螺旋埋弧焊接不銹鋼管主要采用一步法和兩步法(預精焊)工藝生產(chǎn)。


  螺旋埋弧焊接不銹鋼管一步法生產(chǎn)工藝是采用鋼卷經(jīng)過拆卷、矯平、對焊、銑邊后進入成型機成型,在大橋上先后完成內(nèi)、外埋弧焊接,定長切斷成單根鋼管。再進入后續(xù)的檢測和精整工序。即鋼管的成型和焊接在成型的大橋上一次完成。一步法生產(chǎn)螺旋埋弧焊管成型、焊接工序一次完成,設(shè)備相對比較簡單、投資少,鋼管規(guī)格適應性較強,經(jīng)過了多年特別是近20年的改進與完善,通過帶鋼邊沿精確控制、重型銑邊機的應用以及高剛性成型器的開發(fā)等技術(shù)改進,以及鋼卷生產(chǎn)質(zhì)量的提高。一步法生產(chǎn)的螺旋埋弧焊管在尺寸精度和焊縫質(zhì)量等方面均達到很高的水平,完全可以滿足高鋼級(X80以上)油氣輸送管道用不銹鋼管需求。


  在螺旋焊接不銹鋼管兩步法(預精焊)生產(chǎn)工藝,將成型過程與埋弧焊接過程分開獨立進行。第一步:熱軋鋼帶經(jīng)成型機制成管型后,用CO2氣體保護焊在鋼管內(nèi)壁進行連續(xù)的預焊。形成預焊的鋼管管坯。第二步:在精焊工作站上進行內(nèi)、外埋弧焊接,生產(chǎn)出成品鋼管。既通過成型預焊和精焊兩步工序完成鋼管的制造工序。預精焊工藝生產(chǎn)螺旋埋弧焊管,由于成型預焊和精焊分兩步進行,在預焊、精焊設(shè)備配置合理的情況下,單臺成型機組的生產(chǎn)效率遠高于一步法。而且,采用預精焊工藝生產(chǎn)過程中可以避免調(diào)整管型導致內(nèi)焊縫受力可能產(chǎn)生的裂紋。但設(shè)備比較復雜,對于精焊和高速預焊設(shè)備要求的控制精度都比較高,投資也較一步法高。


  我國的螺旋埋弧焊管發(fā)展要比直縫埋弧焊管早很多。而且,管道建設(shè)需求有力地推動了技術(shù)進步和能力提升,焊接不銹鋼管裝備制造企業(yè)也為國家重點工程提供了強大的支撐。我國螺旋埋弧焊管的發(fā)展可以分為三個階段:


  第一階段從1958-1970年,螺旋焊管早在19世紀80年代就已經(jīng)出現(xiàn),直到1958年研究出內(nèi)外雙面焊接工藝技術(shù)后,螺旋焊接不銹鋼管在世界范圍內(nèi)才得到發(fā)展。我國螺旋縫埋弧焊管起步于1958年,從蘇聯(lián)引進一套ф650mm螺旋縫埋弧焊管機組,1959年投產(chǎn),僅能生產(chǎn)單面焊螺旋焊管,設(shè)計年產(chǎn)能4萬~7萬噸。到1965年才首次實現(xiàn)雙面焊接,1966年為四川天然氣輸送干線生產(chǎn)了我國第一批φ630mm和φ529mm螺旋縫雙面埋弧焊管。國內(nèi)螺旋焊管在80年代之前,一直采用的都是蘇聯(lián)發(fā)明的活套坑式儲料方式,實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。1970年,大連起重機廠在沙市鋼管廠首先應用飛焊車技術(shù),螺旋埋弧焊管的制造技術(shù)和質(zhì)量水平有了明顯提高。


  第二階段從1970-2000年,隨著石油工業(yè)的發(fā)展和管道建設(shè)的需求,從80年代開始我國陸續(xù)建成了幾個焊管企業(yè),形成了以寶雞石油鋼管廠、華北石油鋼管廠、遼陽石油鋼管廠、勝利石油鋼管廠、資陽


