高质量不锈钢直缝焊管制造流程及技术

本文介绍了高质量不锈钢无缝焊管的制造流程、工艺特点，各工序采用的制造技术。简要介绍了使用的设备类型及工作原理。以及各工序的关键质量控制点。

１高质量不锈钢直缝焊管制造流程

原材料→开卷→管坯成型→连续焊接→焊缝整平→在线热处理→定径精整→在线探伤→定尺切割→矫直→压力测试→清洗干燥→成品检查→包装

２工序制造技术详细设计

２.１原材料

高质量不锈钢无缝焊管使用的原材料为冷轧不锈钢带材，要求表面质量状态达到ＢＡ级别。钢带边缘整齐，不能有毛刺，镰刀湾、波浪等影响焊机质量的缺陷。钢带内部不能有结疤、分层、杂质等缺陷，钢带需在氢气保护气氛下进行光良退火处理，表面不能存在氧化现象。钢带物理性能、化学成份必须满足要求。

钢带人厂使用前，必须对钢带进行详细的检验。检验项目包括：带刚厚度、带刚宽度、带刚边缘质量状态、外观。物理性能检验包括：拉伸强度、屈服强度、延伸率，必要时，要对带刚的晶粒度进行检查。检验合格后才可以用于焊管生产。

２.２开卷

钢带在进行进入焊管机组前，需要使用钢带开卷机展开钢带，比较后的钢带，需要增加矫平机构对钢带进行矫平处理，确保在钢带在平直状态下进入焊管机组的成型部位，顺利完成钢带的弯曲成型。

２.３管坯成型

使用连续辊弯成型设备，对钢带进行连续辊弯变形，制成开口管坯。钢带需通过焊管机组的导入模块、粗轧模块、闭合模块几个功能模块的共同作用，每个模块分别使用不同类型的轧辊实现对钢带不同部位的弯曲成型，最终将钢带由平面逐渐弯曲，形成开口管坯，做好焊接成管的准备。连续辊弯成型设备一般是由９组平辊，平辊中间间隔８组立辊组成，前面的４平辊和４立辊为粗轧道次，主事对钢带进行弯曲，剩余的属于闭合道次，完成钢带的闭合形成管状。

轧辊的设计目前已经可以使用专用的轧辊设计软件进行精确设计，其中使用比较广泛的，功能比齐全的设计软件是德国ＤＡＴＡＭ软件公司开发出的轧管机辊型设计软件。该软件以ＡｕｔｏＣａｄ为基础，通过对每个辊弯成型轧辊的精确设计，实现精确的成型控制，并且通过该软件自带的变形分析功能，通过模拟钢带的变形过程，在设计过程中消除潜在的引起焊接缺陷的变形问题，提前进行优化设计。

２.４连续焊接

钢带经过连续辊弯成型机组后，制成开口管坯。使用ＴＩＧ焊接设备，进行连续焊接，制成圆管。ＴＩＧ焊接的最大优点是焊道平整，没有飞边和毛刺。

焊接过程中使用氩气作为保护性气体，防止焊缝凝固冷却前与氧气接触发生氧化。将氩气通入管内部起到保护内部焊缝的作用，通入焊机的氩气用于保护钨极。在熔池周围形成氩气保护层，保护熔池和焊缝不发生氧化。

焊接过程要求必须焊透，不能存在虚焊、偏焊、咬边、结疤等焊接缺陷，这些焊接缺陷在管材承受高压时会发生泄露风险。

焊接过程属于自熔焊，没有填料，在焊缝处会发生减薄现象，焊缝处壁厚减薄量不能超过管材壁厚的１０％，否则会降低焊缝处的强度。

２.５焊缝整平

由于焊接电流的冲击力和重力的影响，造成管内部焊缝出现突出，外部焊缝也会出现凹陷，这些问题如果使用在普通低压流体环境中，不会产生影响。如果使用在高温、高压、高速流体环境中，会引起使用问题。必须使用专用焊缝整平设备消除此缺陷。

焊缝整平设备的工作原理是：在焊管内设置一根比管内径小０.２０ｍｍ的芯棒，芯棒通过钢丝绳与气缸连接。通过气缸的动作可以将芯棒固定的特定区域内移动。在芯棒长度范围内，使用一组上下轧辊，垂直于焊缝位置进行往复运动轧制焊缝。在芯棒与轧辊的轧制压力下，消除突起和凹陷，使焊缝处的轮廓与管轮廓平滑过渡。

