預精焊高速螺旋成型穩定性的影響因素與控制

劉成坤，陳 銘

（寶雞鋼管克拉瑪依有限公司，新疆 克拉瑪依834000）

預精焊高速螺旋成型穩定性的影響因素與控制

劉成坤，陳 銘

（寶雞鋼管克拉瑪依有限公司，新疆 克拉瑪依834000）

介紹了采用預精焊工藝生產螺旋埋弧焊管的工藝特點及工業化生產優勢。針對預精焊螺旋成型遞送速度快的特點，對原材料、裝備水平、成型工藝參數、調型試車質量和生產監控調整等影響成型穩定性的因素進行了系統分析，提出了有效的控制措施和解決辦法，對螺旋焊管預焊技術的深化應用、預焊機組的工藝（設備）設計及預焊管現場生產具有一定的借鑒及指導意義。

螺旋縫埋弧焊管；預精焊；高速成型；穩定性；原因分析；控制措施

0 前 言

21世紀以來，螺旋埋弧焊管預精焊工藝技術在我國得到了快速發展和工業化應用，2008年，中油寶世順（秦皇島）鋼管有限公司投資興建并投產了我國首條螺旋縫預精焊管生產線，填補了國內螺旋焊管制造沒有預精焊工藝的空白[1]。此后，中石油、中石化下屬的鋼管公司等先后新建或改造了多條類似生產線，使我國螺旋焊管預精焊裝備達到了國際先進水平[2]。

2012年9月，寶雞鋼管克拉瑪依有限公司建成投產一條φ508~φ1 422mm（最大壁厚25.4mm，最大鋼級X100、飛焊連續后擺）螺旋縫預精焊管生產線，筆者通過參與生產線規劃設計和近兩年生產運行實踐后認為：與傳統一步法生產工藝相比，采用預精焊（兩步法）工藝生產時，精焊自動跟蹤工藝對預焊管的幾何尺寸精度要求更高，預焊機組高速螺旋成型穩定性控制難度更大。因此，對影響高速螺旋成型穩定性的因素進行系統分析并加以控制非常必要。

1 預精焊工藝特點及工業化生產優勢

目前，生產螺旋縫埋弧焊管主要有兩種工藝方法：一種是“一步法”工藝，即成型、焊接在焊管機組上一次完成，國內制管廠家大多采用該工藝，具有成型穩定、投資省等特點，但生產效率低（焊速1.0~2.0 m/min），焊縫缺陷發生率較高。另一種是“預精焊”（或稱“兩步法”）工藝，即成型、預焊在預焊機組上完成，最終焊接在精焊線上完成，如圖1[3]所示。

圖1 螺旋焊管預精焊工藝簡圖

與一步法工藝相比，預精焊的工藝特點及工業化生產優勢主要有：

（1）提高焊縫質量和一次合格率。預精焊工藝將成型預焊與埋弧精焊分開進行，預焊采用CO2氣體保護焊，預焊管切斷下線后在精焊線上完成最終埋弧焊接；精焊時焊縫不受成型應力影響，焊接條件好，焊縫質量得到有效保證，焊縫一次合格率顯著提高，特別是在厚壁、大直徑、高鋼級鋼管生產中其優勢尤為突出，可大大降低焊縫裂紋等缺陷發生的幾率。

針對預精焊螺旋成型遞送速度快的特點，對原材料和預焊機組主要工序影響成型穩定性的原因進行系統分析，提出有效的控制措施和解決辦法，主要有以下幾個方面。

（2）提高生產效率。一條預焊線可配多條（3或4條）精焊線，預焊速度3~10 m/min，精焊速度1~2 m/min。一條預精焊生產線的綜合設計產能可達同規模“一步法”生產線的1.5~2倍。

（3）大量采用直縫埋弧焊管制造工藝中行之有效的工藝技術和方法，提高了鋼管質量，縮小了與直縫埋弧焊管制造工藝之間的差異[3]，精焊線自動化程度高。

（4）降低消耗，提高成材率。隨著焊縫質量和生產效率的提高，可大大降低各種生產消耗，有效提高成材率。

今年上半年，國際原油及化工期貨市場巨幅震蕩、國內化工市場啟動遲緩、下游企業開工率嚴重不足、一些進口化工產品出現集港……企業面臨巨大壓力與挑戰。

2 高速螺旋成型特點及控制難度

鋼帶高速遞送不平穩將會影響預焊質量，造成預焊縫過高影響精焊質量，或熔深不夠導致成型開縫，嚴重影響成型穩定。同時高速成型要求遞送機功率要足夠，遞送輥與鋼帶的摩擦力完全能克服預焊機組銑邊、定位立輥、導板、成型等鋼帶送進阻力。

