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      不銹鋼行情
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      國外直縫埋弧焊管先進制造及質量檢測技術

      來源:至德鋼業 日期:2021-06-09 08:44:30 人氣:53

      介紹了國外直縫埋弧焊管先進的制造技術及質量檢測技術,并與我國目前的制造及檢測技術進行了對比。通過對比指出:要實現我國從鋼管生產和消費大國向鋼管生產強國邁進,必須進一步完善焊管制造和檢驗過程中的制造工藝文件、焊接、無損探傷、成品檢驗等一些技術細節,以提高我國直徑埋弧焊管的質量和生產效率。

      10年來,我國管線鋼管制造技術進步很快,產量也有很大提高,基本可以滿足國內大規模管道建設的需要,我國已成為管線鋼管的制造和使用大國。據不完全統計,我國已建成直縫埋弧焊管機組13,大直徑直縫埋弧焊管機組得到了快速發展。2008年以前,我國已建成的大直徑直縫埋弧焊管機組與國外高水平機組相比,在整體工藝裝備水平、過程控制信息化及自動化水平、焊接材料的穩定性、無損探傷技術的可靠性等方面都有差距

      。2008年以來,隨著寶鋼UOE機組的建成投產,以及中油寶世順(秦皇島)鋼管有限公司等一批JCOE機組的建設,我國大直徑直縫埋弧焊管的生產技術水平得到了大幅度提高。

      目前,我國大直徑直縫埋弧焊管技術及裝備已處于國際先進水平,甚至達到領先水平,但鋼管的質量及穩定性與國外先進國家還有一定差距。分析國外先進的制管技術,對實現我國從焊管生產大國向技術大國的跨越很有裨益。雖然國外直縫埋弧焊管生產工藝流程和重要工藝我們都很熟悉,但對一些技術細節的關注較少,根據多年來對國內外焊管技術的探索和研究,筆者著重介紹了國外直縫埋弧焊管先進的制造和質量檢測技術細節。

      1制造過程及管理

      1.1 MPS文件

      國外鋼管的制造工藝文件(MPS)非常簡捷、清楚、直觀和實用,內容包括每道工序所用的設備、材料、方法、工藝參數、內控指標和驗收指標等,內容不是很多,但全面、細致。一個工程項目訂貨鋼管的生產,只要技術部門少數技術人員消化了訂貨技術條件及基礎規范,制訂出MPS,加上工廠的質量控制程序和必要的指導書,完全可以指導整個生產過程,制造車間的生產和檢驗人員只需按MPS操作,不用再看基礎規范和訂貨技術條件。而國內一些鋼管生產企業編寫的MPS文件要么很簡單,要么很復雜,有的還只是流于形式,僅供外部檢查用,操作人員也見不到,起不到指導生產和檢驗的作用。國外MPS的框架、內容、作用等很值得我們學習。

      1.2計算機信息管理系統

      國外焊管生產從原材料的冶煉、連鑄、軋板到鋼管成型、焊接、水壓試驗、無損檢測等工序,一直到入庫全過程均實現計算機信息化管理。生產過程中的每個崗位均配置計算機,每道工序操作完成后將有關記錄輸入到聯網計算機。原材料的冶煉有爐號,每張鋼板有板號,每根鋼管在成型工序給一管號,該管號在鋼管生產過程中一直到成品檢驗工序作為識別號進行質量控制。

      對于大直徑直縫埋弧焊管來說,由于生產工序繁多,且任何工序均有可能會出現鋼管的離線或旁路通行,要實現全自動的物料跟蹤,不僅投資巨大,而且也極為困難。目前高水平的大直徑直縫埋弧焊管機組一般采用區域自動跟蹤,而非全線物料自動跟蹤,但所有操作的質量信息均自動記錄并上傳至二級計算機系統[2]。鋼管生產的環節很多,鋼管不是按管號順序進入成品檢驗工序和入庫的,加上生產過程可能產生的不合格管,因此,在成品檢驗合格后重新給每根鋼管一個唯一的編號,即出廠編號,該編號作為質量證明書的碼單編號按順序排列,出廠編號與鋼管號一一對應。板號、爐號、管號、出廠號全部輸入計算機,每進行完一個工序即輸入計算機,每個崗位每班生產具有紙質輸出記錄,記錄規范,查找和核對方便。這樣保證每根管都有生產檔案,不會遺漏工序,記錄不會出錯,并節省大量的記錄、核對等所需的精力。