在进行焊整平处理的同时，焊缝内部的粗大晶粒组织会被压缩，还会起到增强焊缝组织密度，提高强度的作用。

２.６在线热处理

钢带进行辊弯成型过程中，会产生加工硬化，不利于管材的后期加工，特别是进行弯管加工。焊接过程中，焊缝处会产生粗大的晶粒组织，在焊缝处会存在焊接应力，特别是在焊缝与母材连接处，由于不同的组织形态，会在后期使用过程中造成开裂隐患。需要使用热处理设备消除加工硬化、细化晶粒组织。

目前常用采用的热处理工艺为氢气保护气氛下的光亮固溶处理，将不锈钢管材加热到１０５０。以上，经过一段时间的保温，是内部组织形态发生转变，形成均匀的奥氏体组织，在氢气气氛保护下，不发生氧化。

采用的设备为在线光亮固溶（退火）设备。设备与辊弯成型机组连接，在焊管同时在线进行光亮固溶处理，加热设备采用中频或高频电源进行快速加热。通入纯氢或氢氮气氛进行保护。退火后的管材硬度控制在１８０±２０ＨＶ既可以满足后期加工和使用要求。

２７定径精整

焊管的外径尺寸，在焊接和热处理过程中焊管会发生变形，造成外径尺寸无法满足使用要求，需要进行定径精整。通常使用的定径精整机组由４组平辊和４组侧辊组成，平辊设计成平椭圆形（或圆形），侧辊设计成立椭圆（或圆形）。定径量依据管外径和壁厚的不同，一般情况在０.２０～０.５０ｍｍ范围内。经过定径精整后管外径公差可以控制在±０.０５ｍｍ以内，完全可以满足使用精度要求。

２.８在线探伤

由于承受一定压力，并且需要一定的可靠性，焊缝仅依靠压力检测很难检测出焊缝内部缺陷，焊缝质量控制需要更高灵敏度和可靠度的焊缝检测设备，满足焊缝的质量控制。目前比较成熟和普遍使用的是在线涡流探伤或者超声波探伤，期特点是灵敏度高，实时在线进行１００％检测。操作者可以根据报警信息随时对焊接状态进行修正，减少不合格品的生产，并且配合在线标记系统可以对缺陷部位进行标记，通过使用分选系统还可以将缺陷产品自动隔离，实现过程控制。

２.９定尺切割

使用在线定尺切割设备，依据客户要求的长度，进行定尺切割，可以采用旋切（无屑）技术，与有屑切割相比，无屑切割具有没有切割毛刺的特点，在后期可以不进行端口的去毛刺，节省制造成本的同时不会产生切屑，不会对管内部造成污染，利于焊管的内部清洗。

在无屑切割过程中，机台沿着生产线方向，与管材的速度同步。夹紧装置夹紧管材，切割刀片以焊管为轴心旋转，同时，在气缸或者液压缸的作用下，缓缓向径向移动，逐渐对管壁施加压力，直至将管壁切断。

２.１０矫直

辊弯成型机组生产的焊管直线度还无法满足使用要求，一般对此类焊管的直线度需要控制在０.１０／１００ｍｍ。需要使用矫直机对焊管进行矫直，达到所需产品要求。

２.１１压力测试

使用自动静态水压试验机，对焊管进行耐压测试，上料、冲水、压力测试、下料全部自动完成，保压一定时间后通过压差法分选处不合格焊管。

２.１２清洗干燥

焊管在完成机械加工后，需要进行最后的清洗和干燥，清除管材内壁或者外壁上残留的冷却液、油污等污染物，然后使用进行热风烘干，防止运输和储存过程中产生锈迹。

２.１３成品检查

完成所有工序后，在包装发货前，要对最终产品进行一次质量抽检，抽检的主要项目包括，外径尺寸、直线度、长度、外观，机械性能方面主要是屈服强度、拉伸强度、硬度，同时抽检进行爆破试验，检查管坯爆破的最低压力值是否满足客户要求。

２.１４包装

对检查合格后的产品进行包装，做好焊管的防护，防止储存运输中产生划伤和碰伤，造成使用中的隐患。对管两端进行封口，防止尘土、砂石或者小动物进人管内。

３结束语

随着管材市场的用量不断增长，特别是一些高端领域，对低成本和高质量不锈钢管材的需求更加强烈，使用成熟的辊弯成型机组，进行焊管生产，使用先进的焊缝质量检测方法和设备确保质量，生产出的高质量不锈钢直缝焊接钢管在成本、质量、可靠性、可靠性、节能环保等方面将会逐渐占领不锈钢无缝管的领域，具有很高的经济效益。