大型直缝埋弧焊管的应用及制造工艺现状

大型焊管制造业发展现状

目前，全球在役油气管道约3800条，总里程约1961300 km，其中原油管道总里程约376400 km，成品油管道总里程约307420 km，天然气管道总里程约1262500 km，天然气管道最长，约占总里程的64.87%。但是受全球经济体增速放缓大背景的影响，全球油气管道建设趋于减缓。同时，受地缘政治的影响，全球各地区油气管道建设发展呈现不同态势。未来全球油气管道建设投资将主要集中在天然气管道和海底管道，这给管道工程带来新的机遇，同时日趋恶劣的建设环境也对管道质量提出了更高的要求。

受钢管机组生产的管径限制，热轧无缝钢管的直径最大约φ750mm，电阻焊管的直径最大约φ660mm，均属于中小直径管。螺旋埋弧焊管以较窄的热轧钢带卷螺旋成型大管径管件，然后采用高频电阻或埋弧焊接成形。螺旋埋弧焊管曲面焊接导致的焊缝缺陷较大，且因缺少扩径工序导致的残余应力较大，用于油气输送管线面临严峻的市场考验。直缝埋弧焊钢管以高质量的宽厚板为原料，辅以成形工艺和焊接方法，适用于长途油气管运输以及在严寒地带或深海底辅设管道的要求，应用最为广泛。

1940年，美国首先建成了大型直缝焊管UOE型机组。以该机型为主，到70年代末，全球共建近30套大型直缝焊管机组，集中于美、日、欧等发达国家。80年代后，受全球经济影响，发达国家基本停建UOE机组，而是以技术改造为主，生产高质量特殊要求的长距离油气输送管道。新世纪前后，伴随全球油气能源开采市场的大幅崛起，新兴经济体国家和一些其他发展中国家纷纷兴建大型直缝埋弧焊管机组，其中以中国新建机组最多，俄罗斯新建了单产较大的UOE型和JOCE型机组，伊朗、韩国、印度等都先后建成RBE型机组及少数JCOE型机组。

我国大型直缝埋弧焊管机组建设的特点是起步晚、发展快。广东番禺珠海钢管公司在1998年利用澳大利亚二手设备投产了我国第一套HU-METALl型焊管机组，又于2002年利用美国二手设备改造建成了我国第一套UOE型焊管机组。随后，在不到十年内，国内投产了30多套UOE/JCOE/RBE焊管机组，年产能达到700万吨。其中，RBE成型机组规模较小，产品质量较差，并未得到大力发展。

制管生产线工艺分析

大型直缝埋弧焊管以宽厚板为原料，利用不同工艺成形开口管坯，再经焊接、扩径等工序制成焊管，工艺流程见图1-1。其中，钢板探伤、边缘处理以及成型后的内外埋孤焊、超声波检查、扩径等工序在不同生产方法中基本大同小异，关键是管筒成形工艺不同。大型直缝焊管生产机组中经常采用的成型工艺有UO/UOE（模压成形），JCO/JCOE（渐进式模压成形）和RB/RBE（辊弯成形）。

UOE成形工艺

UOE（U-press;O-press;E-Expanding）工艺采用模压成形法，可生产直径406-1625mm、壁厚6-44.5 mm、长度12-18 m的直缝埋弧焊管。图1-2为直缝埋弧焊管UO成形工艺的流程图，即将探伤合格后的钢板两边切成坡口，然后用C型压力机将钢板边缘弯曲到接近制品曲率，再用U型压力机将钢板压成U型，O型压力机冷成型为O型。成形后再经定位焊、双面焊后，进行约1%的扩径，以提高截面圆度、减小焊缝残余应力。

在O成形阶段，管件周向产生压缩变形，可以均匀管件内部应力分布、提高管体的抗压溃性，这是UOE成型区别于其他成型法的重要标志，也同时要求O型机可以提供很大的压力。如宝山钢铁股份有限公司UOE机组的O型机压力达到70000t。UOE成形法是国际公认的最先进的直缝焊管成形方法之一，其生产过程稳定、操作简便、效率高（一般生产能力为32-60根/小时）、产能高、制品品质好。但是其全套生产线大约为15-30亿元人民币，投资成本过高，且对于小批量、多种规格的钢管生产，UOE成形的调整时间长，灵活性较差。

JCOE成形工艺

JCOE成形是将UOE成形分解，用多步弯曲代替一次模压成形，以减小成形压力。直缝埋弧焊管JCO成形原理图如图1-3所示，首先将经过预弯的板料一侧置于弯曲模具中，经多道次步进冲压，成形“J”形管坯，其圆弧段曲率与成品相近；然后将板料的另一侧成形为与之对称的圆弧，板料断面形成“C”形；最后压制板料中间，进行对称弯曲，将“C”形压成开口的“O”形；后经焊接、扩径等工序得到管件。

相比UOE成形工艺，JCOE成形通过渐进式压力成型，采用1台吨位较小的压力机替代了U成形机和O成形机，降低了设备吨位，简化了成形机组，减少了投资成本，适合中等规模企业。同时，JCO成形的生产方式灵活，可生产各种批量、各种规格的产品；制品的壁厚及规格范围都大于UOE成形方式；钢板在整个成形至机械扩径过程中始终处于受拉伸状态，产生的Bauschinger效应小，材料强度得到充分利用。但是JCOE成形方式生产率较低，自动化控制水平没有UOE成形工艺高；成型后管坯开口较大，容易错边，且管内张力差异及焊后应力较大；成型后管件是带直边段的近似圆，必须通过扩径，提高尺寸精度，消除内应力；而且机组无压缩功能，管体残余应力较大，制品的屈强比较高。

RBE成形工艺

UOE制管机组的成本很高，一般的中小型企业难以承受，因此在RB（RollBending）基础上辅以预精焊和扩径技术开发了RBE（Roll Bending and Expanding）新工艺成形管线管，工艺原理如图1-4所示。该工艺利用三点弯曲原理，将钢板在三个或四个成形辊间进行辊弯成型，然后将得到的开口管坯进行双面埋弧焊接。通过调整上、下辊的位置可得到不同的弯曲曲率，增加成形前的预弯或成型后的后弯可以减小管件开口处的直线度，提高尺寸精度。RBE成形工艺简单，设备投资小，生产灵活性大，且产品可以与UOE焊管的使用性能相媲美。目前RBE成形可生产X80级焊管，壁厚范围为6.4-40mm，管径范围为406-2032mm，长度范围为6-12.2m，效率可达20根/小时，新式RB成型机已在伊朗得到应用。

综合对比大型直缝焊管的三种成形工艺及制造机组，它们各有千秋。其中，UOE成形的效率最高、制品质量最好；JCOE成形的适应能力强、适用范围广、投资成本低；RBE成形技术进步巨大，在海洋工程领域应用前景广泛。