大口徑直縫鋼管直縫鋼管的埋弧焊管制造技術(shù)
大口徑直縫埋弧管主要承擔(dān)海洋及陸地油氣、石油及天然煤氣、煤及礦槳等介質(zhì)的管道輸送，尤其適合我國(guó)今朝正在建設(shè)的“西氣東輸”工程，亦可用于出口和替代進(jìn)口。德國(guó)SMSMEER（原國(guó)際著名的曼內(nèi)斯曼）公司、日本NKK公司、日本O.T.K（大阪特殊鋼管廠）、印度WELSPVN制管公司、韓國(guó)現(xiàn)代重工和世亞公司，都有其獨(dú)到的制管技能，皆為國(guó)際制管業(yè)的精英。
一、國(guó)際制管技能工藝方法及特點(diǎn)
國(guó)外生產(chǎn)大口徑直縫埋弧焊管的成形方法有：UOE法、DFE排輥成形法、RBE輥彎成形法，JDOE成形法、D成形法、PFP逐步折彎成形法等。簡(jiǎn)單介紹如下：
1.UOE法 先將預(yù)彎邊的鋼板在U壓力機(jī)的成形模內(nèi)壓成U型，然后在O壓力機(jī)的成形模內(nèi)再壓成O形焊接成管后再整體擴(kuò)徑。UOE法是當(dāng)今國(guó)際上 早進(jìn)的成形方法之一，至當(dāng)代界上已有這種成形焊管機(jī)組近30套，UOE法以生產(chǎn)效率高和產(chǎn)品質(zhì)量好著稱，但沒(méi)備價(jià)格極其昂貴，投資規(guī)模大。
2.DFE法的排輥成形機(jī)由預(yù)成形機(jī)架、平輥機(jī)架、邊緣屈曲輥及小排輥機(jī)架組成，由于設(shè)置了許多相同的小排輥，要得成形過(guò)程中鋼板邊緣的軌跡近乎是直線的，制止了“邊緣拉伸”征象。DFE法成形質(zhì)量好，其產(chǎn)品質(zhì)量與UOF法無(wú)區(qū)別。該法施用原料為熱輥帶鋼卷，這一點(diǎn)與其它成形法均不同。它主要適用于多量量、單一品種鋼管的生產(chǎn)，但難以生產(chǎn)高強(qiáng)度厚壁鋼管及大口徑鋼管。
3.RBE輥彎成形法將鋼板在三輥或四輥之間經(jīng)多次滾壓成形，此種方法生產(chǎn)出的焊管在施用機(jī)能和可靠性上均接近UOE焊管。RBE法投資少，建廠快，產(chǎn)量適中且靈活性較大，對(duì)市場(chǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，近年來(lái)該方法在一些成長(zhǎng)神州家得到了應(yīng)用。但由于該成形法成形上輥中部無(wú)支撐，受其剛度的限制，成形鋼管直徑不能小于508mm（20in），降低了市場(chǎng)占有率，我國(guó)不少管道的直徑在508mm以下。
4.JDOE成形法， 先在水壓機(jī)上把鋼板壓成J形，兩側(cè)壓邊后，經(jīng)多次沖壓成形為D形， 后經(jīng)半O形上生產(chǎn)模型壓成O形。JDOE法其產(chǎn)品質(zhì)量與UOE焊管接近，而功課線價(jià)格遠(yuǎn)低于UOE機(jī)組，但其生產(chǎn)效率低。
5.D成形法用兩臺(tái)D成形機(jī)取代UOE機(jī)組中的U壓力機(jī)和O壓力機(jī)，其成形過(guò)程為：經(jīng)預(yù)彎邊的鋼板 先在 一臺(tái)壓力機(jī)上成形鋼板的一半，接著在另一壓力機(jī)上成形鋼板的另一半，從而得到O形圓管。D成形法生產(chǎn)的焊管尺寸合適，產(chǎn)量適中，生產(chǎn)線價(jià)格較低。
6.PFP逐步折彎成形法是將端頭預(yù)彎的鋼板在壓力機(jī)上以較小的步長(zhǎng)，較多的次數(shù)逐步對(duì)板料進(jìn)行折彎， 后經(jīng)鋼管合縫焊機(jī)成形為圓管。PFP法因每次壓下量小，故壓力機(jī)噸位半大，因此投資也較小，該種方法可以成形不同管徑，不同壁厚的焊管，加工的直徑可小于406mm，生產(chǎn)的焊管質(zhì)量較好，產(chǎn)量適中。
二、制造工藝分析相比較
