直缝埋弧焊管是长距离输送石油、天然气的主要管线产品,钢管由厚钢板压制成形。扩径是直缝埋弧焊管生产过程的一个重要环节,一方面对焊管进行整形,提高焊管的直线度和圆度;另一方面是为了两根焊管连接的需要。因此,研究直缝埋弧焊管的扩径技术具有重要的意义。本文以X52直缝埋弧焊管为研究对象,开展对大直径厚壁埋弧焊管端口扩径过程的研究,首先结合静力平衡原理和主应力法,分析和推导了钢管端口扩径力的计算公式,这为选择设备提供了一定的依据;详细分析了管端机械扩径的变形过程,总结了机械扩径成形条件;通过对整圆、扩径阶段的分析,给出了卸载回弹变形量计算公式;采用有限元软件MSC.Marc对埋弧焊管端口扩径过程分别进行了二维和三维模拟,得到了变形过程中的应力、应变以及制品壁厚及径向尺寸的分布规律。研究表明,用多个扇形模具块对焊管端口进行机械扩径时,椭圆管坯的塑性变形具有显著的局部特性,且主要集中于悬空段。制品的断面轮廓和壁厚呈现不均匀的分布状态。在管坯横截面上,与模具边缘角相接触区域以及悬空区域的管坯,在扩径过程中,壁厚减薄较大,并存在凹陷现象,且随着扩径率的增大,有被拉直的趋势。而与模具工作表面相接触的管坯,其变形则较为均匀,材料壁厚减薄较小,达到扩径整形的目的。在纵截面上,根据变形区形态,可沿轴向将变形区分为端口变形区、过渡变形区和未变形区。未变形区的存在使得端口变形区在轴向受到拉应力限制作用,端口变形区的长度会小于模具扩径长度,因而在管线钢管的管端机械扩径时,必需保证最小扩径长度。本例的最小扩径长度为60 mm。管材端口通过机械扩径以后,内壁尺寸整体上都能达到对接要求,但由于悬空段管材的凹陷,端口局部区域的内径会减小,对接时会受到一定影响,产生错边,因此建议采用二次扩径整形的办法来解决。