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摘要: 本文笔者结合自己的工作实际，阐述了当前我国钢管的层次特点，并对如何做好新形势的电焊钢管机组工作提出了自己的见解，期望能给同行有所借鉴。
关键词: 电焊钢管；机组；技术要点
1 前言
本文对中小直径焊管机组的改造进行了分析, 为生产高性能焊管提供了技术支持。根据焊管的细分市场, 采用合理的工艺方式, 配套完善, 生产更能满足用户需求的产品, 更好地服务客户。
2 焊管产品的层次
根据钢管的可焊性、几何尺寸精度、内毛刺清除、焊缝和管体的热处理、水压试验压力、无损探伤和试验项目以及使用的重要程度把焊管产品划分为5个层次: X70、X80钢级的管线管、N80钢级的石油油套管,合金锅炉管等属于第一层次; X52~ X65钢级的管线管, J55、H40钢级的石油油套管,STB410~520锅炉管, 590M Pa级的液压缸体管等属于第二层次;高精度托辊管,汽车传动轴管,中低压锅炉管,490M Pa 级脚手架用管,冷拔轧缸体用管坯,液压支架管坯,变压器用管等属于第三层次;中低压流体输送管,矿山流体输送管,深井泵管,方矩形管属于第四层次;低压流体输送管,一般结构管属于第五层次。各种钢管的特点：
(1)薄管壁钢管: 薄壁管是焊管的传统领地, 其成型焊接技术成熟, 现在是向更薄的方向发展, 满足部件使用要求, 减轻重量, 减少加工量; 材料的高钢级化也提供了这种可能性。对于薄壁管的成型来说, 边缘弯曲变形充分和克服鼓包现象要求机组的成型方式更合理, 调整的精确性更高。
(2)厚管壁钢管: 厚壁管用于套管、管线管和结构件, 作为冷拔管坯, 通过冷拔轧、镗缸等深加工, 主要用于液压支架、液压缸体和汽缸体。与无缝管对比,焊管壁厚均匀, 几何尺寸精确, 可以代替无缝管使用的部分领域, 向相对厚壁发展是焊管的开拓领域。
(3)高精度钢管: 机械结构用管一般要求几何尺寸精度高, 如圆度公差小、直线度好、清除内毛刺残留高度有的小于0.20mm 等。
(4)高钢级钢管: 提高材料的性能,减轻零部件的重量,对于交通运输工具具有非常重要的意义,也是它们升级换代的条件之一。管线钢管向高钢级发展,提高输送能力;油井管的高钢级化提高钻井深度, 降低钢管消耗量。
(5)清内刺钢管: 清除内毛刺是焊管几何无缝化的重要内容, 清除内毛刺技术是焊管行业大力推广的技术之一, 有些企业已经取得良好效果。有的焊管机组清除内毛刺焊管和无缝管一样光洁, 已代替无缝钢管用于制作汽车排气管; 过去, 小型电机外壳、冷凝器外壳、冰箱的压缩机壳体等采用无缝管冷拔,现在由于内毛刺清除的好, 已经用焊管代替。
(6)耐腐蚀钢管: 冶金行业有关部门组织宝钢、武钢、攀钢和焊管、冷弯型钢生产厂就铁路客货运车厢提高耐蚀性、减轻自重联合攻关, 采用高强度可焊接耐侯钢逐步代替原来车厢。耐腐蚀性对于钢材的使用效益巨大。石油管采用沟腐蚀试验检验焊管的耐腐蚀性。通过采取焊缝的正火处理, 降低硫等有害元素的含量, 降低非金属夹杂物的含量等措施, 焊接石油管耐腐蚀性良好。如果说单个要求还能够满足, 而这些方面的组合就提出了更高要求, 事实上它们很难是孤立的, 这些问题的解决, 促进了焊管技术的进步。
3 改造焊管机组的技术措施
3. 1 焊接温度的自动控制系统
焊管生产过程中, 由于同一卷钢带头尾或不同卷间存在厚度公差, 钢带的厚度或焊管机组的速度有轻微变化而引起焊接输入热量波动, 而且高钢级(如N80等)焊接温度偏差范围窄, 很难以人工方式加以矫正, 只有通过焊接温度自动控制系统, 科学地控制焊接热量来矫正这种变化; 其工作原理是用两色高温计进行测温, 把得到的焊接温度信号同预先设定的温度加以比较, 并校核信号的有效性后, 自动地把焊接功率调高或调低来保持所需要的温度, 该装置能够最大限度地减少启动和停车时的废品。
