连续轧管机组进行生产，只能采用扩径生产方法进行生产。

[0003] 常用的扩径生产方法有斜轧扩径生产方法、拉拔扩径生产方法、推顶扩径生产方法。

[0004] 其中，斜轧扩径生产方法，也称作旋转扩径工艺，是采用具有交叉倾斜设置的两个大直径类盘形轧辊的斜轧扩径机组进行一次性扩径生产。斜轧机组是在辊式斜轧机的基础上研制改进而成，其具有变形速度快、一次扩径量大、生产效率高等优点，但由于其结构复杂、设备投资大、斜轧扩径生产方法复杂，仅适用于大批量大口径无缝钢管生产，且由于旋转扩径的工艺特性，制成产品内部具有螺旋纹，表面质量较差。

[0005] 公开号为CN101791627A的中国专利文献，针对现有斜轧扩径生产方法存在产品内部具有螺旋纹，表面质量较差的技术问题，公开一种盘式辊旋轧扩管机轧制大口径无缝钢管的方法，该方法是在包括有前台、主机、后台一段、后台二段四个独立的区域，并将四区域通过运输辊道连接成为盘式辊旋轧扩管机组区域进行的，该方法包括以下步骤：①坯管上料：将原料坯管用天车吊运至上料台架上；②步进炉加热：经步骤①的原料坯管通过辊道送至加热炉中进行加热，加热温度为1150～1200℃，加热到需要的温度后，原料坯管从出炉运输辊道出加热炉；③盘式辊扩管：经步骤②加热完成的原料坯管由出炉运输辊道运送到盘式辊旋轧扩管机组区域，在前台经过高压水除去外表面氧化铁皮后，由运输辊道送至盘式辊旋轧扩管机主机处进行轧制，轧制过程中，钢管外径逐渐增大、壁厚逐渐减小，完成轧制后的钢管行进到后台一段；固定在后台一段与后台二段之间的挡管器挡住坯管，使坯管停留在后台一段区域，在这个过程中，插入钢管内的顶杆则随坯管一起后退，顶杆后退至后台二段，翻料臂将坯管翻出轧制线到运输辊道上，运输至下一工序进行轧制；④锥形辊均整：经步骤③的钢管进入锥形辊均整机组进行均整，改善钢管内、外表面质量、提高壁厚精度；
⑤步进炉再加热：经步骤④的钢管若需要补温或者在线常化，则进入步进式再加热炉进行再加热，温度在700～1000℃：⑥定径：经步骤⑤的钢管通过定径工序改善钢管外表面质量，提高外径精度，完成此工序后钢管经辊道运送至冷床进行冷却至室温；⑦精整工序：冷却至室温的钢管在精整作业区进行锯切、探伤、水压、喷标、检验等精整作业；⑧入库：完成上述工序后，合格的钢管办理入库手续，入成品库。该方法制得的产品表面质量好，铜管金属组织均匀，尺寸精度高，钢管壁厚精度可达到士8％，生产效率高，金属消耗小。但该方法仅适用于大批量大口径无缝钢管生产，且由于旋转扩径的工艺特性，制成产品内部仍具有螺旋纹。

[0006] 拉拔扩径生产方法，是用拉拨式扩管机先将加热后的原料管端部热扩为外翻锥，用以固定管体，再将管体整体加热，用链条拉动己套入原料管并装有内模的芯棒，钢管在变形区周向为拉应力、轴向为拉应力、径向为压应力，在扩径的同时可以达到减小壁厚的目的。拉拨式扩管机具有生产效率高、可加工较长成品、设备可扩径缩径减壁多用等优点，但用拉拨式扩管机拉拔扩径生产大口径无缝钢管，需要专门设备预制喇叭口，而且在拉拔方式变形过程中，因变形区受较大的拉应力作用，扩径变形后钢管继续处于受拉状态，可能会将钢管的原始缺陷扩大，如控制不当可能造成钢管拉断。虽然其能减小壁厚但壁厚不可控，外径精度低，钢管表面不光滑。由于拉拨式扩管机生产效率低、金属消耗大、产品质量不佳，拉拔扩径生产方法在技术上没有得到进一步发展。

