隨著能源需求的日益增長，國內外油氣管道的鋪設量迅速增加。目前我國主流油氣管線鋼以X70、X80為主，管道用鋼管以螺旋埋弧焊管為主。大口徑螺旋焊管幾何尺寸控制技術的水平直接影響鋼管的質量、管道建設進度及安全性、企業經濟效益。由于螺旋焊管在生產中工序多，變形過程復雜，使得螺旋焊管尺寸精度的提高變得困難，對螺旋焊管幾何尺寸控制的研究資料很少，所以研究螺旋焊管的工序對幾何尺寸的影響，并且在此基礎上進行螺旋鋼管幾何尺寸的控制具有重要意義。
本論文以西氣東輸二線螺旋焊管的生產為背景，主要研究了螺旋焊管的關鍵工序與幾何尺寸質量的關系。
⑴應用螺旋焊管成型三輥彎板原理，通過三輥彎板機構中的帶鋼彈性變形、塑性變形到屈服的過程分析，建立三輥彎板的力學模型圖，得到帶鋼在成型器內彈塑性彎曲變形的彎矩和曲率函數，建立了三個成型輥在空間的位置關系，得到了不同規格鋼管生產關鍵位置參數。研究表明，生產鋼級X80的φ1219×18.4mm鋼管，工作寬帶1540，1、2號輥夾角α=15°14′，2、3號輥夾角β=21°36′，1、2號輥垂直距離=224.4mm，2、3號輥垂直距離=314.5mm，滑動座端部距固定座端部距離△=56.6mm。
⑵應用螺旋焊管成型幾何關系，得到成型角與螺旋焊管直徑及螺距公差的關系，系統分析了成型過程對鋼管幾何尺寸的影響，優化后的φ1219×18.4mm成型角為α=65°54′。研究表明，加強成型輥位置及角度參數核查，尤其是1#、2#、3#號輥位置及角度，從開卷機到成型入口段各工位嚴格按遞送線位置送料，采用雙銑邊工藝加工需要的帶鋼截面形狀和精確的工作寬度，可以控制螺旋焊管管徑、成型縫間隙穩定性，減輕或消除錯邊和撅嘴現象。
⑶分析了螺旋焊管內應力的大小與材料彈性模量、半徑、厚度及開口量的關系，通過控制殘余應力來保證鋼管幾何尺寸。理論研究表明，成型時帶鋼變形不足會產生很大的殘余應力，加大三輥彎板的變形量，利用成型阻力和阻力矩可以控制彈復量，可實現低結構應力(甚至負彈復)鋼管生產，滿足鋼管幾何尺寸控制要求。
⑷分析了螺旋焊管焊接工藝參數對焊縫成形質量的影響及焊接缺陷產生的原因，通過采用不對稱X型坡口，匹配焊接材料及焊接工藝參數，實現了鋼管焊縫幾何形貌的質量控制，X80鋼級φ1219X18.4mm螺旋焊鋼管實現了1.76m/min高速焊接，焊偏量≤3.0mm，重合量≥1.5mm，焊縫寬度15～19mm，內焊縫余高0～1.8mm，外焊縫余高0～2.5mm，焊縫表面光滑，過度圓滑，無焊縫偏流，無咬邊等幾何缺陷。
⑸介紹了管端機械擴徑過程擴徑力和擴徑行程計算方法，管端機械擴徑成形特點和影響因素，研究了擴徑率與管端周長、橢圓度、焊縫性能的影響，研究表明，管端周長隨著擴徑率的增大而增大，橢圓度變好，0.5%左右的擴徑率對鋼管內在質量沒有影響，通過合理控制焊管段生產的管徑范圍，可以實現0.3%-1.0%小擴徑率條件下對大口徑螺旋焊管管端幾何尺寸的精確控制。
