机械式扩径机是由旋转托辊装置、升降锥辊道、传动拉杆套支撑辊、测长辊、夹管小车、扩径头、拉杆、拉杆套、扩径机液压缸和机架等组成。机械扩径机的作用是用扩径头一步步扩胀大口径直缝埋弧焊管，以获得标准技术要求的圆度、直度和尺寸精度。
冲洗好的管子被送到扩径机中心线上的旋转托辊装置上。使用这个旋转托辊装置，结合摄像系统，管子焊缝被精确地旋转到12点钟位置，以保证焊缝在后续扩径过程中能够进入扩径工具的上部扇形块的沟槽中。升降锥辊道将管子升到扩径机中心线，位置由升降液压缸中的位移传感器控制。夹管小车向前移动并由金属检测器控制检测管子尾端并卡牢，同时发出信号启动夹管小车送辊，位置由编码器控制，在行进过程中，设在扩径头端的金属检测器检测管子前端，从而测量出管子的位置。管子长度与扩径头相结合，以自动计算出最优的扩径步数。夹管器的钳口可以转动，以避免破坏管壁。在前进过程中，夹管器高度可调以补偿管子的直度偏差，并优化扩径机的矫直效果。
按计算出的步长夹管小车将管子第一步送入扩径头，第一步扩径前，传动拉杆套支撑辊支撑扩径头。直到第一步扩径通过法兰连接到主液压缸的悬臂式拉杆套和用法兰连接其上的扩径头，传动拉杆套支撑辊下降一个壁厚。第一步扩径完成后，管子首端被扩胀到所需要的尺寸。扩径工具的必要行程是通过扩径机液压缸驱动拉杆实现的。按照扩径工具和管子直径的关系，借助位置检测器控制完成这个行程。管子向前再进一步，下一个扩径行程开始。这样的步骤一直重复着，直到管子的进给不能再通过夹管小车执行。夹管器释放掉管子，最后的进给通过传动拉杆套支撑辊驱动，测长辊测长来完成。管子完成扩径后，传动拉杆套支撑辊再把管子送回到夹管器。夹管器夹住管子，把管子拖回到起始位置。夹管器张开，夹管小车退回到初始位置。扩完径的管子被送出，一根管子扩径结束。