      1.3焊接及返修

      國外焊管企業使用的焊接材料配套性能良好,針對不同鋼種、不同標準有不同的焊接材料可供選用,而我國目前僅有少數幾種焊絲和焊劑,選擇的余地很小。國外大直徑厚壁管線鋼管一般采用內外三絲、四絲或五絲焊接,這與我們的差別不大。值得注意的是,國外采用多絲焊焊接時,內焊道或外焊道每根焊絲的牌號和化學成分有差異,內外焊道焊絲的牌號和化學成分也有所不同。表1是日本某鋼管企業焊接X70<1 016 mm×21 mm鋼管同一焊縫用三種牌號焊絲的化學成分。配套焊劑只有一種牌號,其成分見表2。多絲焊時根部焊絲、填充焊絲和蓋面焊絲的焊接電流、電壓有很大不同,母材的稀釋率也明顯不同,因此,為保證焊接接頭的性能,每根焊絲應采用不同的合金成分。而我們的制管焊接材料研究開發還沒有細致到這個程度,該工藝技術值得借鑒,焊接材料具體成分及其作用有待進一步研究。

      焊接時,國外制管廠普遍的做法是焊前準備工作充分、細致。焊接對口錯邊量小,焊劑嚴格烘干,坡口及邊緣嚴格除油、除銹。焊接過程自動化控制程度高,計算機自動控制、記錄參數和自動跟蹤系統可靠。焊接裝置除焊機(焊接電源)外一般是自己開發,并經過多年的改進,很實用。因自動化程度高,工裝好,一般情況下,一個人操作兩臺焊機,同時進行兩根鋼管的焊接,不但工作效率高,而且焊縫質量高。焊接參數(電流、電壓和焊接速度)控制在適當范圍,并輸入計算機,一般不再輕易調整。而國內有些管廠,焊接工藝參數經常變更,不是偏上限就是偏下限,甚至經常超出工藝規定的范圍。我們一般以焊縫有沒有缺陷作為衡量焊接質量好壞的唯一標準,而沒有意識到工藝參數對焊接接頭使用性能(力學性能、化學性能等)的影響,對特殊工藝是依靠參數來保證質量這一點還沒有深刻的認識。

      有嚴格的焊前準備和過程控制,就會有高質量的焊管。筆者曾統計過日本某鋼管廠生產的1 000多根<1 016 mm×21 mm焊管的質量,共拍片3 478(每根鋼管管端各一張,每個班一根鋼管全長拍片),41X射線片子上存在標準范圍內的圓形缺欠,最大直徑2.5 mm,沒有一處返修,理化性能也全部合格。另有一批鋼管共1 292,也僅有一處返修。而國內生產鋼管的質量,據某廠一段時間的統計數據顯示,X70<1 016 mm×14.6 mm螺旋縫埋弧焊管焊縫一次探傷合格率約75%,X70<1 016 mm×21 mm直縫埋弧焊管焊縫一次探傷合格率約85%。而鋼管總的合格率一般為95%,可見該廠生產的鋼管大量是靠焊接返修才合格的。返修不僅浪費人力,降低生產效率,增加成本,而且質量不穩定,返修的焊縫往往會成為鋼管質量的薄弱點。

      返修焊縫的質量不高,與采用的返修焊接工藝是否合理以及是否嚴格執行密切相關。日本鋼管生產企業對X70鋼管進行返修時就采取焊前預熱措施,而國內生產企業X70鋼管返修均不采取焊前預熱,甚至X80鋼管的返修也不采取預熱措施。前面已說過,錯誤的認為沒有焊接缺陷往往成為衡量返修焊縫質量的唯一標準,像焊接熱影響區粗晶區最低的韌性值按常規沖擊試驗方法是難以測出來的,而粗晶區往往是焊接接頭最薄弱部位。返修焊縫短,焊接線能量小,采取預熱能降低焊縫的冷卻速度,防止焊接熱影響區產生淬硬,也利于擴散氫和氣孔的逸出,從而能有效減少裂紋、氣孔等缺陷,也有助于改善焊縫的力學性能。