3. 2 内毛刺清除装置的设置及清除效果的检测
锅炉管、热交换器管和汽车传动轴管、冷拔管坯等要求残留的内毛刺高度和形状较为严格。目前内毛刺清除装置主要是机械式和液压式; 其区别在于机械式用弹簧调节清除内毛刺刀架上下托辊(滑块)间距, 使其和管壁紧密接触并维持一定压力。液压式是通过液压缸的位移来达此目的, 比机械式优越之处是钢管壁厚变化, 和管壁接触压力恒定; 管坯接头处可以卸压, 上下托辊(滑块)和刀具不接触管壁, 减少刀具碰坏机会, 管坯接头可以在不停机的情况下顺利通过, 减少开口管的数量; 而且内毛刺清除稳定; 调整更容易。对内毛刺清除效果的检测有工业电视, 超声波检测, 测定内毛刺清除裝置的受力情况判定等方法。
3. 3 焊缝的在线超声波探伤和涡流探伤等检测技术
利用超声波垂直地或成角度地射入被检验的钢管内, 通过缺陷的反射或在有缺陷部位的衰弱判断的方法, 能检查出肉眼不可能发现的内部缺陷。有些生产用途重要的焊管机组, 也使用超声波探伤可以对坯料的夹层进行检查以及对焊缝检查。涡流探伤主要检查焊管内外表面的缺陷, 如弧坑、焊瘤等。
3. 4 焊缝的在线中频感应热处理
对于中高档焊管如锅炉管、油井管、高钢级的精密冷拔管管坯对焊缝或整个管体热处理。笔者认为焊缝局部热处理就能够达到平衡组织, 消除应力的目的。而且, 可以利用焊后余热, 缩短加热时间, 能耗较整体加热少。因此, 设置在线中频感应加热焊缝正火或淬火回火设备可以满足需要。从国外使用情况看, 在线中频感应加热焊缝可以达到60mm。对于表面质量要求高的, 材质易于氧化的合金钢管, 宜采用气体保护的光亮热处理。
3. 5 高钢级的焊接技术
对于合金锅炉管、X 70、N80 等焊缝质量要求高、易于氧化的材料, 应采用惰性气体保护焊接, 优化焊接参数, 选择合适的开口角, 保持平行对接, 选用第二种焊接现象的焊接温度。
3. 6 高刚度的薄、厚壁成型机架
排辊成型的粗成型部分采用许多小圆柱辊使带钢边部连续成型, 辊距小, 带钢边缘延伸小, 基本克服鼓包现象, 成型稳定, 适合于薄壁管。曼乃斯曼( 33~ 114. 3)mm X( 2. 0~ 7. 0)mm 直缘成型法, 大大缩短变形区长度, 让带钢自然成型, 使边缘拉伸尽量减少, 可生产T /D 为1% 的薄壁管。通过翘片辊可生产T /D≤10%厚壁管, 宁远钢厂引进曼内斯曼公司米尔厂的RN l20L 型就是代表。
EF成型法是开口孔工序中采用独特的边部弯曲和多辊组合成型方式, 用带有独特组合曲线的公共轧辊以生产较广范围的产品。该成型法的首架机架采用公用组合辊成型, 使带钢边部得到渐变的充分弯曲; 中部变形为立辊群集中变形, 减少划伤, 降低成型负荷, 通过封闭孔型规圆; 其成型稳定, 能够生产T /D≤10%的厚壁管。
其他还有CBR 成型法, CTA 成型法等。所有这些成型法, 都强调带钢边缘弯曲变形质量, 为焊接创造良好条件; 高刚度, 减小弹跳, 保证精度。
3. 7 焊管的深加工, 产品的高精度化
作为冷拔(冷轧)管坯, 焊管代替无缝管, 优势在于壁厚均匀, 管径精度高, 表面质量好, 可以选择合适的壁厚和外径, 尽可能减少加工道次, 提高效率, 降低金属材料消耗, 从而降低成本低。同时也为冷拔冷轧高精度, 高表面质量的缸体用管和汽车用管等提供了原料保证, 通过冷加工, 提高了机械性能, 获得高的附加价值。德国全部采用冷拔方法加工汽车用钢管, DOM 管是焊管产品深加工的一条出路。另一个是圆管通过辊式成型, 冷挤压成型和辊模拉拔成型等方式成型为异形断面钢管; 国外的液压成型技术使圆管成型为形状更复杂的异形管。
