油套管管端车丝常见问题与对策

彭建军，周雅娣，童楠楠，王 巍，何彦辉，任 勇，吴鹏飞，李洪臣

（1.中国石油宝鸡石油钢管有限责任公司，陕西 宝鸡 721008；2.陕西重型汽车有限公司，西安 710200）

油套管管端螺纹的加工质量不仅与螺纹车丝工艺相关，也与管端螺纹材质、类型等有直接的关系。同时，车削过程中铁屑的形成状态及断屑能力的不同，会导致车削过程中存在缠绕现象，尤其在管端螺纹扒皮、车丝、圆弧、倒角、密封面的处理细节中，会存在大量长条或细小的铁屑，均会影响管端螺纹质量，导致加工效率低下。本研究分析了P110钢级Φ139.7 mm×9.17 mm规格BJC-II特殊螺纹加工工艺、断屑及铁屑的处理方式，并结合实际生产中遇到的问题，提出了相应的解决措施，以期为提升管端螺纹加工效率和产品质量提供参考。

1 管端螺纹车丝机加工工艺

1.1 管端螺纹加工

以P110钢级Φ139.7 mm×9.17 mm规格BJC-II特殊螺纹的加工为例，管端车丝机在螺纹加工时，因毛坯管端面存在一定的切斜，需首先进行管端车削，以达到定位基准的要求。管端的扒皮（或扒光）及车丝采用跟进式加工方法，即一前一后两把刀同时加工，管端扒皮按照螺纹的锥度方向进行初加工，上通道为精车扒皮刀，下通道为粗车扒皮刀，二者同步车削，减少一次车削量过大的问题；车丝采用跟进式加工，能减少螺纹车削整体加工时间，也能避免因管端车丝扒皮（或扒光）后螺纹加工余量过大导致的打刀或竖纹情况。图1为管端螺纹车丝机加工刀具安装示意图。

图1 管端车丝加工刀具安装示意图

端面的车削在扒皮远离端面后开始，端面的车削量一般保持在2～3 mm，根据管端情况可缩减至1～2 mm。因端面的车削量较少，时间较短，可利用扒皮（或扒光）加工过程的时间实现端面的车削，以提升整体的加工效率。在螺纹加工完成后，开始进行圆弧、密封面及去毛刺的加工处理。

1.2 管端螺纹加工后处理

在管端螺纹加工过程中，螺纹首扣、消失扣、不完整螺纹部分均会产生一定的毛刺。去除螺纹首扣毛刺一般采用刮除或铲扣等机械加工的方法；对于消失扣、不完整螺纹部分一般采用打磨方式进行毛刺及黑皮扣的清除。

2 管端螺纹加工常见问题及处理

2.1 端面刀杆损坏

在管端螺纹加工过程中，管坯端面不平整或存在积削瘤，都会造成端面刀磨损或打刀，若发现不及时会损坏端面刀杆并加速内支撑胀圈磨损。因此，上料时需要对管端有明显缺陷的毛坯管进行离线处理或做明显标记，以便于管端车丝人员辨识。若无法实现离线处理作业可在管端车丝机前翻料台架安装摄像头，以便岗位人员及时发现，避免不必要的故障停机。

将端面刀杆易磨损和易损坏的刀夹部分设计为分体镶嵌式，结构如图2所示。分体刀杆可有效提升整体刀杆的使用寿命，降低故障处理时间，也便于不同刀片的整合安装，以实现不同的车削方案。

图2 分体式刀杆结构示意图

2.2 胀圈磨损及损坏

在加工过程中，管端进入设备内部定位后，内支撑伸入管端内部，依靠胀圈对管内进行封堵，杜绝管内残留过多切削液。当管端存在端面不平、内翻边、毛刺及氧化皮过多等现象时，胀圈易造成过度磨损及损坏。对管端端面存在明显缺陷或缺欠的管子进行离线处理或做标记，是避免胀圈非正常损坏的最直接方法。胀圈的材料及硬度的合理选择，有利于避免及降低胀圈的磨损。另外，对胀圈入口外形角度进行改造（如图3 所示），可有效降低胀圈的非正常消耗及损坏。

图3 胀圈改型前后对比

2.3 加工效率不匹配

以P110 钢级Φ139.7 mm×9.17 mm 规格LC 螺纹加工为例，目前管加工生产线的加工速度保持在36～40 s/根，各工序的加工切削时间见表1。提效方案主要依靠优化程序、调整主轴启停时间及夹送机构的运行速度来实现。

表1 单根螺纹加工各工序加工切削时间

优化程序是通过减少加工程序中的空刀步骤，缩短走刀行程；优化主轴启停时间是通过对主轴速度环进行优化，将主轴启停控制在最佳时间；优化辅机台架进给速度是通过调整夹送辊的参数来实现钢管快速对齐，钢管在设备自动运行模式下的速度控制过程可分为加速、恒速、减速、缓冲、对齐，一般通过调节加减速、进管速度以及进管距离3个参数来实现设备稳定高效运行。夹送机构调整一般通过增大夹送辊尺寸、提升夹送辊硬度来提高夹送过程的稳定性。