      與鋼管焊縫的質量控制措施相比,我們目前對返修焊縫的質量控制存在明顯的不足。主要表現在:①從工藝的角度,返修焊接工藝僅在開始時進行評定,合格后只要參數在變化范圍內就一直有效,并多年使用,對實際返修焊縫的理化性能不進行任何檢驗,而鋼管正常焊縫每批都要進行理化性能的檢驗;②從焊工資格的角度,只要考試合格并連續進行操作,其資格幾年內一直有效;③從工藝的嚴格執行程度來講,因返修工作量大,且被認為是家常便飯,工藝措施和參數不是嚴格執行。比如,在西氣東輸工程X70鋼管的生產過程中,大部分廠家采用J607GX管線鋼專用焊條進行返修,國內某技術實力強的鋼管廠進行的焊接工藝評定認為J557牌號的焊條質量不穩定,結論是不能用于X70鋼管的焊縫返修,而國內某一鋼管廠僅進行了一次焊接工藝評定合格,就一直采用J557牌號的焊條進行焊縫返修。焊縫返修僅進行一次評定(一次試驗合格),而在生產中不進行性能抽檢,這樣的鋼管焊接質量是不可靠的。

      1.4吊運

      日本企業鋼管的起吊方式采用真空吸盤式或電磁吸式,不用掛鉤或鋼絲繩,不損傷管端。采用遙控控制,起吊工一人操作,離鋼管可以很近,視線好,可以做到快慢合適、輕拿輕放,車間因起吊造成的噪音很小,基本上不存在碰傷鋼管現象,效率很高,并且安全。

      2檢測技術

      2.1無損檢測

      油氣管道用埋弧焊管要求在進行擴徑、靜水壓試驗后,要對鋼管焊縫進行全長自動超聲波探傷外加管端手動超聲波探傷,有時還要附加X射線檢驗。國外鋼管企業使用的無損檢測設備自動化程度和可靠性均較高,尤其是超聲波探傷設備不斷推陳出新,性能日益提高,保證了缺陷的可靠檢出。日本的直縫埋弧焊管發展歷史較長,

      損探傷技術發展到今天已經很成熟,特別是在自動化、精度方面控制更是先進。不同的生產廠有不同的設備配置,各個廠家根據自身的特點,研制出適合于自己工廠流程的操作程序,但都大同小異,檢測原理基本相同,普遍的特點是自動化程度很高,且控制精度高。尤其是在X射線自動拍片探傷和自動超聲波焊縫探傷方面,我國制管企業應該努力學習。目前,我國射線探傷的自動化方面還比較欠缺,鋼管管端拍片和全長焊縫拍片由于檢測效率低,一直是影響整個生產進度的重要因素,發展自動化技術顯得尤為重要。

      國外鋼管廠的自動超聲波探傷設備具有自動耦合跟蹤、自動噴標、自動曲線記錄等功能。自動超聲波探傷設備一般具有兩個以上的探頭架,每個探頭架上設置有探測縱向、橫向缺陷的10余對探頭,縱向探頭按照反射回波跨距配置,可實現焊縫的上表面掃查、下表面掃查及焊縫中部掃查,探傷范圍覆蓋焊縫全壁厚。有的探頭可以發射不同角度的兩束波,有效提高了探傷覆蓋范圍和靈敏度。探頭與鋼管耦合裝置良好,極少出現耦合不良的情況。超聲波探傷裝置可靠性高,靈敏度高,不易出現故障。國外某鋼管企業在此崗位已實行無人操作,進管、鋼管旋轉對準焊縫、跟蹤焊縫、檢測、曲線記錄(記錄每個探頭的曲線)、噴標、退管等所有工作自動控制,檢測結果能即時反饋至監測員,從而對缺欠噴標部位進行手動探傷及射線拍片檢查。每班定時(一般2)對有人工缺陷的樣管進行標定,每個人工缺陷都能很好地顯示出來,標定記錄隨同當班的鋼管探傷記錄(有探傷人員的簽名)經監理確認后存檔。自動超聲波工序后有一手動超聲波探傷工序,任務一是對管端盲區進行探傷,二是對自動超聲波出現的報警噴標部位進行復查,手工超聲波設備放置在自制的架子上,不用工人提,操作很輕松,減少了工人勞動強度。

      目前國外為我國供應的高壓、大直徑、高強度UOE鋼管幾乎都進行逐根鋼管的管端X射線拍片檢查及補焊處拍片檢查,管端拍片進一步對超聲波檢測留下的盲區進行補充檢查,可以進一步提高管端焊縫缺陷的檢出率,保證管端質量。管端拍片使用全自動系統完成,不需要人工參與,機械手臂配合機械傳輸系統等可以完成自動裝片、光電標記、放片、對準、照射、傳輸、取片、沖洗等一系列工作,沖洗好的底片由人工評定。合理的配置能每次對兩根鋼管的管端進行拍片,效率很高。利用自動洗片機對曝光后的底片沖洗、烘干,保證了洗片質量,然后由人工快速對拍攝好的底片進行評定,以及時確定鋼管管端質量是否合格,大大提高了檢測效率。