[0007] 推顶扩径生产方法，是用液压推进式扩管机，用液压推板将套在固定的带扩径锥芯棒外的热原料管推过扩径锥便完成了扩径加工。扩径过程只发生于芯棒，原料管和相关固定连接件之间，钢管在变形区周向为拉应力、轴向为压应力、径向为压应力，为此扩管机刚度结构大为简化。推进式扩管机以中频加热设备，快速均匀可控地对原料管加热，匀速的推进变形，能细化管材微观结构，提高材料机械性能，保证管体性能均匀性。液压推进式扩管机具有投资少、设备简单、建设周期短、产品质量好、几何精度高、成材率高等优点。但在扩径的同时很难通过工艺优化大幅度改变壁厚，其主要用于生产壁厚变化不大的大口径无缝钢管。由于推顶扩径生产方法是二次性扩径生产方法，因此生产的大口径无缝钢管的长度较短，单机生产速度慢。

[0008] 公开号为CN102189188A的中国专利文献，针对现有冷扩工艺存在所需劳动力资源多，容易造成、环境污染、冷扩后的不锈无缝钢管产品性能方面、管表面存在着明显的缺陷的技术问题，公开一种热扩大直径无缝不锈钢管的制造工艺，主要包括以下步骤：(1)选择适合热扩成品不锈钢管的母管、芯棒、连杆和塔形线圈，并安装在中频液压二步推制式扩管机组上，其中的塔形线圈环绕于母管外围，芯棒置于母管内，该机组下部设置扩管机组机座，该扩管机组机座上安装有后闸门及支座、油缸、移动推进架和前支座，所述移动推进架前后两端分别安装有连接推进架闸门，油缸固定于后闸门支座并与推进架连接，连杆一端经后闸门固定穿过推进架闸门和前支座并与芯棒连接；(2)采用芯棒区域设置，所述芯棒自首至末依次设置分为导入区、变形区、定径区、平整区和矫直区，连杆与导入区连接并保证同心度一致，连杆直径略小于导入区直径；塔形线圈入口和出口的内孔直径分别比母管和成品管外径大3-8cm，扩管温度根据不锈管材质确定，推进速度根据母管的壁厚和变径率大小确定；(3)将预先准备的母管管内壁均匀涂上耐高温润滑剂，通过上料台将连杆穿过母管内孔，母管经过后闸门、推进架闸门至塔形线圈内，关闭后闸门，闸住连杆尾端，关闭推进架闸门，使母管一端紧贴闸门，启动中频先加热芯棒再加热母管使母管至预定温度，再启动液压油缸，在油缸的作用下，使母管随推进架匀速前进，经过芯棒变径处，从而实现不锈管扩径目的。该方法相对于热轧、热挤压、锻造等制造工艺而言，此工艺设备投入少、工序简单、成材率高、生产组批灵活且周期短、制造成本低，特别是对当前普遍制造大直径不锈管的冷扩工艺相比较，可提高生产效率5倍以上；同时，不需要中间修磨、退火、酸洗、钝化，可大量降低燃气消耗，节省劳动力资源，减少环境污染，热扩后的不锈无缝钢管的综合性能优良，其抗拉强度、屈服强度明显优于固溶后的不锈管状态。但该方法只能实现大口径无缝钢管变直径，不能大幅度改变壁厚，其主要用于生产壁厚变化不大的大口径无缝钢管。由于其仍然是二次性扩径生产方法，生产的大口径无缝钢管的长度较短，单机生产速度慢。

[0009] 综上所述，直径大于400mm大口径无缝钢管的扩径生产方法，斜轧扩径生产方法存在扩径生产方法复杂、设备投资大、仅适用于大批量大口径无缝钢管生产，制成产品内部具有螺旋纹，表面质量较差的技术问题；拉拔扩径生产方法存在扩径变形后钢管继续处于受拉状态，可能会将钢管的原始缺陷扩大，如控制不当可能造成钢管拉断。而且虽然能减小壁厚但壁厚不可控，外径精度低，钢管表面不光滑的技术问题；推顶扩径生产方法存在扩径的同时很难通过工艺优化大幅度改变壁厚，生产的大口径无缝钢管的长度较短，单机生产速度慢的技术问题；因此需要一种既能扩径又能改变管壁厚度，管壁厚度可控，生产成本低的大口径无缝钢管扩径生产方法。

发明内容

[0010] 本发明所要解决的技术问题是提供一种能在壁厚可控的情况下大幅改变钢管壁厚的生产变厚度变直径钢管的方法，从而进一步提高扩径成的大口径无缝钢管的成品质量及大口径无缝钢管一次成型的良品率，有效降低大口径无缝钢管的生产成本。