 石油鋼管廠和沙市石油鋼管廠為主的制管企業(yè),這些企業(yè)提供了當時幾乎包括陜京一線在內(nèi)幾乎國內(nèi)所有的油氣輸送管線用螺旋鋼管。20世紀90年代后期隨著改革開放的深入,經(jīng)濟高速發(fā)展對于鋼管的需求量越來越大,民營鋼管企業(yè)也得到了快速發(fā)展,北方以大邱莊、滄州為代表,南方以金洲、玉龍等為代表的企業(yè)建設(shè)了多條螺旋埋弧焊管生產(chǎn)線,使我國的螺旋埋弧焊管生產(chǎn)線達到100條左右的規(guī)模。在長輸管道和城市管網(wǎng)以及樁管等各個領(lǐng)域廣泛使用,基本滿足了國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展的需求。


  第三階段從2000年至今。隨著管道建設(shè)要求的不斷提高,特別是西氣東輸一線和西氣東輸二線管道建設(shè),螺旋埋弧焊管的鋼級也逐步從X60升級到X70、X80,壁厚也從12mm達到了22mm(X80鋼級)。因此,對于螺旋焊管機組要求越來越高,也推動了螺旋焊管工藝裝備高速發(fā)展。


  在國家經(jīng)貿(mào)委的領(lǐng)導和中國石油天然氣集團公司的組織下,承擔西氣東輸工程制管任務(wù)的螺旋鋼管廠都進行了大規(guī)模的技術(shù)改造。通過新建和技術(shù)改造,大大提高了高標準螺旋焊管的制造能力和產(chǎn)能。西氣東輸大口徑螺旋焊管機組具有以下主要性能和特點:


  制管機組從拆卷、矯平和鋼板對焊最大通過鋼帶寬度達到2m,厚度達到20mm,后續(xù)改造達到25.4mm(X80鋼級22mm);全部配備了重型銑邊機(多數(shù)機組是雙銑邊機),可以對鋼帶邊緣進行焊接坡口銑削加工,并可在很大程度上減少月牙彎的影響,滿足厚壁鋼管成型、焊接要求;成型器的成型能力十分強大,可以滿足X80鋼級ф1420mmx22mm大口徑高強度螺旋焊管精確成型的要求;改進了內(nèi)外雙絲埋弧焊接設(shè)備,可以焊接厚度達25.4mm的鋼管;配置了管端擴徑和焊縫自動打磨設(shè)備,以提高鋼管管端的尺寸精度;配置了鋼板或管體分層超聲波自動探傷、水壓試驗后焊縫超聲波探傷和X射線工業(yè)電視探傷和管端拍片檢驗設(shè)備,全面滿足了無損檢測工藝配置要求;配置了強大的精整設(shè)備和2000t水壓試驗機,適應大口徑高強度鋼管加工檢驗要求;建立了計算機化的質(zhì)量信息系統(tǒng);建設(shè)了鋼管外防腐和內(nèi)涂層作業(yè)線。通過這些技術(shù)裝備的不斷改進,使我國螺旋焊管的技術(shù)水平大大提高,也大大推動了螺旋焊管在油氣長輸管道的應用,西氣東輸一線、二線、陜京二線、三線以及后續(xù)的中俄東線等大口徑天然氣輸送管道螺旋焊管應用比例超過了50%。


  在螺旋焊管高速發(fā)展階段,我國螺旋焊管的裝備制造能力也得到了高速發(fā)展,設(shè)計研究和制造螺旋焊管的企業(yè)主要有西安重型機械研究所、太礦設(shè)計院、太重、西北機器、沈陽東基等設(shè)計制造企業(yè)。最具代表性的裝備有:


(1)厚壁鋼管高精度成型器:在生產(chǎn)實踐中技術(shù)人員經(jīng)過反復實驗總結(jié)發(fā)現(xiàn),只要螺旋焊管成型器剛性好、控制精度高,成型后的管體也可以達到非常好的精度。在渤海裝備華油鋼管公司(原華北石油鋼管廠)與太重合作于2001年開發(fā)出了首臺新型成型器,該成型器不僅剛性好、精度高,而且改進了二號輥的壓下和調(diào)整方式,成型小輥也采用了軸承輥,同時,進行了首次φ1016mmx14.7mmX70螺旋焊管的試制,實現(xiàn)了鋼管的精確成型,成型后的鋼管殘余應力控制良好,實驗鋼管所取的環(huán)切試樣開口均為負彈復。在此基礎(chǔ)上開發(fā)了新的西氣東輸螺旋焊管生產(chǎn)線使用的成型器。該成型器對X70鋼級板材的成型能力為ф1650mmx20mm,經(jīng)后續(xù)改造其成型能力X80鋼級φ1422mm鋼管壁厚達到22mm,螺旋焊管的制造能力有了質(zhì)的飛越。


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(2)螺旋鋼管管端整圓機:采用管端擴徑工藝提高螺旋焊管尺寸精度,國內(nèi)沒有先例。管端擴徑只在管端進行,不能采用太大的擴徑率,還要在擴徑區(qū)與未擴徑區(qū)之間設(shè)置過渡區(qū)。選擇合理的擴徑參數(shù)是成功的關(guān)鍵。原華北石油鋼管廠和天水鍛壓合作于2000年研制出第一臺管端擴徑機。利用首臺樣機研究了鋼管在不同擴徑量時的變形規(guī)律。在西氣東輸所有螺旋鋼管生產(chǎn)廠家推廣。高精度成型和管端擴徑技術(shù)的結(jié)合,使鋼管的外徑控制達到了前所未有的水平。管端直徑公差減少到2mm以內(nèi),圓度也有明顯改善。為現(xiàn)場施工對焊創(chuàng)造了良好條件。


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(3)大噸位端面密封水壓試驗機:早期的水壓試驗機基本采用端面密封,采用麻辮作為密封材料容易泄漏,而且需要經(jīng)常更換。后期有采用徑向膠圈密封技術(shù),但膠圈也需要經(jīng)常更換,更換也非常困難。華北石油鋼管廠在鋼管水壓試驗機上首次使用了端面膠圈密封,并采用電液比例控制替代原有的機械式端面水壓、油壓平衡裝置,大大提升了端面密封膠圈的使用壽命(一對密封膠圈可試壓超過100根鋼管),降低了鋼管水壓過程中造成的壓彎?,F(xiàn)在國內(nèi)生產(chǎn)的水壓試驗機幾乎都采用了新型的電液比例控制技術(shù),控制精度非常高。螺旋焊管生產(chǎn)線配置的水壓試驗機達到甚至超過2000t。


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(4)螺旋焊接不銹鋼管管端尺寸綜合檢測設(shè)備:隨著管道建設(shè)現(xiàn)場對焊施工的技術(shù)進步,越來越多地采用全自動化焊接和檢測,對于鋼管管端尺寸精度要求越來越高。多個鋼管生產(chǎn)廠家都采用了管端尺寸綜合檢測設(shè)備,該設(shè)備由高精度激光測距傳感器、激光視覺傳感器、精密機械執(zhí)行機構(gòu)等組成,通過激光視覺圖像處理、數(shù)據(jù)空間擬合、鋼管宏觀尺寸模型分析,自動測量鋼管管端上下坡口角度與長度、鈍邊高度、周長、不圓度、長短軸位置等。通過大口徑鋼管宏觀尺寸不依賴于人的全自動測量,避免了由操作技巧、讀數(shù)等帶來的測量人工誤差,提高了大口徑鋼管管端宏觀尺寸測量精度、數(shù)據(jù)可靠性、客觀性。可實現(xiàn)多維度分析,為基于大數(shù)據(jù)分析的產(chǎn)品質(zhì)量管控、工藝改進提供數(shù)據(jù)支撐。同時為現(xiàn)場對焊提供了數(shù)據(jù)支持。