      2.2理化性能試驗

      鋼管生產過程中夏比沖擊試驗量大,工作費時,尤其是試樣冷卻時需要等待很長時間。日本鋼管企業沖擊試驗采用恒溫水浴槽冷卻,其容積大,一次可以放好多試樣,試樣平放,不用堆得很高而影響溫度均勻性。有多個水浴槽同時使用,大大節省了試樣冷卻等待時間。試驗過程僅一人操作,試樣編號提前輸入到計算機,依次進行試驗。沖擊功自動測量、記錄和打印,每個沖斷試樣按順序擺放在自制的方格框內,試驗完后統一評定斷口剪切面積,最后出具試驗報告。試驗過程規范,效率高,369個試樣(6個試驗溫度)僅用6 h完成(包括出具報告時間)。

      日本鋼管企業的落錘撕裂試驗機一般為擺錘式,雖然占地面積大,但能力強(最大能量為30 000 J),安全性好,結實耐用。試驗過程試樣自動送進,自動送出。試樣冷卻也是多個恒溫槽同時使用。如此大的設備僅1人操作和記錄。日本鋼管企業理化試樣加工很精細,邊角打磨很光滑,沒有毛刺。拉伸試驗沒有扭曲或波浪。焊縫導向彎曲試樣打磨方向是沿試樣長度方向,采用的砂輪粒度細,打磨部位很光滑,減少了應力集中可能造成的彎曲試驗不合格。國內管廠的彎曲試樣打磨方向不對,采用的砂輪粒度太粗,打磨過的焊縫及熱影響區很粗糙,有時有明顯的臺階,彎曲容易造成應力集中,這往往成為焊縫彎曲試驗不合格幾率較高的原因之一。

      2.3成品檢驗

      鋼管的成品檢驗是鋼管制造過程中最后一道把關工序,對鋼管的質量起重要作用,主要檢查鋼管的外觀質量和尺寸。這是一道費工、費時又需要仔細的工序,不管前面的制造、檢驗過程自動化程度多高,這道工序目前還主要靠人工完成。歐洲鋼管公司近年來已將電磁超聲波探傷技術用于鋼管表面質量檢測,以取代人工目視觀察,既節省了人力,又減少了由于人工用眼疲勞而帶來的漏判現象。

      對于鋼管焊縫余高、錯邊、切斜等尺寸檢查,標準沒有規定檢驗方法,也沒有好的檢測工具。比如,對“噘嘴”,國內有些廠沒有合適檢測工具,也不做樣板而不檢測。日本鋼管企業的檢測工具齊全,這些專用檢測工具基本是自制的,很實用,有些是數字顯示,很直觀。文獻[3]的研究表明,采用通用的焊縫檢驗尺測量鋼管焊縫余高,其系統誤差很大,測量結果需要進行修正,對此我們的檢查人員沒有認識。針對鋼管焊縫余高、錯邊等尺寸檢查,寶鋼和中國石油集團石油管工程技術研究院也申請了有關專利(專利號ZL200720067875.9,ZL200820124174.9),這些工具也可用于鋼管表面凹凸不規則(包括“噘嘴”)的測量,值得推廣。

      在成品檢驗工序中,日本的鋼管企業還采用酸蝕法對鋼管端面焊縫截面進行酸蝕檢查,因坡口機加工面光潔度高,用酸蝕法很容易檢測鋼管端面焊縫的焊偏量及未焊透、未熔合等焊接缺陷,這是一種有效的鋼管質量控制措施。如果酸液濃度配制合適,檢查完后用抹布擦去也不產生明顯的腐蝕。

      3結語

      油氣管道建設需要大量的優質鋼管,我國已成為世界焊管的制造大國,正在向強國邁進,許多技術已走在世界前列,但制管過程中也有很多制造和檢測技術細節,需要細化、完善,學習、借鑒國外先進的做法,進一步完善焊管制造和檢驗過程中的制造工藝文件、焊接、無損探傷、成品檢驗等一些技術細節,以提高我國大直徑埋弧焊管的質量和生產效率。

      本文標簽:焊管 

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