油气输送管线用螺旋缝埋弧焊管的制造质量控制

论述了建立油气输送管线用螺旋缝埋弧焊管（SSAW）制造质量体系的重要性；从材料控制、工艺控制、焊接质量控制、钢管检验和试验等方面对SSAW制造质量控制进行了分析，并提出了建议。

随着我国石油天然气的大规模开发，我国油气输送管线建设亦掀起了一个新高潮。由于目前我国陆上开发的油气田大多处于边远也区，如西部的高寒地带、沙漠、戈壁滩等，近年来建设的油气输送管线其长度之长，输送压力之高，管线沿途地理、地质、气候等条件之苛刻，地形之复杂，管线管径、壁厚之大，在我国都是前所未有的。因此，对管线及管线管的质量要求趋于更加严格也是必然的。

油气输送管线的质量包括管线设计质量、钢管制造质量、管线焊接施工质量及防腐质量、管线运行管理质量等，其中钢管制造质量的优劣是关键环节之一。为能制造出符合设计要求、国家标准及企业标准要求的高质量管线钢管尤其是干线钢管，制管厂除须通过API、ISO 9000认证外，还须得到国家权威归口单位生产许可证发放认可，同时还需依据国内外相关标准、规范，在总结已往生产经验基础上，建立起一套适合本单位的钢管制造质量保证体系。在质量体系的运转中，需对影响钢管制造质量的关键环节进行严格控制。这样企业的质量管理才能更系统化、更科学化，钢管制造高可靠性、经济性的追求方能得到满足。

目前，根据我国国情并经国内权威机构科研试验证明，从管线的可靠性、经济性和实用性等因素综合考虑，油气长输管线在一般地段，采用焊接质量、生产效率均较高、成型简单、生产成本低的大口径、高钢级螺旋缝埋弧焊管（SSAW），不失为较佳的选择方案。本文仅对我国目前典型的油气长输管线用SSAW制造过程中的质量控制关键环节及控制措施提出一些看法和建议，以飨读者。

原材料控制

高质量的制管用板卷是保证钢管质量的基础。油气输送管线服役环境复杂、苛刻，为满足不同的管线设计要求，管线钢钢种、钢级较多，对板卷的质量要求也愈来愈高，因此对制管用板卷的管理亦要求严格。从板卷的订购，到材质的进厂复验（化学成分分析、力学性能试验等）、板卷的贮存、发放、使用等各个环节，均须严格按照工厂的质量体系的要求运作，以实现原材料使用的可靠性及可跟踪性。

1原材料到货检验

板卷进厂后，须按订货合同中的技术要求核对钢厂提供的材质证明书、合格证、化学成分分析报告，如订货合同有规定时，还应核对其金相组织照片、带状组织评定结果、晶粒度评定结果、非金属夹杂物评定结果等。各项指标符合要求后方可入库。入库后要编制入库号，建立材质档案，再将其按类别有序摆放。

2原材料质量抽检

须依照钢管制造厂质量体系的规定，按炉或批批抽样进行板卷化学成分分析复验、机械性能、金相组织（订货有规定时）的复验，确保板卷化学成分、碳当量、机械性能及金相组织等符合用户订货技术条件的规定。

3原材料发放

材料发放时，保管员、领料员、检验员三方须共同到场，确认材质及数量.

应发放手续齐备，记录齐全。

工艺控制

钢管制造厂应针对不同用户编制一套完整的工艺文件，以指导生产、保证质量、提高效率。制定了正确、合理的生产工艺后，关键是在生产过程中严格执行，对影响产品质量的每道工序的关键环节、关键岗位进行控制。

1焊管机组的生产前检查及准备

SSAW的成型和焊接是在自动化生产线上一次完成的，焊管机组必须长时间地连续运作，才能保证钢管成型质量及焊缝质量的稳定以及高效率生产。因此，生产前需对板卷成型设备及焊接设备进行认真检查，以减少生产中机械、电器故障的发生；检查焊剂自动供给和回收装置，以保证焊剂连续供给；还应做好焊接参数及焊接位置调试，焊丝表面锈蚀、油污清除等工作。总之，多方位采取防范措施来减少停车次数，是确保钢管焊接质量稳定的基本原则。

2板卷头、尾的质量控制

板卷头、尾部分如果在控轧过程中控制不当，则往往产生分层、夹杂、成分偏析等缺陷，其厚度偏差与板卷其它部位相比也较大.因此板卷连接时（多卷连续焊接生产），通常除需对距卷板端部2m范围内钢板切除外，还需对头尾切除后的卷板端部25mm范围内钢板进行超声波检测，检测合格后方可投料连接。