[0011] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

[0012] 生产变厚度变直径钢管的方法，该方法采用的扩管机包括推顶端与拉拔端之间设置有导向杆组的机架，设置在机架推顶端的推顶装置，设置在机架拉拔端的拉拔装置，沿着推顶端到拉拔端方向顺次滑动配合设置在导向杆组上的钢管送进端固定板、钢管输出端固定板，具有导向段、变径段、定径段的扩径顶头，推顶装置的工作端固定连接钢管送进端固定板，拉拔装置的工作端固定连接钢管输出端固定板，钢管送进端固定板上具有扩径顶头通孔，扩径顶头的导向段沿着拉拔端到推顶端方向穿过钢管送进端固定板的扩径顶头通孔，其导向段固定连接机架的推顶端；还包括用于加热原料管预变形区和变形区的中空加热装置，加热装置套设在导向段与变径段交界处的扩径顶头外周；该方法包括以下步骤：

[0013] 步骤1、通过原料管送进端将原料管单向固定：选择与原料管相适配的扩径顶头，将原料管套装在扩径顶头上，再将套装有原料管的扩径顶头的导向段顺次穿过加热装置、钢管送进端固定板的扩径顶头通孔，将扩径顶头的导向段固定连接机架推顶端，将原料管送进端固定连接钢管送进端固定板，移动钢管送进端固定板使原料管顶紧扩径顶头变径段；

[0014] 步骤2、推顶装置推顶原料管对原料管输出端进行预扩径：原料管顶紧扩径顶头变径段后，开启加热装置对将进行预扩径的原料管输出端部分进行加热处理，当加热处理达到预定时间，或者测量到的原料管温度达到预定值，开启推顶装置，推顶装置通过钢管送进端固定板推顶原料管，原料管沿着扩径顶头变径段塑性变形，扩径后的管体在定径段定径；当扩径顶头的定径段完全进入原料管内，且便于将原料管输出端直接固定连接钢管输出端固定板时，原料管输出端预扩径完成；

[0015] 步骤3、通过原料管送进端和输出端将原料管双向固定：原料管输出端预扩径完成后，将原料管的输出端固定连接钢管输出端固定板，也即原料管送进端和输出端对应固定连接钢管送进端固定板和钢管输出端固定板；

[0016] 步骤4、通过推顶装置和拉拔装置对原料管进行整体扩径：将原料管双向固定后，开启加热装置，对原料管预变形区和变形区进行加热处理，当加热处理达到预定时间，或者测量到的原料管温度达到预定值，以原料管壁厚设计值所需的推顶功率开启推顶装置，以原料管壁厚设计值所需的拉拔功率开启拉拔装置，推顶装置从原料管送进端推顶原料管，拉拔装置从原料管输出端拉拔原料管，原料管沿着扩径顶头变径段塑性变形，扩径后的管体在定径段定径，直到整根原料管完成扩径和定径。

[0017] 进一步，生产变厚度变直径钢管的方法，步骤4中还包括在扩径顶头定径段外周设置钢管壁厚检测装置，在通过推顶装置和拉拔装置对原料管进行整体扩径时，采用钢管壁厚检测装置测量扩径后管体壁厚，将实测壁厚和壁厚设计值进行比较，当实测壁厚超过壁厚设计值控制范围，则调整推顶装置的输出功率或者调整拉拔装置的输出功率，直到实测壁厚落入壁厚设计值控制范围。

[0018] 进一步，生产变厚度变直径钢管的方法，当实测壁厚超过壁厚设计值控制范围，则调整推顶装置的输出功率或者调整拉拔装置的输出功率，直到实测壁厚落入壁厚设计值控制范围为：当实测壁厚大于壁厚设计值控制范围，则在拉拔装置输出功率不变的情况下将推顶装置的输出功率减小，或者在推顶装置输出功率不变的情况下将拉拔装置的输出功率增大，直到实测壁厚落入壁厚设计值控制范围；当实测壁厚小于壁厚设计值控制范围，则在拉拔装置输出功率不变的情况下将推顶装置的输出功率增大，或者在推顶装置输出功率不变的情况下将拉拔装置的输出功率减小，直到实测壁厚落入壁厚设计值控制范围。

[0019] 进一步，生产变厚度变直径钢管的方法，还包括给扩管机增加用于控制推顶装置和拉拔装置输出功率的进给力控制系统，将钢管壁厚检测装置的数据信号输出端电连接进给力控制系统的数据信号输入端，将进给力控制系统的控制信号输出端分别电连接推顶装置和拉拔装置的控制信号输入端；在通过推顶装置和拉拔装置对原料管进行整体扩径时，钢管壁厚检测装置将测量到的扩径后管体壁厚传递给进给力控制系统，进给力控制系统将实测壁厚和壁厚设计值进行比较，当实测壁厚超过壁厚设计值控制范围，进给力控制系统相应调整推顶装置的输出功率或者拉拔装置的输出功率，直到实测壁厚落入壁厚设计值控制范围。