1.通過(guò)對(duì)焊管成形工藝方法及其特點(diǎn)的分析和相比較，UOE法產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，是今朝世界上 早進(jìn)的焊管成形方法，但價(jià)格十分極其昂貴，全套設(shè)備進(jìn)口價(jià)格約2億美圓。由于我國(guó)管道建設(shè)往往具有波動(dòng)性和突發(fā)性，市場(chǎng)起伏較大，在今朝對(duì)久遠(yuǎn)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)尚無(wú)十分把握，國(guó)際貿(mào)易還居于起步階段的條件下，采用UOE法的風(fēng)險(xiǎn)較大。
2.RBE輥彎成形法、D成形法及PFP逐步折彎成形法較為適合我國(guó)的實(shí)際，其焊管尺寸合適，產(chǎn)量適中，機(jī)組價(jià)格較低，國(guó)內(nèi)企業(yè)純粹有能力承擔(dān)。
3.PFP逐步折彎成形與RBE輥彎成形法比較，兩者的特點(diǎn)大體相同，但PFP法生產(chǎn)的焊管直徑可小于406mm，這一點(diǎn)是RBE法所做不到的，PFP法生產(chǎn)線具有更強(qiáng)的市場(chǎng)適應(yīng)能力。PFP法投資在6500~8000萬(wàn)元左右。PFP法成型機(jī)組比D成型法主機(jī)機(jī)組簡(jiǎn)單。在我國(guó)大口徑直縫埋弧焊管設(shè)備今朝空白的環(huán)境下，對(duì)于國(guó)內(nèi) 一條新建機(jī)組來(lái)說(shuō)，選擇PFP成型機(jī)更為有利。
三、PFP法大口徑直縫埋弧焊管生產(chǎn)線工藝
板材超聲波探傷→銑邊→預(yù)彎→成形→合縫預(yù)焊→內(nèi)焊→外焊→超聲波探傷→X射線探傷→擴(kuò)徑→整圓→水壓試驗(yàn)→超聲波探傷→X射線探傷→平頭倒角→磁粉探傷→稱重測(cè)長(zhǎng)→標(biāo)志出廠。
四、我國(guó)管道用鋼管需求及鋼管束造業(yè)現(xiàn)狀
1.需求
東營(yíng)—黃島輸油管線全部采用從日本進(jìn)口的UOE直縫管近4萬(wàn)噸。
上海寶山鋼鐵公司已能生產(chǎn)X級(jí)中厚鋼板；甘肅省酒泉鋼鐵公司正進(jìn)行技能改造，也將建成一條為制管提供板材的軌制線。
西氣東輸及其它主要管道鋪設(shè)工程年需求量在100萬(wàn)噸以上（進(jìn)口）。總的市場(chǎng)需求量在1500萬(wàn)噸左右。
2.現(xiàn)狀
我國(guó)現(xiàn)有六大焊接鋼管廠，即寶雞石油鋼管廠、華北石油鋼管廠、沙市石油鋼管廠、資陽(yáng)石油鋼管廠、勝利石油鋼管廠和遼陽(yáng)石油鋼管廠，其主導(dǎo)產(chǎn)品都是埋弧螺旋焊接鋼管。今朝，在建的大口徑直縫埋弧焊管生產(chǎn)項(xiàng)目有：華北石油鋼管廠大直縫埋弧焊管生產(chǎn)線和沙市石油鋼管廠大直縫埋弧焊管生產(chǎn)線。已建成于2001年末竣工驗(yàn)收的大口徑直縫埋弧焊管項(xiàng)目是由天水鍛壓機(jī)床廠為主組建的天水天力特殊的一種管公司。
3.大直縫埋弧焊管產(chǎn)品規(guī)格
壁厚：6mm~25.4mm；管徑：Φ406mm~Φ1200mm；長(zhǎng)度：8000mm~12000mm；材質(zhì)：X42~X70。
材質(zhì)要求：X級(jí)鋼材，要求材料具有超純凈低硫、低碳、低磷、高強(qiáng)度、高韌性和良好焊接性。
“西氣東輸”工程所需直縫焊管規(guī)格（輪南至上海）：壁厚：25.4mm；管徑：Φ1016mm；長(zhǎng)度：12000mm；材質(zhì)：X70。
產(chǎn)品精度：按美國(guó)制管協(xié)會(huì)BPI SPEL5L標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行大口徑直縫埋弧焊管的制造和各項(xiàng)精度檢測(cè)。產(chǎn)品執(zhí)行并達(dá)到BPI、BS、BS、DIN、GB標(biāo)準(zhǔn)。橢圓度公役±1%，直線度偏差不超過(guò)管長(zhǎng)的0.2%。
五、PFP法大口徑直埋弧焊管主要生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)介
