高質量不銹鋼直縫焊管制造流程及技術

■郭鐵軍，呂華英 ■錦州美聯橋汽車部件有限公司，遼寧 錦州 121000

1 高質量不銹鋼直縫焊管制造流程

原材料—開卷—管坯成型—連續焊接—焊縫整平—在線熱處理—定徑精整—在線探傷—定尺切割—矯直—壓力測試—清洗干燥—成品檢查—包裝

2 工序制造技術詳細設計

2.1 原材料

高質量不銹鋼無縫焊管使用的原材料為冷軋不銹鋼帶材，要求表面質量狀態達到BA 級別。鋼帶邊緣整齊，不能有毛刺，鐮刀灣、波浪等影響焊機質量的缺陷。鋼帶內部不能有結疤、分層、雜質等缺陷，鋼帶需在氫氣保護氣氛下進行光良退火處理，表面不能存在氧化現象。鋼帶物理性能、化學成份必須滿足要求。

鋼帶入廠使用前，必須對鋼帶進行詳細的檢驗。檢驗項目包括:帶剛厚度、帶剛寬度、帶剛邊緣質量狀態、外觀。物理性能檢驗包括:拉伸強度、屈服強度、延伸率，必要時，要對帶剛的晶粒度進行檢查。檢驗合格后才可以用于焊管生產。

2.2 開卷

鋼帶在進行進入焊管機組前，需要使用鋼帶開卷機展開鋼帶，比較后的鋼帶，需要增加矯平機構對鋼帶進行矯平處理，確保在鋼帶在平直狀態下進入焊管機組的成型部位，順利完成鋼帶的彎曲成型。

2.3 管坯成型

使用連續輥彎成型設備，對鋼帶進行連續輥彎變形，制成開口管坯。鋼帶需通過焊管機組的導入模塊、粗軋模塊、閉合模塊幾個功能模塊的共同作用，每個模塊分別使用不同類型的軋輥實現對鋼帶不同部位的彎曲成型，最終將鋼帶由平面逐漸彎曲，形成開口管坯，做好焊接成管的準備。連續輥彎成型設備一般是由9 組平輥，平輥中間間隔8組立輥組成，前面的4 平輥和4 立輥為粗軋道次，主事對鋼帶進行彎曲，剩余的屬于閉合道次，完成鋼帶的閉合形成管狀。

軋輥的設計目前已經可以使用專用的軋輥設計軟件進行精確設計，其中使用比較廣泛的，功能比齊全的設計軟件是德國DATAM 軟件公司開發出的軋管機輥型設計軟件。該軟件以Auto Cad 為基礎，通過對每個輥彎成型軋輥的精確設計，實現精確的成型控制，并且通過該軟件自帶的變形分析功能，通過模擬鋼帶的變形過程，在設計過程中消除潛在的引起焊接缺陷的變形問題，提前進行優化設計。

2.4 連續焊接

鋼帶經過連續輥彎成型機組后，制成開口管坯。使用TIG 焊接設備，進行連續焊接，制成圓管。TIG 焊接的最大優點是焊道平整，沒有飛邊和毛刺。

焊接過程中使用氬氣作為保護性氣體，防止焊縫凝固冷卻前與氧氣接觸發生氧化。將氬氣通入管內部起到保護內部焊縫的作用，通入焊槍的氬氣用于保護鎢極。在熔池周圍形成氬氣保護層，保護熔池和焊縫不發生氧化。

焊接過程要求必須焊透，不能存在虛焊、偏焊、咬邊、結疤等焊接缺陷，這些焊接缺陷在管材承受高壓時會發生泄露風險。

焊接過程屬于自熔焊，沒有填料，在焊縫處會發生減薄現象，焊縫處壁厚減薄量不能超過管材壁厚的10%，否則會降低焊縫處的強度。

2.5 焊縫整平

由于焊接電流的沖擊力和重力的影響，造成管內部焊縫出現突出，外部焊縫也會出現凹陷，這些問題如果使用在普通低壓流體環境中，不會產生影響。如果使用在高溫、高壓、高速流體環境中，會引起使用問題。必須使用專用焊縫整平設備消除此缺陷。

焊縫整平設備的工作原理是:在焊管內設置一根比管內徑小0.20mm 的芯棒，芯棒通過鋼絲繩與氣缸連接。通過氣缸的動作可以將芯棒固定的特定區域內移動。在芯棒長度范圍內，使用一組上下軋輥，垂直于焊縫位置進行往復運動軋制焊縫。在芯棒與軋輥的軋制壓力下，消除突起和凹陷，使焊縫處的輪廓與管輪廓平滑過渡。