[0020] 本发明的生产变厚度变直径钢管的方法适用于大口径无缝钢管的生产,同样也适用于大口径金属管的生产，当然也适用于普通口径无缝钢管的扩径生产。

[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0022] 1、本发明的生产变厚度变直径钢管的方法，由于将原料管套装在扩径顶头上并将扩径顶头及原料管单向固定在机架上，用推顶装置推顶原料管对原料管输出端进行预扩径的方法，具有采用同一台扩管机实现原料管的拉拔固定端加工成型技术作用，预扩径后的原料管输出端可以直接固定连接在钢管输出端固定板，进行原料管双向驱动整体扩径。

[0023] 相较于拉拔扩径生产方法采用专门设备为原料管预制喇叭口，本发明采用同一台扩管机就能实现拉拔固定端加工成型，且将预扩径后的原料管输出端直接固定连接在钢管输出端固定板，就可在推顶装置和拉拔装置从两端双向驱动下，进行原料管整体扩径，工艺流程得到极大优选，既提高工艺生产效率，又降低工艺损耗，从而大幅降低钢管扩径成本。

[0024] 由于将套装在扩径顶头上的原料管双向固定在机架上，通过推顶装置和拉拔装置对原料管进行整体扩径的方法，具有通过推顶装置从原料管送进端及通过拉拔装置从原料管输出端双向提供用于原料管变形的外部力的技术作用，该外部力相较于现有的拉拔扩径生产方法和推顶扩径生产方法产生的单向外部力，其所产生的用于原料管扩径的周向拉应力、径向压应力在分布上更均匀，在供给上更稳定可靠，也即能取得更好的扩径效果；还具有通过调整推顶装置输出功率和拉拔装置输出功率的相对大小，来实现用于原料管变壁厚的轴向应力大小的精确控制的技术作用，也即扩径得到的大口径无缝钢管的壁厚能精确控制。

[0025] 从整体上看，本发明的各步骤在技术上相互关联，在使用上相互配合。从而使本发明在不需采用专用设备预制喇叭口的情况下，就能以较高的生产效率对长度较长的原料管进行尺寸精确控制的扩径变壁厚作业，产出的大口径无缝钢管成品管具有优良的力学性能和几何精度尺寸。由于钢管扩径变壁厚的管径和和壁厚可控，也就相应降低对原料管管壁厚度的要求，从而降低了工艺难度，有效降低大口径成品钢管的生产成本。本发明消除现有的推顶扩径生产方法无法生产长度较长的大口径无缝钢管的技术问题，消除现有的拉拔扩径生产方法生产的大口径无缝钢管管壁厚度不可控，且力学性能和外观质量差的技术问题。

[0026] 2、本发明的生产变厚度变直径钢管的方法，由于通过实时测量扩径后的管体壁厚，将实测壁厚和壁厚设计值进行比较，以此调整推顶装置的输出功率和拉拔装置的输出功率，针对性更强，有效性更好，有利于进一步提高本发明的生产变厚度变直径钢管的方法生产大口径无缝钢管的产品质量和良品率，降低原料管损耗，降低生产成本，提高生产效率；通过实时测量扩径后的管体壁厚，并自适应调整推顶装置的输出功率或者拉拔装置的输出功率，以使扩径后的管体壁厚落入壁厚设计值控制范围，从而实现对推顶装置输出功率和拉拔装置输出功率的及时、有效地精确控制，进而实现对扩径后管体壁厚的精确控制，从而进一步优化大口径无缝钢管生产工艺，提高生产出的大口径无缝钢管的良品率，有效降低产品成本。

附图说明

[0027] 图1为本发明的生产变厚度变直径钢管的方法的实施流程图。

[0028] 图2为本发明的扩管机的结构示意图。

[0029] 图3为本发明通过推顶装置和拉拔装置对原料管进行整体扩径的示意图。

[0030] 图2至图3中的附图标记分别表示为：

[0031] 1-机架，2-拉拔装置，3-推顶装置，4-钢管送进端固定板,5-钢管输出端固定板,6-扩径顶头，7-加热装置,8-钢管壁厚检测装置,9-原料管，101-推顶端，102-拉拔端,103-导向杆组,601-导向段，602-变径段，603-定径段。