3“丁"字焊缝质量控制

卷板端部对接焊缝与钢管螺旋焊缝相交则形成所谓“丁"字焊缝。“丁"字焊缝焊接应力较大，因此钢管焊成后，对于管线质量要求严格的用户，“丁"字焊缝管段一般需切除掉。对于含"丁"字焊缝的订货，应严格按照用户订货技术条件或相应的技术标准（例如GB/T9711.197，API SL等标准）的要求进行检测，确保该部位焊接质量满足技术要求。

4板卷板边质量控制

为减少板卷“月牙弯"（或镰刀弯）“S形弯”及宽度偏差对钢管成型和焊接质量的影响，须对板卷两侧进行切割。该项工艺一般采用剪边、刨边和铣边方式，其技术含量和设备投资也由小到大递增。实践证明，板边的铣边工艺在保证板边坡口板宽几何尺寸控制方面明显优于前两者。因此，卷板两侧开坡口应首推采用铣边工艺，以提高坡口尺寸精度和焊接质量。

5钢管成型质量控制

钢管成型前，板卷两侧应采用预弯机预弯，以减小钢管成型后的“暖嘴”。

板卷不可避免地存在着厚度偏差及宽度偏差，其会引起钢管成型的尺寸偏差及焊缝间隙尺寸的误差，进而影响焊接质量。因此钢管成型过程中，需采用自动跟踪及自动控制技术，对钢管成型角进行徽调，以保证成型质量。

6管端扩径质量控制

为改善管端圆度和尺寸精度、降低管端焊接残余应力以及使管线焊接施工时对口准确、方便，通常采用冷扩径工艺对距钢管管端300mm范围内钢管进行扩径。最大扩径量一般控制为1.5%，扩径量过大，将降低焊缝的冲击韧性。扩径段与未扩径段应平滑过渡以避免应力集中的产生。

冷扩径前，距管端至少150mm范围内的内外焊缝余高均须磨去，以便于管线施工焊接时对口器正常工作。去除余高的焊缝应与相邻管体表面相对光滑过渡。

7钢管表面质量控制

钢管内外表面应清洁光滑，钢管表面过多的锈蚀及所粘附的飞溅、油脂、焊剂、低熔点金属等杂质均须清除。管体上深度小于公称壁厚5%的缺陷允许存在，但对能引起应力集中的缺陷如尖缺口、谐痕、划痕等应全部磨去。磨削时应注意，剩余钢管壁厚不得小于公称壁厚的95%，否则将影响钢管的承载能力。不允许采用重新扩管或锤击的方法修理凹痕，也不允许在管体上采用焊接方法修补缺陷，以避免应力集中的产生。

焊接质量控制

SSAW的焊接质量对钢管的性能与寿命起着决定作用.因此，焊接质量的控制是钢管制造质量控制的关键。

1焊工资格认定及管理

从事SSAW焊接的焊工，必须按照API SL规定以及国际上通用的焊接资质考核规定，根据实际工作内容（焊接方法、焊接位置、所焊管材钢级等），通过资格审定及资格认定，取得焊工资格证书及上岗证后方可上岗，并且只能在资格证有效期内承担所规定项目的焊接工作。此外，业主认为有必要时，在钢管制造之前，可要求对钢管制造厂个别焊工进行实际焊接抽检考核，也可对所有焊工尤其是对补焊焊工进行焊接工艺考核。焊工所有考试记录及考试报告均要存档。

2焊接材料的管理

钢管制造厂应建立严格的焊接材料验收、保管、烘干、发放和回收制度。

所购焊材应具有焊材制造厂提供的质量证明书和产品合格证，且标识清晰。购进的焊材除须进行资料核查、外观质量检验外，对焊丝、焊剂还应进行取样复检（化学成分分析、力学性能试验等），验收合格后方可登记入库。

一般应设置焊材一级库、二级库。一级库负责焊材的贮藏及其向二级库的发放。库房应具有保温、通风、除湿设施，以保证贮藏环境达标。焊材入库、发放手续及记录应齐全；二级库负责焊材向焊接机组的发放及焊条、焊剂的烘干。要根据领料单发放焊材。从一级库领取焊材及向焊接机组发放焊材的收发日期、牌号、规格、批号、数量和领料机组编号等要详细记录。二级库除库房温度、湿度需达标外，还需对焊条、焊剂的烘干、保温设备定期检修，以保证其正常运行。各种焊条、焊剂的烘干温度及烘干时间须严格按照其使用说明执行，且需有焊条、焊剂烘干记录。

