大直径不锈钢焊管制造技术及产品应用

1979年当我国刚刚起步研究开发不锈钢焊管生产时,日本不锈钢焊管年产量已达到4万t,当时列入美国材料试验学会A STM有关不锈钢焊管的国家标准为12项。到了1999年,日本不锈钢焊管年产量已超过16万t,而列入美国A STM的有关不锈钢焊管国家标准则已增加到24项,如表1。可见不锈钢焊管生产在过去20年里在工业发达国家有了长足的发展。我国也从无到有建起了几十家专业生产厂商并达到了相当的年产量。但我国绝大部分不锈钢焊管厂均为生产Á219mm以下小直径不锈钢焊管的连续滚轧成形生产线。而工业部门,特别是石油化工、核电等工厂建设所需规格远大于这一限度。实际上,美国早在1957年就已在A STM标准中专门制订了大直径不锈钢焊管的国家标准,即目前的A STM A 409öA 409M-95的最早版本A STM A 409—57。此外,A 312öA 312M—95,A 358öA 358M—95,A 790öA 790M—95,A 813öA 813M—95,A 814öA 814M—96,A 928öA 928M—94,A 954—96标准中均包括大直径焊管范围。以上这些标准中都根据美国不锈钢管国家标准(AN SIB36.19—1965)规定标准的不锈钢管最大外径为Á762.00mm(无尺度管子大小30号),见表2,但现行这些涉及大直径不锈钢焊管的标准规范均表明,其它尺寸规格的非标准管子都可以按相关标准规范要求生产供货,只有A 778—90(1995)规定外径范围可达48in。因此实际上尺寸规格是并无限制的,表2所列仅为标准化主流规格而已,见表2注D。

为适应我国现代化工业发展之需求,浙江久立集团不锈钢管有限公司于1995年起步建设大直径不锈钢焊管生产车间。1996年底投产至今已生产Á168×3～1118×14mm大直径不锈钢焊管约2500t,产品已先后供给广东大亚湾核电站、上海金山石化、高桥石化、北京燕山石化、浙江镇海炼化等单位应用。不仅填补了我国大直径不锈钢焊管生产的空白,而且取得了良好的经济效益。本文简要介绍大直径不锈钢焊管制造技术要点及产品质量控制途径。

大直径不锈钢焊管制造技术特点

针对大直径不锈钢焊管用户要求的尺寸规格种类繁多,而每种规格产品批量不大的特点,同时也考虑到厚度超过3～4mm以上宽幅不锈钢卷带供货上的困难。我们认为大直径不锈钢焊管不宜采用连续滚轧成形的生产方式,而宜采用RBE、UO E或JCOB法按定尺分段焊制。从工厂实际情况出发,我们设计了如下的分段焊管制造技术:

下料

采用等离子切割,必要时辅以机械刨边机进行边缘坡口加工。

辊弯成形

采用专门设计的6000宽幅三辊辊弯机床进行管子成形。

整形

以上宽幅辊弯成形管坯难免有鼓形及接缝歪斜等缺陷,为此设计了专用整形压力机进行分段压力整形,以确保管坯平直度和接缝平整度。

焊接

在专门设计的自动焊管机床上进行以上所得管坯纵缝自动焊接。上述美国A STM标准规范中凡涉及大直径不锈钢焊管制造的大多要求采用机械化或自动焊方法,但并不指定具体的焊接方法,有的甚至明确规定也允许采用双面焊接(A 813öA 813M—96)。我们根据多年来研究采用了比较先进的等离子弧焊方法,因为这种方法有可能实现壁厚8mm以下不锈钢单面一次焊透成形,对于壁厚8mm以上不锈钢则可在开较小坡口条件下用单面2～3次焊道完成。所采用焊机及焊矩由上海电焊机厂或法国SA F公司生产;电源选用美国M iller公司生产的晶闸管整流恒流型标准电源;焊接行走采用装载管坯的大车(机架)行走(焊矩固定)式或夹持焊矩的小车行走(管坯固定)式两种焊速控制方式。两种自主设计的机型均设置了焊矩高度自动跟踪的A vC控制,即电弧电压恒值控制,以及焊接速度和焊接电流的恒值控制,上述恒值控制均由过程计算机监控。图1为所采用的控制系统方框结构图。三年多来的生产实践表明,所设计系统虽然也出现过一些问题,但基本满足了多品种多规格、小批量大直径不锈钢焊管生产及焊缝质量控制要求。主要不足之处是焊管过程必须要求焊工目测监控,以及时校正焊矩横向位置保证等离子弧对准管坯接缝中心。这一自动跟踪控制是早就在研究之中的课题,只因技术上遇到不少困难,以致至今未能在生产中得以应用。这是目前急待解决的难题。

大直径不锈钢焊管的焊缝质量保证

为了确保所生产大直径不锈钢焊管的质量,我们在生产过程中特别抓住以下环节:

(1)材质检验按照进厂原材料的质保书严格进行材质成分及机械性能复验。

(2)焊工培训考核使焊工牢固树立产品质量意识,定期对焊工操作水平进行考核。

(3)焊缝质量检测在严格焊缝外观检验基础上,目前产品最终质量都采用X光拍片作为用户验收依据。拍片率可按用户要求定为焊缝长度的20%～100%。表3列出了1996～1999年所生产部分大直径不锈钢焊管产品X光拍片合格率。可见焊缝质量是极为理想的。

按照用户合同要求,焊缝质量也可以参照A STM有关标准(例如A 409öA 409M—95、A 813öA 813M—95),通过焊缝横向拉伸试验、横向反弯曲试验、水压试验、耐腐蚀试验等方法作为焊管质量检验或验收交货依据。

小结

(1)采用切割下料—辊弯成形—压力定形—纵缝焊接四工序定尺分段焊制方法是大直径不锈钢焊管生产的合理制造技术。浙江久立集团久立不锈钢管有限公司在1997～1999年间已经用这种技术流程生产了(Á168×3～1118×14)×6000多规格大直径不锈钢焊管约2500t。证明这种制造技术比之连续滚轧成形方式不仅初期投资和生产成本都比较低,而且特别适用于多规格、小批量的生产。

(2)等离子弧焊是壁厚3～14mm大直径不锈钢焊管生产理想焊接方法。壁厚8mm以下用等离子弧焊可以实现单面一次焊透双面成形;壁厚8mm以上只需开小V形或U形坡口,然后用1～2道加填充丝的盖面焊道完成单面焊接。为了保证均匀焊透质量,合理选择焊接电流、电弧电压即焊矩高度、焊接速度及等离子气流量等主要能量参数并在焊接过程中保持恒定的预置值是十分重要的,为此设计的计算机多参数监控系统经生产实践考验证明是有效的。

(3)严格的质量管理是保证大直径不锈钢焊管焊接质量的前提。通过严格复验原材料品质,加强焊工培训考核以及严格焊缝外观检验等措施,焊缝X光拍片合格率保持在100%,其中一级片为84%～100%。产品已经上海金山石化、上海高桥石化、广州威达高纸业有限公司、山东齐鲁石化、浙江镇海炼化、广东大亚湾核电站(岭澳核电有限公司)、南京化工机械厂等用户使用,均获得满意效果。

(4)焊缝跟踪自动控制是大直径不锈钢焊管生产有待解决的课题。