深海管线管是海上油气开发与运输所必备的关键技术装备,由于长期经受海潮、海浪冲击、海底地质沉降、管外高压以及海水腐蚀等海洋特殊环境的影响,因此对深海管线管性能要求极高。深海管线管是采用步进式冲压成型,双面埋弧焊接等工序对板材加工而成,这不仅使深海管线管在成型过程中易形成包辛格效应,降低材料的屈服强度,而且还使深海管线管的圆度、直线度受到严重影响。为此,需要利用机械扩径机对深海管线管进行扩径处理,以降低包辛格效应,提高屈服强度和尺寸精度,同时还可以对焊接质量进行检验。目前,国内大型制管企业的机械扩径机主要依赖国外进口,为了打破国际上对机械扩径机的技术垄断与封锁,本文根据深海管线管市场需求,设计一套直径406-1422mm,壁厚6-40mm,管长9000-18400mm,最高材质X100(σs≤840MPa)的机械扩径机组,本文的主要研究内容如下:首先,根据机械扩径作业对象和机械扩径作业目的,对机械扩径机组进行总体参数设计。并根据总体参数要求对机械扩径机组构件(钢管输入、输出辊道,钢管扩径前、后冲洗装置,钢管横移车装置,扩径主机装置等)进行功能设计。其次,根据机械扩径机扩径头的工作原理及结构形式,利用有限元分析软件对深海管线管机械扩径成形过程进行数值模拟,分析机械扩径过程中钢管的应力、应变变化规律。同时,结合工程应用中扩径头的失效原因,对扩径头进行优化设计,并通过工程试验验证其优化设计的应用效果。最后,根据机械扩径过程中拉杆的受力分析,推导出扩径拉力与扩径解锁力的计算公式,并进行有效性验证。同时,结合工程应用中拉杆的失效原因,对拉杆进行优化设计,并通过拉杆缺口式样环境载荷作用下的疲劳寿命试验,对拉杆的承载能力进行验证。