1.鋼板銑邊機(jī)（Plate Edge Trimer）
主要用于鋼板加工，以保證鋼板兩邊平行，同時(shí)加工出焊接坡口。整機(jī)由兩臺(tái)銑邊機(jī)組成，兩邊同時(shí)銑削，每邊裝有多把固定的銑刀，在鋼板通過(guò)時(shí)進(jìn)行銑削加工。其優(yōu)點(diǎn)是加工效率高，且產(chǎn)生的鐵屑易于運(yùn)輸。
2.板料端頭預(yù)彎?rùn)C(jī)（Plate End Drimping Machine）
主要用于需要折制成圓管的鋼板兩頭進(jìn)行預(yù)彎處理。整機(jī)由兩臺(tái)端頭預(yù)彎?rùn)C(jī)相對(duì)安裝在兩個(gè)底座上，由一臺(tái)電念頭及雙伸軸減速器同時(shí)動(dòng)員安裝在呆板底部的左右扭轉(zhuǎn)絲杠扭轉(zhuǎn)，使兩臺(tái)端頭預(yù)彎?rùn)C(jī)接近或遠(yuǎn)離，從而對(duì)不同寬度鋼板兩頭頭同時(shí)進(jìn)行預(yù)彎。主機(jī)先后配有出進(jìn)料輥道，可將預(yù)彎成型的工件送入下一道工序。主機(jī)為D形床身，有三個(gè)主油缸和兩個(gè)活塞同步油缸，以保證滑塊工作時(shí)的同步。機(jī)床的預(yù)彎生產(chǎn)模型由相應(yīng)的管徑參數(shù)決定，由于對(duì)鋼板的端頭預(yù)彎是分段進(jìn)行的，因此上下生產(chǎn)模型均有過(guò)渡段，即圓弧半徑逐漸變大，且圓心的位置也隨著變化，制止了分段預(yù)彎造成鋼板的撕裂等缺陷。
3.制管液壓機(jī)（Steel Pipe Forming Machine）
機(jī)床采用單板框式結(jié)構(gòu)，剛性好，強(qiáng)度高。主機(jī)采用了德國(guó)博世公司的電液比例同步液壓閥，左右立柱上各安裝一只光柵，與計(jì)算機(jī)、比例閥組成一閉環(huán)伺服控制，使滑塊連結(jié)同步運(yùn)行，保證了呆板的高精度。滑塊定位精度為0.05mm，重復(fù)定位精度為0.05mm。輔助設(shè)備由橫向送料機(jī)構(gòu)（送料精度誤差＜0.1mm＝、鋼板對(duì)中機(jī)構(gòu)、工件送出機(jī)構(gòu)等組成，出進(jìn)料方便，對(duì)線精確。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)采用荷蘭DELEM DB-23E數(shù)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)Y一、Y二、X一、X二、X3、X4共六個(gè)數(shù)控坐標(biāo)軸的控制。主機(jī)同步精度、上下點(diǎn)定位精度、重復(fù)定位精度和操作機(jī)送料精度精確精密。
4.合縫預(yù)焊機(jī)（End Squaring & Tack Welding Machine）
用于對(duì)已壓制成型的啟齒管筒由上下模使其邊部合攏，并進(jìn)行預(yù)焊，以連結(jié)鋼管的形狀，為下步工序的內(nèi)焊和外焊提供條件。呆板工作時(shí)，管筒由卡緊裝配定位，通過(guò)鏈條輸送裝配將鋼管送入合縫機(jī)，其上有先后壓頭與高低壓頭，壓頭通過(guò)液壓系統(tǒng)將力傳遞給鋼管，借傳動(dòng)鏈條動(dòng)員連續(xù)不停地合攏與點(diǎn)焊、焊接速率為2m/min。
5.鋼管內(nèi)焊機(jī)（Pipe Internal SBW）
用于對(duì)預(yù)焊后的管筒進(jìn)行內(nèi)壁焊接。在焊接過(guò)程，管筒平放在輸送車(chē)上，輸送車(chē)的輸送速率確保均速，無(wú)沖擊振動(dòng)。內(nèi)焊機(jī)采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，輸送車(chē)的位移量超過(guò)懸臂梁的長(zhǎng)度，在懸臂梁的端部裝有焊接裝配，懸臂梁在管筒內(nèi)。當(dāng)輸送車(chē)以焊接速率退回時(shí)，管筒內(nèi)壁焊縫由埋弧焊工藝形成。該內(nèi)焊機(jī)通過(guò)懸臂梁將焊接電極、焊絲、焊劑及焊接電流提供到焊接處。
