大口径螺旋焊管生产线的研制与应用.doc

大口径螺旋焊管生产线的研制与应用王昱 （ 中国石油天然气管道局钢管厂）摘要： 介绍了管道局钢管厂研制的大口径螺旋焊管生产线的技术特点和应用情况，精确、可靠、稳定的成型、焊接和检验技术是当代螺旋焊管生产技术的发展方向。关键词 ： 螺旋焊管 ， 成型， 焊接， 无损检测， 铣边， 扩径， 大口径1 概述近几年来，国内油气管道出现了前所未有的建设高潮，给钢铁和制管企业带来巨大的发展机遇，同时，大口径、高压力的输送技术的应用也给企业提出了新的挑战，如何适应新的市场发展要求，成为摆在国内企业面前的课题。螺旋焊管是一种传统的钢管产品，具有设备投资少；建设周期短；同一宽度的卷板可以生产不同直径钢管的特点，得到了广泛的应用。特别是在国内，已建设了上百条的生产线，为国内外管道工程供应了大量的产品，满足工程建设的要求。但在国内，满足重要管道工程建设要求的高水平生产线的数量是非常少的，尤其能生产满足西气东输工程要求的大口径（D1016mm）、高钢级（X70）、高标准(基本标准和附加技术条件)的螺旋焊管的生产线几乎是空白。中油管道局钢管厂为适应市场发展需要，参与国内外重要管道工程的建设，投资开发、研制了一条大口径螺旋焊管生产线。并于2001年8月，成功地生产出满足西气东输工程要求的钢管，实现了该项工程钢管的国产化，为国内重要油气管道建设作出了贡献。2 生产线的研究与选择21机组的形式螺旋焊管机组按其对接卷板的形式分为连续式和间断式；按其调整成型角度的方式分为前摆式和后摆式；按其成型入板形式分为上卷式和下卷式；实际应用中，往往是结合采用，如后摆连续式机组，前摆间断式机组。后摆连续式机组的特点是对接卷板不停车，机组生产效率高，但机组的布置比较长，需要较大的厂房，而前摆间断式正好相反。至于下卷式，由于需要钢管上表面定位，不易实现，具体的特点研究的也不多，国内几乎没有应用；上卷式主要特点是钢管下表面定位，结构上容易实现，控制操作方便，在国内得到广泛的应用。结合我厂厂区面积相对比较小，建设的厂房面积不应太大的情况，再考虑生产能力与市场的要求。综合确定新研制的大口径螺旋焊管生产线采用前摆、间断、上卷式，我们认为是比较符合实际的。22技术参数兼顾考虑国内钢铁企业卷板的生产能力、油气管道建设要求和生产线的投资情况，确定的技术参数：钢管直径：D508-D1420mm卷板壁厚：6-20mm卷板钢级：A-X70生产能力：15-20万吨/年质量标准：API Spec 5L；GB/T9711.1-1997GB/9711.2-199923工艺流程大口径螺旋焊管生产线的主要工艺流程见图1：图1：大口径螺旋焊管生产线工艺流程图其中的铣边、板面探伤、内外焊接自动跟踪、自动测径和管端扩径是新增的重要工序。3关键工序技术的开发31成型技术成型技术是螺旋焊管制造的两大关键技术之一，它直接影响钢管的质量水平。钢管成型的影响因素主要有：卷板位置；对接质量；成型的方式；管坯位置的控制。为此，在新建机组上设计了板位自动控制装置；并在开卷机上配备定位标尺；采用三辊式弯边机。成型器采用德国MEG公司的等高调宽型的成型技术和锥型辊技术，在成型器的出口设置扶正器，保证管坯的空间位置。上述技术的使用，保证了成型的控制要求，卷板的中心线与机组的作业中心线重合，板位准确；对接前后的两个卷板的中心在一条直线上，减少对接造成的镰刀弯；成型器结构方式合理，具有足够的强度和刚度，成型稳定；管坯输出平稳，成型质量得到了可靠的保证。图2：成型机组32板边加工技术传统的板边加工是使用圆盘简进行剪切，剪切的板边表面凹凸不平，存在毛刺，甚至台阶，严重地影响了钢管的成型质量。以往采用的刨削方法，由于板位起浮较大，获得高质量的板边也是很困难的。而完全使用铣削，刀具的寿命又制约了它的实际应用。我们采用先剪切后铣削的加工工艺，使用带有浮动装置的铣边机对圆盘剪剪切后的板边进行铣削加工，加工量很小，既提高了板边坡口的表面质量和尺寸精度，又保证了铣刀的寿命，完全能满足实际生产的需要。图3：圆盘剪和铣边机33自动焊接技术螺旋焊管的另一关键制造技术就是自动焊接。埋弧焊接是螺旋焊管生产采用的主要焊接方法，焊接熔深和内外焊偏移量是焊接过程中控制的主要参数，也是决定焊缝质量的关键。由于机组是为了适应生产大口径钢管而建设的，卷板的厚度较大，既要求一定的生产速度，又要保证焊接熔深，使用单丝焊接已不能满足需要。为此，我们研制开发了外二丝、内三丝的埋弧焊接装置和工艺，用于新建的生产线中。同时，把我厂已成功应用的内外焊接自动跟踪技术装配在新的生产线上，进行内外焊接的偏移量的自动控制，保证焊缝的制造质量。