3. 8 计算机控制系统的应用
开发应用计算机辅助孔型设计和轧辊设计软件, 缩短产品开发周期, 灵活适应市场; 提高设计精度, 运用微机模拟能力, 更好把握钢管变形规律, 提高成功率。利用微机进行工艺参数的优化和处置及备品备件的管理, 从而进行工序的自动控制, 更换规格时, 采用计算机轧辊定位系统, 减少调整工作量,发挥计算控制制造过程的功能。利用计算机检测预报设备故障, 提高设备作业率。利用计算机集中控制和生产指挥, 动态把握生产进程, 减少在制品流程时间, 减少库存, 合理组织生产, 更快捷地满足用户需要。
4 技术改造建议
总而言之，焊管和无缝管各有千秋, 因为焊接及其控制技术的提高,通过无损检验和水压试验,有缺陷的焊管得以剔除,焊管的焊缝质量得到保证。清除内毛刺是焊管几何无缝化的重要内容, 现在技术也已经成熟。利用焊管产品的优势, 明确市场定位, 满足用户需求, 对于中小直径焊管机组技术改造提出以下建议:
(1)以低压流体和矿用流体输送作为产品方向, 在普通焊管机组的基础上, 增加涡流探伤装置和水压试验机。
(2)以冷拔用管坯和普通机械结构管作为产品方向, 在普通焊管机组的基础上, 增加内毛刺清除装置, 增加涡流探伤和超声波探伤。
(3)汽车用管等机械管作为产品方向, 普通焊管机组或高刚度、薄厚壁焊管机组. , 增加内毛刺清除装置, 增加涡流探伤和超声波探伤。也可以增加冷拔(轧) 机组或辊式成型异形管。国外的液压成型技术使圆管成型为形状更复杂的异形管。
(4)锅炉管、油井管、管线管、高精度结构管作为产品方向, 配置高刚度厚壁焊管机组, 内毛刺清除装置, 增加涡流探伤和超声波探伤, 增加在线或离线的焊缝局部热处理或钢管整体热处理。
关键词: 电焊钢管；机组；技术要点
1 前言
本文对中小直径焊管机组的改造进行了分析, 为生产高性能焊管提供了技术支持。根据焊管的细分市场, 采用合理的工艺方式, 配套完善, 生产更能满足用户需求的产品, 更好地服务客户。
2 焊管产品的层次
根据钢管的可焊性、几何尺寸精度、内毛刺清除、焊缝和管体的热处理、水压试验压力、无损探伤和试验项目以及使用的重要程度把焊管产品划分为5个层次: X70、X80钢级的管线管、N80钢级的石油油套管,合金锅炉管等属于第一层次; X52~ X65钢级的管线管, J55、H40钢级的石油油套管,STB410~520锅炉管, 590M Pa级的液压缸体管等属于第二层次;高精度托辊管,汽车传动轴管,中低压锅炉管,490M Pa 级脚手架用管,冷拔轧缸体用管坯,液压支架管坯,变压器用管等属于第三层次;中低压流体输送管,矿山流体输送管,深井泵管,方矩形管属于第四层次;低压流体输送管,一般结构管属于第五层次。各种钢管的特点：
(1)薄管壁钢管: 薄壁管是焊管的传统领地, 其成型焊接技术成熟, 现在是向更薄的方向发展, 满足部件使用要求, 减轻重量, 减少加工量; 材料的高钢级化也提供了这种可能性。对于薄壁管的成型来说, 边缘弯曲变形充分和克服鼓包现象要求机组的成型方式更合理, 调整的精确性更高。
(2)厚管壁钢管: 厚壁管用于套管、管线管和结构件, 作为冷拔管坯, 通过冷拔轧、镗缸等深加工, 主要用于液压支架、液压缸体和汽缸体。与无缝管对比,焊管壁厚均匀, 几何尺寸精确, 可以代替无缝管使用的部分领域, 向相对厚壁发展是焊管的开拓领域。