在進行焊整平處理的同時，焊縫內部的粗大晶粒組織會被壓縮，還會起到增強焊縫組織密度，提高強度的作用。

2.6 在線熱處理

鋼帶進行輥彎成型過程中，會產生加工硬化，不利于管材的后期加工，特別是進行彎管加工。焊接過程中，焊縫處會產生粗大的晶粒組織，在焊縫處會存在焊接應力，特別是在焊縫與母材連接處，由于不同的組織形態，會在后期使用過程中造成開裂隱患。需要使用熱處理設備消除加工硬化、細化晶粒組織。

目前常用采用的熱處理工藝為氫氣保護氣氛下的光亮固溶處理，將不銹鋼管材加熱到1050°以上，經過一段時間的保溫，是內部組織形態發生轉變，形成均勻的奧氏體組織，在氫氣氣氛保護下，不發生氧化。

采用的設備為在線光亮固溶(退火)設備。設備與輥彎成型機組連接，在焊管同時在線進行光亮固溶處理，加熱設備采用中頻或高頻電源進行快速加熱。通入純氫或氫氮氣氛進行保護。退火后的管材硬度控制在180 ±20HV 既可以滿足后期加工和使用要求。

2.7 定徑精整

焊管的外徑尺寸，在焊接和熱處理過程中焊管會發生變形，造成外徑尺寸無法滿足使用要求，需要進行定徑精整。通常使用的定徑精整機組由4 組平輥和4 組側輥組成，平輥設計成平橢圓形(或圓形)，側輥設計成立橢圓(或圓形)。定徑量依據管外徑和壁厚的不同，一般情況在0.20～0.50mm 范圍內。經過定徑精整后管外徑公差可以控制在±0.05mm 以內，完全可以滿足使用精度要求。

2.8 在線探傷

由于承受一定壓力，并且需要一定的可靠性，焊縫僅依靠壓力檢測很難檢測出焊縫內部缺陷，焊縫質量控制需要更高靈敏度和可靠度的焊縫檢測設備，滿足焊縫的質量控制。目前比較成熟和普遍使用的是在線渦流探傷或者超聲波探傷，期特點是靈敏度高，實時在線進行100%檢測。操作者可以根據報警信息隨時對焊接狀態進行修正，減少不合格品的生產，并且配合在線標記系統可以對缺陷部位進行標記，通過使用分選系統還可以將缺陷產品自動隔離，實現過程控制。

2.9 定尺切割

使用在線定尺切割設備，依據客戶要求的長度，進行定尺切割，可以采用旋切(無屑)技術，與有屑切割相比，無屑切割具有沒有切割毛刺的特點，在后期可以不進行端口的去毛刺，節省制造成本的同時不會產生切屑，不會對管內部造成污染，利于焊管的內部清洗。

在無屑切割過程中，機臺沿著生產線方向，與管材的速度同步。夾緊裝置夾緊管材，切割刀片以焊管為軸心旋轉，同時，在氣缸或者液壓缸的作用下，緩緩向徑向移動，逐漸對管壁施加壓力，直至將管壁切斷。

2.10 矯直

輥彎成型機組生產的焊管直線度還無法滿足使用要求，一般對此類焊管的直線度需要控制在0.10/100mm。需要使用矯直機對焊管進行矯直，達到所需產品要求。

2.11 壓力測試

使用自動靜態水壓試驗機，對焊管進行耐壓測試，上料、沖水、壓力測試、下料全部自動完成，保壓一定時間后通過壓差法分選處不合格焊管。

2.12 清洗干燥

焊管在完成機械加工后，需要進行最后的清洗和干燥，清除管材內壁或者外壁上殘留的冷卻液、油污等污染物，然后使用進行熱風烘干，防止運輸和儲存過程中產生銹跡。

2.13 成品檢查

完成所有工序后，在包裝發貨前，要對最終產品進行一次質量抽檢，抽檢的主要項目包括，外徑尺寸、直線度、長度、外觀，機械性能方面主要是屈服強度、拉伸強度、硬度，同時抽檢進行爆破試驗，檢查管坯爆破的最低壓力值是否滿足客戶要求。

2.14 包裝

對檢查合格后的產品進行包裝，做好焊管的防護，防止儲存運輸中產生劃傷和碰傷，造成使用中的隱患。對管兩端進行封口，防止塵土、砂石或者小動物進入管內。

3 結束語

隨著管材市場的用量不斷增長，特別是一些高端領域，對低成本和高質量不銹鋼管材的需求更加強烈，使用成熟的輥彎成型機組，進行焊管生產，使用先進的焊縫質量檢測方法和設備確保質量，生產出的高質量不銹鋼直縫焊接鋼管在成本、質量、可靠性、可靠性、節能環保等方面將會逐漸占領不銹鋼無縫管的領域，具有很高的經濟效益。