34管端加工技术管端质量决定了钢管现场对接的效率，控制不好将给施工队伍带来很大的麻烦，管端质量内容主要包括坡口尺寸、直径、椭圆度和焊缝修磨情况，坡口尺寸是由管端倒棱机的精度决定的；直径、椭圆度的大小来自成型过程，精确地进行控制单靠成型是做不到的；而管端焊缝的修磨是由操作者的技能和责任心决定的。早期管端倒棱机的夹紧和进给装置存在夹紧定位误差大，进刀量忽大忽小的问题，导致钢管中心与设备中心偏移，刀具进给串动，严重地影响了坡口的尺寸精度，因此，对新上的管端倒棱机进行改造，变左右夹紧为上下夹紧，优选刀具进给的液压控制回路和元件。同时，与兄弟厂家合作研制管端扩径机和管端焊缝自动修磨机，装配在新的生产线上，管端扩径机和焊缝自动修磨机的应用，可以把管端的直径、椭圆度的公差控制在非常小的范围内，焊缝的修磨质量也得到极大的提高。 图4：管端扩径机35钢管的检验和试验技术产品质量是制造出来的，但是，检验和试验是保证产品质量的重要手段，螺旋焊管的检验和试验内容分为表面和内在，表面质量以直接观察为主，内在质量采用无损检测和理化试验的方法。板面超声波探伤在早期的生产线上没有装备，近期装备的是采用压电晶体探头，在钢管管体上进行的。曲面探伤，探头数量多，耦合效果不理想，影响探伤结果。而采用电磁超声换能器（EMAT）进行探伤具有非常明显的优势，无需耦合剂，探头数量少，对探伤表面要求不高，非接触探伤，且可以在平面上进行，探伤效果好。为此，与厂家合作，研制开发电磁板面探伤仪，用于新建机组的板面自动探伤。传统的焊缝超声波探伤是采用A型探伤方式，缺欠的尺寸和位置很难确定，无法实现探伤记录。而B型分层扫描探伤方式可以很好地解决这个问题，能够准确地检测出焊缝缺欠的位置和尺寸，并且能自动地记录在检测报告中。为此，在新生产线上引进美国的B型分层扫描探伤系统，实现焊缝的精准探伤和记录。X射线工业电视是焊缝检验另一种有效的方法。靠人工观察荧光屏上的图像，做出判定，存在人工观察易疲劳的问题，要求操作者必须有较高的责任心，否则，容易出现漏检或误判的问题。利用计算机和图像处理技术，实现电视图像的自动检测识别成为可能。通过合作、开发，把研究成功的X射线图像自动检测识别系统，装配在生产线上。 X射线图像自动检测识别系统，能把自动提取的焊缝图像信号，经采集卡传输到计算机，使用开发的一种基于图像空间特性模糊识别算法，对获取的图像进行实时计算、处理，依据产品标准的要求，做出判定，同时，对超出标准要求的焊缝缺陷进行及时报警。钢管直径测量的传统方法是手工进行的，存在一定的问题，自动测量是产品检查的发展方向，我们在生产线上配备了自行研制的钢管直径测量装置。该装置是利用计算机，对钢管在线阵CCD摄像机上的影像进行处理而获得测量结果的，测量精度达到.mm。 水压试验是钢管生产中重要的检查手段，它能全面地反映出钢管的整体质量水平，早期水压试验机的加载方式和记录存在诸多问题，不能很好满足标准。为此，我们在新生产线的水压试验机上配备自动稳压记录系统，真实地记录钢管试验的压力-时间曲线。使用比例溢流阀，实现水压与油压的同比例增加，减少了试验过程中附加在管体上的载荷。图5：水压试验机4 应用的情况2001年8月，研制的生产线通过专家的鉴定验收，开始进行油气钢管的生产。先后承担了西气东输工程、陕京二线管道工程、苏丹原油管道、冀宁联络线、西部管道工程和阿拉山口-独山子原油输送管道等工程的钢管生产合同。详情见表1：生产钢管的最大规格为D1016 mm17.5mm，最高钢级为X70，最大卷板宽度为1550mm。产品质量稳定，生产效率高，焊接速度最高达1.9m/min，最大的月产量为8500吨，创造国内单机组的最高记录，为国内外重要管道工程的建设和企业的发展壮大做出了突出的贡献。表1： 新生产线生产的部分钢管统计表序号工 程 名 称钢 管 规 格钢 级产量（吨）合格率1西气东输工程D101614.6X709196098.88%2陕京二线管道工程D101614.6D101617.5X70X7011932648699.77%98.54%3忠-武管线工程D71110.3X65240797.76%4苏丹管道工程D6107.1D81313.7X65X65839461097.56%99.96%5大庆长-垣管线D5088.8X65492199.17%6西部管道工程D81311L4502136399.86%7阿拉山口-独山子原油管道工程D8138.7L415907699.68%8长-吉原油管线D5086.4X6023869992%合计1559805结论：51 生产线的工艺设计科学、合理，可以满足高标准螺旋焊管的生产要求。52研制、开发或选用的设备功能齐全，结构科学，加工和安装精度达到设计要求，运行稳定