(3)高精度钢管: 机械结构用管一般要求几何尺寸精度高, 如圆度公差小、直线度好、清除内毛刺残留高度有的小于0.20mm 等。
(4)高钢级钢管: 提高材料的性能,减轻零部件的重量,对于交通运输工具具有非常重要的意义,也是它们升级换代的条件之一。管线钢管向高钢级发展,提高输送能力;油井管的高钢级化提高钻井深度, 降低钢管消耗量。
(5)清内刺钢管: 清除内毛刺是焊管几何无缝化的重要内容, 清除内毛刺技术是焊管行业大力推广的技术之一, 有些企业已经取得良好效果。有的焊管机组清除内毛刺焊管和无缝管一样光洁, 已代替无缝钢管用于制作汽车排气管; 过去, 小型电机外壳、冷凝器外壳、冰箱的压缩机壳体等采用无缝管冷拔,现在由于内毛刺清除的好, 已经用焊管代替。
(6)耐腐蚀钢管: 冶金行业有关部门组织宝钢、武钢、攀钢和焊管、冷弯型钢生产厂就铁路客货运车厢提高耐蚀性、减轻自重联合攻关, 采用高强度可焊接耐侯钢逐步代替原来车厢。耐腐蚀性对于钢材的使用效益巨大。石油管采用沟腐蚀试验检验焊管的耐腐蚀性。通过采取焊缝的正火处理, 降低硫等有害元素的含量, 降低非金属夹杂物的含量等措施, 焊接石油管耐腐蚀性良好。如果说单个要求还能够满足, 而这些方面的组合就提出了更高要求, 事实上它们很难是孤立的, 这些问题的解决, 促进了焊管技术的进步。
3 改造焊管机组的技术措施
3. 1 焊接温度的自动控制系统
焊管生产过程中, 由于同一卷钢带头尾或不同卷间存在厚度公差, 钢带的厚度或焊管机组的速度有轻微变化而引起焊接输入热量波动, 而且高钢级(如N80等)焊接温度偏差范围窄, 很难以人工方式加以矫正, 只有通过焊接温度自动控制系统, 科学地控制焊接热量来矫正这种变化; 其工作原理是用两色高温计进行测温, 把得到的焊接温度信号同预先设定的温度加以比较, 并校核信号的有效性后, 自动地把焊接功率调高或调低来保持所需要的温度, 该装置能够最大限度地减少启动和停车时的废品。
3. 2 内毛刺清除装置的设置及清除效果的检测
锅炉管、热交换器管和汽车传动轴管、冷拔管坯等要求残留的内毛刺高度和形状较为严格。目前内毛刺清除装置主要是机械式和液压式; 其区别在于机械式用弹簧调节清除内毛刺刀架上下托辊(滑块)间距, 使其和管壁紧密接触并维持一定压力。液压式是通过液压缸的位移来达此目的, 比机械式优越之处是钢管壁厚变化, 和管壁接触压力恒定; 管坯接头处可以卸压, 上下托辊(滑块)和刀具不接触管壁, 减少刀具碰坏机会, 管坯接头可以在不停机的情况下顺利通过, 减少开口管的数量; 而且内毛刺清除稳定; 调整更容易。对内毛刺清除效果的检测有工业电视, 超声波检测, 测定内毛刺清除裝置的受力情况判定等方法。
3. 3 焊缝的在线超声波探伤和涡流探伤等检测技术
利用超声波垂直地或成角度地射入被检验的钢管内, 通过缺陷的反射或在有缺陷部位的衰弱判断的方法, 能检查出肉眼不可能发现的内部缺陷。有些生产用途重要的焊管机组, 也使用超声波探伤可以对坯料的夹层进行检查以及对焊缝检查。涡流探伤主要检查焊管内外表面的缺陷, 如弧坑、焊瘤等。
3. 4 焊缝的在线中频感应热处理
对于中高档焊管如锅炉管、油井管、高钢级的精密冷拔管管坯对焊缝或整个管体热处理。笔者认为焊缝局部热处理就能够达到平衡组织, 消除应力的目的。而且, 可以利用焊后余热, 缩短加热时间, 能耗较整体加热少。因此, 设置在线中频感应加热焊缝正火或淬火回火设备可以满足需要。从国外使用情况看, 在线中频感应加热焊缝可以达到60mm。对于表面质量要求高的, 材质易于氧化的合金钢管, 宜采用气体保护的光亮热处理。
3. 5 高钢级的焊接技术