[0032] 图中箭头标记分别表示为：对原料管施加的力的方向。

具体实施方式

[0033] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0034] 如图2所示，本发明的生产变厚度变直径钢管的方法，该方法采用的扩管机包括推顶端101与拉拔端102之间设置有导向杆组103的机架1，设置在机架1推顶端101的推顶装置3，设置在机架1拉拔端102的拉拔装置2，沿着推顶端101到拉拔端102方向顺次滑动配合设置在导向杆组103上的钢管送进端固定板4、钢管输出端固定板5，具有导向段601、变径段
602、定径段603的扩径顶头6，推顶装置3的工作端固定连接钢管送进端固定板4，拉拔装置2的工作端固定连接钢管输出端固定板5，钢管送进端固定板4上具有扩径顶头通孔，扩径顶头6的导向段601沿着拉拔端102到推顶端101方向穿过钢管送进端固定板4的扩径顶头通孔，其导向段601固定连接机架1的推顶端101；还包括用于加热原料管9预变形区和变形区的中空加热装置7，加热装置7套设在导向段601与变径段602交界处的扩径顶头6外周。

[0035] 其中，推顶装置3和拉拔装置2均为进给装置，既可以是气压进给装置，也可以是液压进给装置，还可以是螺旋进给装置。推顶装置3、拉拔装置2通常采用由活塞缸和活塞杆构成的进给机构；扩径顶头6的导向段601为长柱状结构，变径段602为圆锥台结构，定径段603为圆柱结构；加热装置7为套装有钢管的扩径顶头6能从中穿过的电阻加热器或者电磁加热器，优选采用中频电磁加热器。通常机架1沿着推顶端101到拉拔端102方向布设导向杆组103，钢管送进端固定板4、钢管输出端固定板5在推顶装置3推顶力和拉拔装置2拉拔力的作用下，可沿着导向杆组103移动。

[0036] 如图1所示，本发明的生产变厚度变直径钢管的方法，包括通过原料管送进端将原料管单向固定，推顶装置推顶原料管对原料管输出端进行预扩径，通过原料管送进端和输出端将原料管双向固定，通过推顶装置和拉拔装置对原料管进行整体扩径四个步骤。具体过程如下：

[0037] 步骤1、通过原料管送进端将原料管单向固定：选择与原料管9相适配的扩径顶头6，将原料管9套装在扩径顶头6上，再将套装有原料管9的扩径顶头6的导向段601顺次穿过加热装置7、钢管送进端固定板4的扩径顶头通孔，将扩径顶头6的导向段601固定连接机架1推顶端101，将原料管9送进端固定连接钢管送进端固定板4，移动钢管送进端固定板4使原料管9顶紧扩径顶头6变径段602。

[0038] 实施时，本领域的技术人员，根据原料管9的规格尺寸选择扩径顶头6的规格尺寸，也即扩径顶头6导向段601长度大于原料管9长度，扩径顶头6定径段603的直径等于扩径后的大口径成品管的直径，扩径顶头6变径段602的轴向长度和扩径顶头6定径段603的轴向长度，根据工艺实际需要进行确定。

[0039] 实施时，本领域的技术人员，将扩径顶头6的导向段601从原料管9输出端插入，从原料管9送进端穿出，从而将原料管9套装在扩径顶头6的导向段601上；上述原料管9输出端是指对原料管9最先进行扩径的一端，原料管9送进端是指对原料管9最后进行扩径的一端；再将装有原料管9的扩径顶头6顺次穿过加热装置7、钢管送进端固定板4的扩径顶头通孔，将扩径顶头6的导向段601固定连接机架1推顶端101，将原料管9送进端固定连接钢管送进端固定板4，采用人力推动钢管送进端固定板4或者使用推顶装置3推动钢管送进端固定板
4，推动原料管9向扩径顶头6变径段602移动，当原料管9输出端顶紧扩径顶头6变径段602后，停止施加推顶力，将原料管9单向固定在机架1上；

[0040] 步骤2、推顶装置推顶原料管对原料管输出端进行预扩径：原料管9顶紧扩径顶头6变径段602后，开启加热装置7对将进行预扩径的原料管9输出端部分进行加热处理，当加热处理达到预定时间，或者测量到的原料管9温度达到预定值，开启推顶装置3，推顶装置3通过钢管送进端固定板4推顶原料管9，原料管9沿着扩径顶头6变径段602塑性变形，扩径后的管体在定径段603定径；当扩径顶头6的定径段603完全进入原料管9内，且便于将原料管9输出端直接固定连接钢管输出端固定板5时，原料管9输出端预扩径完成。