3 影響高速成型穩定的因素及控制措施

工程施工中不同的階段會用到不同的技術，存在很多工種，要投入大量施工人員。同時，工程施工中，還會受到包含地質條件、水文氣象等因素的影響，若這些影響因素產生變化，則會使施工發生變更。以基坑圍護施工為例，需對地質結構、區域地下水等予以充分考慮，從而制定合理可行的圍護方案。若在施工中考慮不周，則不僅會影響到正常施工，而且還會增加成本，延長工期。

3.1 鋼帶鐮刀彎（側彎）

帶鐮刀彎的鋼帶通過成型工序時，相當于引起成型角的瞬間微量變化，導致成型縫松緊變化和管徑變化，嚴重時造成開縫或搭邊，遞送速度越快，對成型縫進行調整的反應時間越短。

鋼帶鐮刀彎主要來自三個方面：一是鋼帶軋制過程中形成的，二是鋼帶頭尾對接產生的，三是鋼帶進入銑邊機前，定位立輥調整過急、過頻造成銑邊后彎度。GB/T 14164《石油天然氣輸送管用熱軋寬鋼帶》規定“不切邊鋼帶的鐮刀彎每5 m不得大于 25mm”[4]，西氣東輸三線西段工程CDP－S－NGP－PL－012－2011－2《天然氣管道工程螺旋縫埋弧焊管用熱軋板卷通用技術條件》規定“板卷鐮刀彎最大不超過13mm/5 m”[5]。由此可見，長輸管線技術標準對鋼帶鐮刀彎指標要求越來越嚴，目的在于減小鋼帶鐮刀彎對成型質量的影響。

圖2 錯位對接示意圖

（2）三輥彎板機工藝位置設計時，1#輥采用對心設計，如圖4所示。改善1#輥受力狀況，可增加成型穩定性。但由此會帶來另一個問題：1#輥對心設計后如采用圖5（b）所示的球面軸承輥，由于鋼帶進入到1#輥時，與輥面接觸點處（圖4所示A處）鋼帶的曲率比管坯曲率小，導致1#輥輥面邊緣附近與帶鋼接觸，易造成管坯外表面輥印較重，嚴重時壓痕超標。鑒于此，1#輥采用圖5（a）所示的錐弧輥可有效解決該問題，合理設計輥套輥面孔型[7]，重點優化輥套大小頭直徑差和球面半徑參數，保證接觸點接近輥面中部。

3.4.2 調型質量

3.2 銑邊質量

3.4.1 成型工藝設計

圖3 鋼帶邊緣及成型縫示意圖

控制措施主要有：一是預焊機組配置3臺大功率銑邊機，刀盤直徑800mm，主電機功率90 kW（變頻調速），1#和2#粗銑主要加工鋼帶寬度，3#精銑加工坡口鈍邊和少量寬度，對3臺銑邊機的銑削量進行合理分配，同時采用模塊式銑邊刀盤，提高銑削加工質量和生產效率，維修及更換刀片方便快捷[4]；二是在3臺銑邊機區域設置兩道上下導板裝置，限制鋼帶上下波動，保證平穩運行，同時在臨近銑邊刀盤內側設置上下限位輥裝置，上輥升降可調（調整到位后采用頂絲機構可靠定位），防止銑削時鋼帶邊緣上下波動和震動，增強銑削穩定性，提高鈍邊均勻性。

3.3 鋼帶遞送

預精焊工藝在工業化生產中雖有諸多優勢，但在高速（3~10 m/min）遞送成型條件下，與 “一步法”相對低速（1~2 m/min）相比，成型穩定性的控制難度增大。成型質量波動時，特別是成型縫變化時的調整及反應時間很短，極易出現成型縫開縫、錯邊（搭邊）、坡口鈍邊不均勻等現象，導致預焊管直徑、直度、橢圓度等幾何尺寸變化大以及預焊縫質量差等問題。事實上，為保證精焊時鋼管驅動運行平穩、焊縫跟蹤可靠和精焊質量穩定，對預焊管的外形尺寸，如管徑、直度、橢圓度和坡口鈍邊均勻性等指標提出了更高要求。因此，高速螺旋成型的穩定性控制問題更顯重要。

