随着能源需求的日益增长，国内外油气管道的铺设量迅速增加。目前我国主流油气管线钢以X70、X80为主，管道用钢管以螺旋埋弧焊管为主。大口径螺旋焊管几何尺寸控制技术的水平直接影响钢管的质量、管道建设进度及安全性、企业经济效益。由于螺旋焊管在生产中工序多，变形过程复杂，使得螺旋焊管尺寸精度的提高变得困难，对螺旋焊管几何尺寸控制的研究资料很少，所以研究螺旋焊管的工序对几何尺寸的影响，并且在此基础上进行螺旋钢管几何尺寸的控制具有重要意义。

　　本论文以西气东输二线螺旋焊管的生产为背景，主要研究了螺旋焊管的关键工序与几何尺寸质量的关系。

　　⑴应用螺旋焊管成型三辊弯板原理，通过三辊弯板机构中的带钢弹性变形、塑性变形到屈服的过程分析，建立三辊弯板的力学模型图，得到带钢在成型器内弹塑性弯曲变形的弯矩和曲率函数，建立了三个成型辊在空间的位置关系，得到了不同规格钢管生产关键位置参数。研究表明，生产钢级X80的φ1219×18.4mm钢管，工作宽带1540，1、2号辊夹角α=15°14′，2、3号辊夹角β=21°36′，1、2号辊垂直距离=224.4mm，2、3号辊垂直距离=314.5mm，滑动座端部距固定座端部距离△=56.6mm。

　　⑵应用螺旋焊管成型几何关系，得到成型角与螺旋焊管直径及螺距公差的关系，系统分析了成型过程对钢管几何尺寸的影响，优化后的φ1219×18.4mm成型角为α=65°54′。研究表明，加强成型辊位置及角度参数核查，尤其是1#、2#、3#号辊位置及角度，从开卷机到成型入口段各工位严格按递送线位置送料，采用双铣边工艺加工需要的带钢截面形状和精确的工作宽度，可以控制螺旋焊管管径、成型缝间隙稳定性，减轻或消除错边和撅嘴现象。

　　⑶分析了螺旋焊管内应力的大小与材料弹性模量、半径、厚度及开口量的关系，通过控制残余应力来保证钢管几何尺寸。理论研究表明，成型时带钢变形不足会产生很大的残余应力，加大三辊弯板的变形量，利用成型阻力和阻力矩可以控制弹复量，可实现低结构应力(甚至负弹复)钢管生产，满足钢管几何尺寸控制要求。

　　⑷分析了螺旋焊管焊接工艺参数对焊缝成形质量的影响及焊接缺陷产生的原因，通过采用不对称X型坡口，匹配焊接材料及焊接工艺参数，实现了钢管焊缝几何形貌的质量控制，X80钢级φ1219X18.4mm螺旋焊钢管实现了1.76m/min高速焊接，焊偏量≤3.0mm，重合量≥1.5mm，焊缝宽度15～19mm，内焊缝余高0～1.8mm，外焊缝余高0～2.5mm，焊缝表面光滑，过度圆滑，无焊缝偏流，无咬边等几何缺陷。

　　⑸介绍了管端机械扩径过程扩径力和扩径行程计算方法，管端机械扩径成形特点和影响因素，研究了扩径率与管端周长、椭圆度、焊缝性能的影响，研究表明，管端周长随着扩径率的增大而增大，椭圆度变好，0.5%左右的扩径率对钢管内在质量没有影响，通过合理控制焊管段生产的管径范围，可以实现0.3%-1.0%小扩径率条件下对大口径螺旋焊管管端几何尺寸的精确控制。