[0041] 实施时，本领域的技术人员，根据原料管9预扩径变形的需要，确定推顶装置3的工作输出功率。根据原料管9变形区的加热处理需要，确定加热装置7沿着扩径顶头6轴向的长度及加热装置7的加热功率。

[0042] 实施时，本领域的技术人员，开启加热装置7对位于扩径顶头6导向段601与变径段602连接处两侧的原料管9部分进行加热处理。当加热处理达到预定时间后，或者测量到的原料管9管体温度达到预定值后，开启推顶装置3，推顶装置3按照预定输出功率推顶钢管送进端固定板4，钢管送进端固定板4沿着扩径顶头6轴向推顶原料管9，原料管9沿着扩径顶头
6变径段602进行扩径塑性变形，完成扩径的管体在定径段603定径；当扩径顶头6的定径段
603完全进入原料管9内，继续推顶原料管9，直到便于将原料管9通过其输出端固定连接在钢管输出端固定板5上时，关闭加热装置7，关闭推顶装置3，原料管9输出端预扩径完成。

[0043] 相较于拉拔扩径生产方法采用专门设备为原料管9预制喇叭口，本步骤所采用的推顶装置推顶原料管对原料管输出端进行预扩径方法，不需要额外增加设备，就能加工原料管9的拉拔固定端，工艺流程得到极大优选，既提高工艺生产效率，又降低工艺损耗，从而大幅降低钢管扩径成本。

[0044] 步骤3、通过原料管送进端和输出端将原料管双向固定：原料管9输出端预扩径完成后，将原料管9的输出端固定连接钢管输出端固定板5，也即原料管9送进端和输出端对应固定连接钢管送进端固定板4和钢管输出端固定板5。

[0045] 实施时，本领域的技术人员，在不从扩径顶头6上取下原料管9的情况下，将原料管9的输出端直接固定连接钢管输出端固定板5，也即将原料管9通过其送进端固定连接钢管送进端固定板4，将原料管9通过其输出端固定连接钢管输出端固定板5，也即实现原料管9的双向固定。

[0046] 步骤4、通过推顶装置和拉拔装置对原料管进行整体扩径：将原料管9双向固定后，开启加热装置7，对原料管9预变形区和变形区进行加热处理，当加热处理达到预定时间，或者测量到的原料管9温度达到预定值，以原料管9壁厚设计值所需的推顶功率开启推顶装置3，以原料管9壁厚设计值所需的拉拔功率开启拉拔装置2，推顶装置3从原料管9送进端推顶原料管9，拉拔装置2从原料管9输出端拉拔原料管9，原料管9沿着扩径顶头6变径段602塑性变形，扩径后的管体在定径段603定径，直到整根原料管9完成扩径和定径。

[0047] 本步骤采用推顶装置3推顶和拉拔装置2拉拔方式实现原料管9管体扩径变壁厚时，用于原料管9扩径的周向拉应力和径向压应力，由推顶装置3推顶力产生的周向拉应力、径向压应力和拉拔装置2拉拔力产生的周向拉应力、径向压应力分别累加形成，用于原料管9变壁厚的轴向拉应力，由拉拔装置2拉拔力产生的轴向拉应力和推顶装置3推顶力产生轴向压应力相减后形成。如果扩径成的大口径无缝钢管的壁厚无需大幅改变，则推顶装置3的输出功率大于或者等于拉拔装置2的输出功率，确保原料管9变形区受到的轴向应力为轴向压应力，在轴向应力为轴向压应力的情况下，扩径得到的大口径无缝钢管的壁厚变化很小；
如果扩径成的大口径无缝钢管的壁厚需要产生大幅改变，则推顶装置3的输出功率小于拉拔装置2的输出功率，确保原料管9变形区受到的轴向应力为轴向拉应力，在轴向应力为轴向拉应力的情况下，扩径得到的大口径无缝钢管的壁厚可产生较大变化。一个规格的原料管9，要将其扩径成预定壁厚设计值的大口径无缝钢管，对应一组推顶装置3的输出功率和拉拔装置2的输出功率。