2.4 常见加工缺陷的处理

2.4.1 黑皮扣的检查处理

当外螺纹黑皮扣较多时，首先对辅机台架压辊、托辊、标高进行检查；其次检查外定心弹簧是否正常，确保外定心伸出时，外定心臂杆全部进入臂杆套筒内，外定心辊轮是否正常压紧钢管表面；再观察卡爪夹紧时管头是否有下落现象（可进行外定心延时调整）。内支撑头摆动亦会导致管端偏心，继而出现黑皮扣，这种情况可对内支撑进行更换或对内支撑精度进行检查，同时检查内支撑胀圈胀开时，是否撑起管端内壁，管端与内支撑旋转是否同步，有无相对运动；来料管端外径偏小、管端直度超差、椭圆度超差等原因造成的黑皮扣可通过修改锥度等工艺参数进行调整，但通常无法完全消除。

2.4.2 颤纹的检查处理

当颤纹出现时，首先检查前后卡爪是否虚夹，当卡爪牙钉磨损严重时，应及时更换，确保卡爪夹持稳定；钢管在辅机台架上跳动严重，则对台架托辊、压辊进行检查，对辅机标高进行检查；螺纹刀吃刀量过大也是颤纹产生的常见因素，可通过减少精车刀具吃刀量进行调试解决；因刀杆、刀具松动，丝杠、皮带等传动链上存在较大间隙，导致加工工艺刚性不足的情况，可打表检查传动误差并通过调整消隙机构来解决；针对来料管端弯曲、椭圆度超差、局部存在内应力的情况，可通过增加车削次数减小车削余量来消除颤纹。

2.4.3 “白脖子”的检查处理

“白脖子”通常是因半成品加厚端椭圆度超差或加厚外径过大造成，在加厚油管的车丝过程中，使用集成式刀杆完成外螺纹加工后，螺纹刀沿锥线退刀时，扒皮刀仍会对加厚端外径超差的部分进行车削，从而出现“白脖子”现象，一般可通过垫高螺纹刀具、增大扒皮刀与梳刀的相对位置来解决，或通过严控加厚工艺来解决。

2.4.4 毛刺及倒角的处理

加工过程外倒角毛刺较多，外倒角光洁度较差，除通过加工参数设置与刀补值修正等常规解决方法外，可通过改进毛刺刀具的刀刃强度、涂层及断屑槽型来提升外倒角的加工质量，降低螺纹检验岗位打磨频次。

3 断屑常见问题处理

在螺纹车削加工时，因管坯规格不同，材质、硬度、韧性等存在差异，同种加工切削规范下产生的铁屑形状也存在一定的差异，铁屑多为团状、带状。在生产过程中，因加工过程断屑效果较差，不可避免地造成人工钩拉铁屑频次增多，影响生产效率。SEW 管坯经过热处理后，铁屑韧性高，易缠绕，出屑口易堆积，铁屑通过排屑机排链时容易回卷于排链底部，造成卡滞。

3.1 提升加工过程的断屑效果

在常规API油套管加工时，主要通过在易缠铁屑的工序增大切削余量分配、增大进给量、降低主轴转速的方式使铁屑不易卷曲。针对SEW套管材质韧性高、不规则缠绕的问题，可通过加高断屑器尺寸或在断屑器上增加卷屑槽来解决缠屑、打刀问题。在特殊扣加工中，根据刀台机构可在刀塔旁加装万向喷头对缠绕在产品上的铁屑进行二次高压吹扫。

3.2 避免排屑机出口铁屑回卷

铁屑在排屑机出屑口易缠绕及堆积，造成了铁屑回卷现象的发生，回卷后会造成排屑机卡滞，需要排屑机反向旋转将铁屑团吐出，以防排屑机链板损坏。除岗位人员定期对排屑机出口铁屑进行清理外，也可在排屑机出口增加铁屑防回卷装置，即在排屑机下端安装插齿装置将铁屑铲掉，或在链板出口中上端部位安装刮板对铁屑进行刮除，铁屑防回卷装置如图4所示。

图4 铁屑防回卷装置

3.3 对排屑机出口铁屑粉碎

管体车丝机每8 h 可产生约900 kg 铁屑，团状铁屑空间占比大，每班需要更换一次铁屑斗，给现场铁屑的存储、吊运等带来不便，也造成了人力、物力的浪费。通过在排屑机出口安装铁屑粉碎机，可有效改善存储、吊运方面的压力，提升设备的运转效率。同时，粉碎后的铁屑回收价格每吨提升至少100 元，单次拉运量可增加2～6 倍，运输费用大幅降低。另外，铁屑粉碎可使堆放区存储空间充分利用，地面油污减少，环境得到改善。

4 结 论

（1）管端螺纹车丝加工程序设计时，通过优化走刀路径、合理利用通道，能够提升产品加工效率。

（2）合理选择断屑方式，提升设备的整体断屑效果，增加铁屑防回卷装置，减少人员勾拉铁屑等造成的不必要设备停机，能够有效提升设备的整体生产效率。

（3）排屑机增加铁屑粉碎机，可有效地改善存储、吊运、运输方面的压力，提升设备的运转效率，提升副产品的回收价格及倒运成本。