对于合金锅炉管、X 70、N80 等焊缝质量要求高、易于氧化的材料, 应采用惰性气体保护焊接, 优化焊接参数, 选择合适的开口角, 保持平行对接, 选用第二种焊接现象的焊接温度。
3. 6 高刚度的薄、厚壁成型机架
排辊成型的粗成型部分采用许多小圆柱辊使带钢边部连续成型, 辊距小, 带钢边缘延伸小, 基本克服鼓包现象, 成型稳定, 适合于薄壁管。曼乃斯曼( 33~ 114. 3)mm X( 2. 0~ 7. 0)mm 直缘成型法, 大大缩短变形区长度, 让带钢自然成型, 使边缘拉伸尽量减少, 可生产T /D 为1% 的薄壁管。通过翘片辊可生产T /D≤10%厚壁管, 宁远钢厂引进曼内斯曼公司米尔厂的RN l20L 型就是代表。
EF成型法是开口孔工序中采用独特的边部弯曲和多辊组合成型方式, 用带有独特组合曲线的公共轧辊以生产较广范围的产品。该成型法的首架机架采用公用组合辊成型, 使带钢边部得到渐变的充分弯曲; 中部变形为立辊群集中变形, 减少划伤, 降低成型负荷, 通过封闭孔型规圆; 其成型稳定, 能够生产T /D≤10%的厚壁管。
其他还有CBR 成型法, CTA 成型法等。所有这些成型法, 都强调带钢边缘弯曲变形质量, 为焊接创造良好条件; 高刚度, 减小弹跳, 保证精度。
3. 7 焊管的深加工, 产品的高精度化
作为冷拔(冷轧)管坯, 焊管代替无缝管, 优势在于壁厚均匀, 管径精度高, 表面质量好, 可以选择合适的壁厚和外径, 尽可能减少加工道次, 提高效率, 降低金属材料消耗, 从而降低成本低。同时也为冷拔冷轧高精度, 高表面质量的缸体用管和汽车用管等提供了原料保证, 通过冷加工, 提高了机械性能, 获得高的附加价值。德国全部采用冷拔方法加工汽车用钢管, DOM 管是焊管产品深加工的一条出路。另一个是圆管通过辊式成型, 冷挤压成型和辊模拉拔成型等方式成型为异形断面钢管; 国外的液压成型技术使圆管成型为形状更复杂的异形管。
3. 8 计算机控制系统的应用
开发应用计算机辅助孔型设计和轧辊设计软件, 缩短产品开发周期, 灵活适应市场; 提高设计精度, 运用微机模拟能力, 更好把握钢管变形规律, 提高成功率。利用微机进行工艺参数的优化和处置及备品备件的管理, 从而进行工序的自动控制, 更换规格时, 采用计算机轧辊定位系统, 减少调整工作量,发挥计算控制制造过程的功能。利用计算机检测预报设备故障, 提高设备作业率。利用计算机集中控制和生产指挥, 动态把握生产进程, 减少在制品流程时间, 减少库存, 合理组织生产, 更快捷地满足用户需要。
4 技术改造建议
总而言之，焊管和无缝管各有千秋, 因为焊接及其控制技术的提高,通过无损检验和水压试验,有缺陷的焊管得以剔除,焊管的焊缝质量得到保证。清除内毛刺是焊管几何无缝化的重要内容, 现在技术也已经成熟。利用焊管产品的优势, 明确市场定位, 满足用户需求, 对于中小直径焊管机组技术改造提出以下建议:
(1)以低压流体和矿用流体输送作为产品方向, 在普通焊管机组的基础上, 增加涡流探伤装置和水压试验机。
(2)以冷拔用管坯和普通机械结构管作为产品方向, 在普通焊管机组的基础上, 增加内毛刺清除装置, 增加涡流探伤和超声波探伤。
(3)汽车用管等机械管作为产品方向, 普通焊管机组或高刚度、薄厚壁焊管机组. , 增加内毛刺清除装置, 增加涡流探伤和超声波探伤。也可以增加冷拔(轧) 机组或辊式成型异形管。国外的液压成型技术使圆管成型为形状更复杂的异形管。
(4)锅炉管、油井管、管线管、高精度结构管作为产品方向, 配置高刚度厚壁焊管机组, 内毛刺清除装置, 增加涡流探伤和超声波探伤, 增加在线或离线的焊缝局部热处理或钢管整体热处理。