[0048] 实施时，本领域的技术人员，根据原料管9扩径成的大口径无缝钢管的壁厚要求，确定推顶装置3的输出功率和拉拔装置2的输出功率。如图2、图3所示，在原料管9双向固定在机架1上后，开启加热装置7，对原料管9预变形区和变形区进行加热处理，当加热处理达到预定时间，或者测量到的原料管9温度达到预定值，以原料管9壁厚设计值所需的推顶功率开启推顶装置3，以原料管9壁厚设计值所需的拉拔功率开启拉拔装置2，推顶装置3从原料管9送进端推顶原料管9，拉拔装置2从原料管9输出端拉拔原料管9，原料管9沿着扩径顶头6轴向运动，经过局部加热处理后的原料管9变形区和扩径顶头6的变径段602产生挤压，在扩径顶头6施加给原料管9变形区周向拉应力、径向压应力的作用下，原料管9变形区产生扩径变形，最终将原料管9扩径成变径段602最大外圆周对应的管径，在扩径顶头6施加给原料管9变形区轴向拉应力的作用下，原料管9变形区大幅改变原料管9壁厚，最终将原料管9壁厚减小到推顶装置3的输出功率和拉拔装置2的输出功率对应的壁厚设计值；扩径后的管体在定径段603进行均整、较直定径处理，确保扩径变壁厚后的大口径无缝钢管具有良好的产品质量。推顶装置3和拉拔装置2连续推动未变形的原料管9管体向扩径顶头6变形段及定径段603运动，直到整根原料管9完成扩径和定径，也即将整个原料管9扩径变壁厚成达到设计值的大口径无缝钢管成品管。在实现原料管9扩径变壁厚过程中，加热装置7对位于导向段601外周的原料管9预变形区进行加热处理，以提高原料管9预变形区的塑性变形能力，对处于变径段602外周的原料管9正变形区进行均热处理，以提高原料管9正变形区的塑性变形的均匀性。

[0049] 相较于单向施加钢管变形应力的拉拔扩径生产方法和推顶扩径生产方法，本步骤所采用的通过推顶装置和拉拔装置对原料管进行整体扩径的方法，用于原料管9扩径的周向拉应力、径向压应力通过原料管9送进端的推顶装置3和原料管9输出端的拉拔装置2双向累加提供，从而使扩径的周向拉应力、径向压应力在分布上更均匀，在供给上更稳定可靠。用于原料管9变壁厚的轴向应力，其属性既可以是轴向压应力，也可以是轴向拉应力，轴向应力的大小可以通过调整推顶装置3输出功率和拉拔装置2输出功率相对值来进行精确控制，从而在原料管9扩径同时，实现原料管9壁厚的大幅改变，最后得到的大口径无缝钢管成品管的壁厚可得到精确控制。

[0050] 以上是本发明的基础实施方式。从上述实施过程可以看出：

[0051] 将原料管9套装在扩径顶头6上并将扩径顶头6及原料管9单向固定在机架1上，用推顶装置推顶原料管对原料管输出端进行预扩径的方法，具有采用同一台扩管机实现原料管9的拉拔固定端加工成型技术作用，预扩径后的原料管9输出端可以直接固定连接在钢管输出端固定板5，进行原料管9双向驱动整体扩径。

[0052] 相较于拉拔扩径生产方法采用专门设备为原料管9预制喇叭口，本发明采用同一台扩管机就能实现拉拔固定端加工成型，且将预扩径后的原料管9输出端直接固定连接在钢管输出端固定板5，就可在推顶装置3和拉拔装置2从两端双向驱动下，进行原料管9整体扩径，工艺流程得到极大优选，既提高工艺生产效率，又降低工艺损耗，从而大幅降低钢管扩径成本。

[0053] 将套装在扩径顶头6上的原料管9双向固定在机架1上，通过推顶装置和拉拔装置对原料管进行整体扩径的方法，具有通过推顶装置3从原料管9送进端及通过拉拔装置2从原料管9输出端双向提供用于原料管9变形的外部力的技术作用，该外部力相较于现有的拉拔扩径生产方法和推顶扩径生产方法产生的单向外部力，其所产生的用于原料管9扩径的周向拉应力、径向压应力在分布上更均匀，在供给上更稳定可靠，也即能取得更好的扩径效果；还具有通过调整推顶装置3输出功率和拉拔装置2输出功率的相对大小，来实现用于原料管9变壁厚的轴向应力大小的精确控制的技术作用，也即扩径得到的大口径无缝钢管的管体壁厚能精确控制。

[0054] 从整体上看，本发明的各步骤在技术上相互关联，在使用上相互配合。从而使本发明在不需采用专用设备预制喇叭口的情况下，就能以较高的生产效率对长度较长的原料管9进行尺寸精确控制的扩径变壁厚作业，产出的大口径无缝钢管成品管具有优良的力学性能和几何精度尺寸。由于钢管扩径变壁厚的管径和和壁厚可控，也就相应降低对原料管9管壁厚度的要求，从而降低了工艺难度，有效降低大口径成品钢管的生产成本。本发明消除现有的推顶扩径生产方法无法生产长度较长的大口径无缝钢管的技术问题，消除现有的拉拔扩径生产方法生产的大口径无缝钢管管壁厚度不可控，且力学性能和外观质量差的技术问题。