3焊接工艺评定

制管开始前，须按照API SL及相关焊接标准（例如：AP 1104）要求，制定详细的焊接工艺指导书，完成制管焊接工艺的评定。评定包括螺旋缝的焊接工艺评定和钢管对接焊缝的焊接工艺评定两种。焊接工艺评定试验项目主要包括：拉伸试验、导向弯曲试验、夏比冲击试验、焊接接头宏观组织及微观组织评定、维氏硬度测定等。焊接工艺评定试验结果记录及评定报告要存档。对于需修补的钢管，修补前还须进行补焊工艺的评定。

4焊接工艺及焊接操作

（1）焊接工艺规范的编制焊接工艺规范应以焊接工艺评定报告为依据，结合焊接生产经验和实际焊接条件编制。焊接工艺规范应注明：管材钢级、管径和壁厚范围、焊接接头型式及尺寸、焊材牌号及规格、焊接方法、工艺参数、电特性以及焊接顺序、焊接位置、焊丝倾角、焊丝偏心值、焊丝间的间距（多丝焊时）、设备要求、焊接环境要求、检验方法及合格标准等。焊接工艺规范包括：螺旋缝焊接工艺规范、钢管对接缝焊接工艺规范、补焊焊接工艺规范及卷板对接缝焊接工艺规范等。

焊接工艺规范中主要要素变更时，应对焊接工艺重新评定。

焊接过程的质量控制

①焊工焊前要做好以下工作：核对焊材型号与规格及检查其外观质量，检查焊机工作状况，调试焊接参数，清除焊丝表面油、锈、污物等；焊接时应严格按照焊接工艺规范操作；焊后应对所焊焊缝进行自检。钢管生产记录中要注明焊工代号，以便于焊缝质量跟踪；②焊接技术员要组织好焊接工艺的宣贯工作，还应负责焊接工艺实施的检查，并及时处理技术和质量问题。焊接检验员应监督焊接工艺的实施；3钢管螺旋缝的焊接分内焊及外焊，在埋弧焊自动化生产线上一次完成。内焊时为上坡焊，易形成中凹焊道；外焊时为下坡焊，易形成中凸焊道。为得到良好的焊缝形状及避免焊瘤、未焊透、咬边等缺陷，焊接时必须对工件斜度、焊丝倾角、焊丝伸出长度、焊丝间距及焊接电流、电压、焊速等工艺参数严格控制；④钢管螺旋缝的焊接应采用焊缝自动跟踪及自动控制技术，以保证焊缝定位准确和覆盖优良：⑤钢管螺旋缝埋弧焊时不允许采用铜垫板，以防止低熔点金属污染钢管，导致金属胞化开裂。

焊接补焊工艺控制钢管螺旋缝内焊及外焊后，须对内、外焊缝全长进行100%在线自动化无损检测且对显示缺陷的焊缝采用原拒收检测方法复检。检测后，对于存在尺寸、数量大于API SL及相关企业标准规定焊接缺陷的钢管须切除；对于存在尽寸、数量小于标准规定焊接缺陷的钢管须修补。

修补时应注意：补焊长度不得小于50mm，以免拘束度过大而产生应力集中；两修补处最小间距为管径的一半，总修补长度不得超过管长的15%，6m长的焊缝上修补部位不得超过两处，焊缝同一位置修补不应超过两次，以防止局部过多的热输入引起钢管较大变形及组织改变；距管端300mm长度范围内的焊缝不允许修补，以防止管端热变形而影响管线对接环焊缝的焊接质量；冷扩径后不允许修补，否则焊接热量会影响冷扩径效应；补焊时应预热并采用低氢焊条，以防止焊道下裂纹的产生。

对接钢管技术要求订货合同若允许对接（拼接短管管，则钢管对接时应注意，两根对接短管管端的螺旋焊缝相距不得小于160mm，且不小于钢管圆周的25%，以避免形成十字接头，引起三相应力，或钢管局部反复加热，热影响区重叠，导致焊接应力增大及接头机械性能下降。为尽量减少对接焊缝数量，用于拼接的短管长度应不小于3m。