6.鋼管外焊機(jī)（Pipe External SBW）
用于對(duì)內(nèi)焊后的管筒進(jìn)行外壁焊接。外焊時(shí)，管筒同樣平放在輸送車(chē)上，輸送車(chē)在焊頭下方勻速移動(dòng)。該外焊機(jī)通過(guò)對(duì)地車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻調(diào)速達(dá)到焊接所需要的速率。焊機(jī)機(jī)頭部位配有十字滑架，焊接過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)水平、垂直方向的微調(diào)，以便控制焊接機(jī)頭的焊縫位置的對(duì)中，焊接速率為0.12m/min~1.2m/min。
7.鋼管擴(kuò)徑機(jī)（Steel Pipe Expanding Machine）
是制管生產(chǎn)線中的主機(jī)之一。該擴(kuò)徑機(jī)采用機(jī)械擴(kuò)徑，其目的是通過(guò)將管子擴(kuò)張到屈服點(diǎn)而達(dá)到對(duì)管子的整形和矯直，并且可以消除殘余內(nèi)應(yīng)力。擴(kuò)徑機(jī)由送管小車(chē)、擴(kuò)徑頭組成。擴(kuò)徑頭由幾個(gè)扇形塊組成的芯棒安裝在楔形板上，而楔形板固定在液壓缸的活塞桿上。當(dāng)液壓缸活塞和楔形板向右移或向左移時(shí)，構(gòu)成芯棒表面的扇形塊向外擴(kuò)展或由大變小。
擴(kuò)徑機(jī)的能力可以擴(kuò)壁厚達(dá)25mm的鋼管，擴(kuò)徑量為1%~1.5%。
8.水壓試驗(yàn)機(jī)（Hydrostatic Testing Machine）
用于鋼管的嚴(yán)密封閉性試驗(yàn)，機(jī)床的總體布局類(lèi)同于臥式四柱壓力機(jī)，前壓頭靠主液壓缸推動(dòng)并提供壓力；后壓頭裝在一行走小車(chē)上，根據(jù)不同管長(zhǎng)，用插銷(xiāo)與四根拉力柱固定。試驗(yàn)時(shí)，鋼管與先后頭之間端面彌縫，先低壓充水，后采用一增壓器高壓充水，直到焊管內(nèi)水壓達(dá)到試驗(yàn)要求的壓力。另一端主液壓缸內(nèi)的油壓同時(shí)上升，達(dá)到某一值后和水壓壓力連結(jié)一動(dòng)態(tài)平衡，保壓約10s，檢測(cè)焊管有無(wú)泄漏。
9.平頭倒角機(jī)（Dhamfering）
用于鋼管兩頭的銑削定長(zhǎng)和倒角。該機(jī)布局采用兩套銑削機(jī)構(gòu)（滑臺(tái)及刀盤(pán)裝配）由兩頭對(duì)面布置，鋼管進(jìn)入兩銑削機(jī)構(gòu)中間后托起，兩銑削機(jī)構(gòu)同時(shí)完成趨近、夾緊、加工等工作。
該機(jī)除滑臺(tái)趨近運(yùn)動(dòng)采用電機(jī)減速后利用齒輪齒條傳動(dòng)副運(yùn)動(dòng)外，剩下動(dòng)作全部采用液壓電氣驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)化程度高，效率高（工作效率為15分/根）。
10.超聲波探傷儀（Ultrasonic Inspection Test）
由操作室及導(dǎo)軌和扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成的超聲波探傷設(shè)備，可對(duì)鋼管進(jìn)行缺陷探傷。
11.X光探傷機(jī)（X-Ray Testing Machine）
由升降懸臂部分、圖象增強(qiáng)器、小車(chē)出進(jìn)料數(shù)目級(jí)道、車(chē)體、車(chē)上扭轉(zhuǎn)輥、小車(chē)導(dǎo)軌及支座、PLD和電控柜組成的X光探傷設(shè)備，可對(duì)鋼管焊縫缺陷、材料缺陷和裂紋進(jìn)行探傷。
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