[0055] 扩管机经多次使用后，扩径后的大口径无缝钢管设计值对应的推顶装置3的输出功率和拉拔装置2的输出功率产出的大口径无缝钢管的壁厚尺寸和原设计值存在偏差，因此需要根据实际产出的大口径无缝钢管的壁厚尺寸，及时调整推顶装置3的输出功率和拉拔装置2的输出功率，以便生产出符合实际需要的管壁厚度的大口径无缝钢管。

[0056] 为了及时调整推顶装置3的输出功率和拉拔装置2的输出功率，本发明在基础实施方式的基础上作进一步改进，本发明的第一优选实施方式为，在扩径顶头6定径段603外周设置钢管壁厚检测装置8，在通过推顶装置和拉拔装置对原料管进行整体扩径时，采用钢管壁厚检测装置8测量扩径后管体壁厚，将实测壁厚和壁厚设计值进行比较，当实测壁厚超过壁厚设计值控制范围，则调整推顶装置3的输出功率或者调整拉拔装置2的输出功率，直到实测壁厚落入壁厚设计值控制范围。具体为，当实测壁厚大于壁厚设计值控制范围，则在拉拔装置2输出功率不变的情况下将推顶装置3的输出功率减小，或者在推顶装置3输出功率不变的情况下将拉拔装置2的输出功率增大，直到实测壁厚落入壁厚设计值控制范围；当实测壁厚小于壁厚设计值控制范围，则在拉拔装置2输出功率不变的情况下将推顶装置3的输出功率增大，或者在推顶装置3输出功率不变的情况下将拉拔装置2的输出功率减小，直到实测壁厚落入壁厚设计值控制范围。

[0057] 上述将实测壁厚和壁厚设计值进行比较，可以采用人工查表比较，也可以采用人工计算比较，还可以采用机器计算比较。

[0058] 本第一优选实施方式通过实时测量扩径后的管体壁厚，将实测壁厚和壁厚设计值进行比较，以此调整推顶装置3的输出功率和拉拔装置2的输出功率，针对性更强，有效性更好，有利于进一步提高本发明的生产变厚度变直径钢管的方法生产大口径无缝钢管的产品质量和良品率，降低原料管9损耗，降低生产成本，提高生产效率。

[0059] 为了减少实测壁厚和壁厚设计值比较时间，及时、有效处理扩径后的大口径无缝钢管的壁厚异常，本发明在第一优选实施方式的基础上作进一步改进，本发明的第二优选实施方式为，给扩管机增加用于控制推顶装置3和拉拔装置2输出功率的进给力控制系统，将钢管壁厚检测装置8的数据信号输出端电连接进给力控制系统的数据信号输入端，将进给力控制系统的控制信号输出端分别电连接推顶装置3和拉拔装置2的控制信号输入端；在通过推顶装置和拉拔装置对原料管进行整体扩径时，钢管壁厚检测装置8将测量到的扩径后管体壁厚传递给进给力控制系统，进给力控制系统将实测壁厚和壁厚设计值进行比较，当实测壁厚超过壁厚设计值控制范围，进给力控制系统相应调整推顶装置3的输出功率或者拉拔装置2的输出功率，直到实测壁厚落入壁厚设计值控制范围。

[0060] 本第二优选实施方式通过实时测量扩径后的管体壁厚，并自适应调整推顶装置3的输出功率或者拉拔装置2的输出功率，以使扩径后的管体壁厚落入壁厚设计值控制范围，从而实现对推顶装置3输出功率和拉拔装置2输出功率的及时、有效地精确控制，进而实现对扩径后管体壁厚的精确控制，从而进一步优化大口径无缝钢管生产工艺，提高生产出的大口径无缝钢管的良品率，有效降低产品成本。

[0061] 以上是本发明的生产变厚度变直径钢管的方法的实施过程。从上述实施过程可以看出，在将钢管扩径成大口径无缝钢管时，本发明实现既大幅改变钢管壁厚又对扩径后的钢管壁厚精确控制，生产出的大口径无缝钢管具有良好的力学性能和较佳的外观质量。本发明消除现有的推顶扩径生产方法无法生产长度较长的大口径无缝钢管的技术问题，消除现有的拉拔扩径生产方法生产的大口径无缝钢管管壁厚度不可控，且力学性能和外观质量差的技术问题。