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(5)X射線數(shù)字檢測設(shè)備:90年代的X射線焊縫在線檢測采用圖像增強器、模擬攝像機。目前領(lǐng)先的焊管制造企業(yè)已經(jīng)大量采用平板DR數(shù)字成像技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)X射線工業(yè)電視系統(tǒng)與X射線拍片。相比于基于影像增強器的X射線工業(yè)電視系統(tǒng),DR技術(shù)在檢測靈敏度、檢測效率、輻射劑量等方面更具優(yōu)勢。DR檢測靜態(tài)靈敏度可達到1.2%,遠超過API5L及GB/T9711等標準規(guī)定的拍片或圖像增強器2%靈敏度要求,DR檢測動態(tài)靈敏度可達到2%,遠超過API 5L及GB/T 9711等標準規(guī)定圖像增強器的4%靈敏度要求。DR數(shù)字成像也推動了X射線自動評片系統(tǒng)的研制。


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(6)信息系統(tǒng)的應用:隨著信息技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,螺旋焊管機組信息化也得到了迅速發(fā)展,華油鋼管公司和清華大學信息中心從2003年開始合作研發(fā)焊管生產(chǎn)信息管理系統(tǒng),經(jīng)過了16年的研發(fā)和不斷改進,形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的焊管生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)(MES),該系統(tǒng)擁有強大的軟件整體架構(gòu)能力,功能邏輯清晰,模塊化開發(fā)設(shè)計,數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一分層管理,形成了一套從卷板、銷售、生產(chǎn)、理化試驗、質(zhì)量分析、發(fā)貨管理、多種文字質(zhì)證書、碼單、生產(chǎn)檢驗中英文報告實時導出的全生命周期一體化、信息化管理的完整體系,經(jīng)過多年運行系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,為精益生產(chǎn)、精益管理、智能制造提供大數(shù)據(jù)支撐。


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  鑒于我國的工業(yè)基礎(chǔ),螺旋埋弧焊管的一步法完全基于國內(nèi)設(shè)備,得以率先發(fā)展,低應力成型和殘余應力控制、管端擴徑和無損檢測等技術(shù)、高韌性焊絲焊劑的應用,使我國螺旋焊管的質(zhì)量大大提高,鋼級從低到高(X90),壁厚從薄到厚(22mm),管徑從小到大(3040mm)。但由于螺旋焊管對焊縫要求越來越高,兩步法獲得高速發(fā)展,雖然目前與國外相比較,還需改進,但總體上,螺旋埋弧焊管裝備基于中國自己的力量。如今,我國已有多套螺旋焊接不銹鋼管機組已經(jīng)具有X80鋼級ф1422mmx22mm的生產(chǎn)能力,其中相當一部分可采用預精焊工藝生產(chǎn)。多條生產(chǎn)線進行了信息化改造,建立起電子化的質(zhì)量信息系統(tǒng),提高了質(zhì)量保證能力。螺旋焊管已經(jīng)批量供應了X80鋼級ф1422mmx21.4mm高鋼級管線鋼管,并已經(jīng)進行了X100、X120鋼管試制。在其他的行業(yè)中螺旋焊管以其特有的優(yōu)勢也得到了廣泛應用,番禺珠江鋼管生產(chǎn)出了長達130m的樁基用管。在城市建設(shè)中大口徑的輸水管道的直徑也超過了3m。經(jīng)過了多年的發(fā)展特別是近20年的飛速發(fā)展我國的螺旋焊接不銹鋼管不僅滿足了國民經(jīng)濟發(fā)展的需求,還大量出口到世界各地。