5焊缝质量检验

焊缝质量检验主要有焊缝尺寸检查、外观质量检查、焊缝内部质量的无损检测及焊接接头力学性能试验、金相组织检验、焊缝金属化学成分分析、残余应力测定、抗HIC性能试验等。其中后5项试验为破坏性试验，应按照用户订货技术条件、API SL.及相关企业标准规定的试验频率抽检。

钢管螺旋缝内、外焊后，须对焊缝全长进行100%在线自动超声波检测或在线X射线动态检测。采用自动超声波检测时，焊缝两侧需布有探伤探头阵列，以提供足够的检测通道，保证钢管在生产线上通过时，可对内、外焊缝整个厚度方向进行全面检测。在线自动化无损检测设备应配有声、光自动报警系统及喷标系统，并具备记录功能，以实现对检测显示缺陷大小、位置的跟踪。对于在线自动化无损检测中显示缺陷的确认，应采用手动超声波或X射线拍片或灵敏度达到2%的X射线静态图像检测。

钢管检验和试验

1检验、试验内容及检验准备

在整个钢管生产过程中，除需要对每根钢管进行形状偏差、尺寸偏差、重量、表面清洁状态的检查，管体、焊缝和管端的外观质量检查，管端坡口尺寸的检查，焊缝和管端的无损检测，钢管静水压试验外，还应根据API SL及订货技术条件规定，按一定试验频率进行如下内容的破坏性试验，其中包括：熔炼分析、产品分析等化学成分分析试验；拉伸、导向弯曲、夏比冲击试验、落锤撕裂试验、维氏硬度测定、残余应力测定等力学性能试验；静水压爆破试验；焊接接头宏观组织、微观组织评定；抗HIC性能试验等。在钢管正式生产前，要进行首批检验；在产品制造期内，须按标准规定时间或批次间隔进行控制试验及出证试验。

在检验工作开始前，所有检验设备、仪表及量具须经计量部门按照有关标准校准，且只能在校准期内使用。

2无损检测

在SSAW生产中，无损检测工作权重很大，直接影响着钢管产品的质量。无损检测工作贯穿钢管生产的整个过程，其检测方法、项目、范围及检测比例须按照用户订货技术条件和相应的行业标准（AP SL标准、GB/T 9711.1-1997标准等）进行，现行通用的检测方法和范围为：卷板端部及卷板边缘25mm范围内100%在线自动超声波检测；卷板中部面积或管体面积至少25%在线自动超声波检测；螺旋焊缝全长100%在线自动超声波检测或在线X射线动态检测；静水压试验后，螺旋焊缝全长100%超声波检测或X射线检测；管端冷扩径后，距管端300mm范围内的焊缝100%超声波检测；管端端面100%分层缺陷超声波检测或渗透、磁粉检测；钢管对接环焊缝、钢板对头焊“丁"字焊缝、修补焊缝100%手动超声波或X射线拍片或X射线静态图像检测。

检测时应根据自动化检测设备的设计特点，充分考虑到可能的检测盲区，对盲区应采用合理的检测方法予以补充检测。例如：在线超声波检测存在盲区时，则至少应在距管端300mm范围内采用手动超声波检测；在线X射线动态工业电视检测存在盲区，则至少应在距管端250mm范围内采用X射线拍片或灵敏度达到2%的X射线静态图像工业电视进行检测。

对钢管管体及卷板，须采用多平行带或格子扫描方式进行检测，扫描至少应能覆盖面积的25%。

无损检测人员须按照GB/T 9445-1999或ASNT-TC-1A要求进行资格鉴定与认证。获得无损检测资格证书的人员方可进行证书所规定项目的检测工作。要严格执行检测的初评和复审制度，以保证检测的准确性。检测纪录及检测结果报告要完整、准确并收存于产品质量档案中，以实现产品的可跟踪性。

无损检测用仪器、设备应完好，性能应达标。需制定无损检测设备校验规范且按其定期对检测仪器、设备进行校验。

无损检测检验方法、检验标准及合格级别的确定应按API SL及用户订货补充技术条件进行。

结束语

在SSAW的生产过程中，建立钢管制造质量体系并严格执行，实行国际上通用的驻厂监造制度，则把钢管产品结果管理变为制造过程的质量管理。从预防不合格产品的产出入手，对影响钢管制造质量的关键环节层层把关，使用户订货技术条件、国家标准、行业标准、企业标准落在实处。这样，企业的质量管理才能更具现代化、科学化特点，钢管制造质量才能稳步提高，满足用户管线设计技术标准，达到国际先进水平平。