因此，要滿足鋼帶高速平穩遞送要求，一是采用上下遞送輥雙輥主動，上下輥線速度采用電氣控制同步，采集上下輥驅動電機電流，自動進行數據處理和調整，達到動態平衡；二是遞送輥驅動選用大功率DC 90kW電機和P3SB20-315形星齒輪減速機，最大遞送力200 t；三是遞送輥輥面采用腰鼓型設計，保證鋼帶高速遞送平穩、不跑偏，嚴格按遞送線前進。

另外，由于鋼帶對頭前后鐮刀彎相對較大，通過成型時成型縫變化較大，為保證微調成型縫有一定的反應時間，對頭前后通過成型時可適當降低遞送速度，并同步調整預焊規范。

3.4 成型工藝及調型試車

成型是預焊機組的核心工序，是保證預焊管坯質量的關鍵。成型工藝參數設計、調型精度和試車質量等對保證預焊質量至關重要，尤其在高速成型條件下，成型質量波動時的調整及反應時間短，對成型工藝參數設計及調型質量等提出了更高的要求。

銑邊質量對高速成型穩定性的影響很大。以X形坡口為例，銑邊質量指標主要包括鋼帶寬度、坡口角度、鈍邊尺寸和鈍邊均勻性，前3項指標都較容易控制，鈍邊均勻性（即鈍邊在鋼板厚度方向上的位置要相對穩定，波動小，如圖3(a)中所示H尺寸變化要?。┛刂齐y度較大，若鈍邊均勻性得不到保證，將導致成型合縫不正常（如圖3所示），此類成型縫難以滿足精焊時高精度自動跟蹤和焊接質量要求。同時，由于鋼帶遞送速度快，單位時間邊緣銑削加工量大，要求銑邊機配置數量和設備能力要足夠。

（1）優選成型角，綜合考慮生產效率、材料消耗、成型穩定性和熱軋鋼帶寬度等因素，成型角在55°±10°范圍內進行優選較為適宜[6]，越接近中限值越好。

要減小鐮刀彎對成型質量的影響，一是在板卷采購技術條件中應明確該指標，并從嚴要求。二是盡量減小鋼帶頭尾對接彎度。通常板卷頭尾部的鐮刀彎和寬度變化比板卷中部更大，為減小對接彎度可采取頭、尾錯位對接方式，如圖2[4]所示。但在對頭通過銑邊機前，應對錯位處的鋼帶邊緣進行修邊處理（通常采用氧乙炔火焰切割），消除接縫處寬度尺寸突變，避免對頭通過銑邊時因銑削量突變損壞銑邊機。三是在鋼帶上飛焊車坑前，目測鋼帶鐮刀彎趨勢，提前逐步微調坑上定位立輥，改變帶鋼進入銑邊機的位置，可部分減小銑邊后的鋼帶彎度，在鋼帶對頭前后其效果更明顯。

有一次，她坐在書店的角落里看書。翻頁時，一不小心，只聽到“嘶”的一聲，好幾頁書紙都被撕破了。這時老板布爾走了過來，她嚇得急忙合上了書。布爾將手中的新書放進書架后，回頭朝她笑笑：“看累了吧？休息休息?！?/p>

圖4 成型三輥彎板機工藝設計示意圖

圖5 成型軸承輥結構示意圖

（3）成型框架工藝參數設計時，考慮成型后管坯漲套，可結合生產鋼管的直徑、鋼級、壁厚等因素，成型框架的理論設計管徑比公稱管徑小 1～3mm。

?杜克雷嗜血桿菌引起的男性生殖器潰瘍性疾?。ㄜ浵吗幔Ｓ捎趨⑴c臨床試驗的婦女人數不多，ZITHROMAX治療女性軟下疳的療效尚未確定。

本研究的數據來源于CNKI中國期刊全文數據庫，檢索策略為：主題=“日本移民”OR“開拓團”。為了提高納入研究的論文質量和結果的精準度，本研究將檢索到的論文限制在國家核心期刊、中文社會科學引文索引數據庫 （CSSCI）和中國科學引文數據庫 （CSCD）收錄期刊范圍內，檢索時間是2018年9月27日，檢索到文獻106篇，以數據庫自定義格式下載相關文獻題錄信息，作為本研究的基礎研究數據集。由于本研究是對日本移民領域研究成果的學術性分析，故去除如研討會發言、簡訊、綜述、書評和譯文等非學術性的文章8篇，最終納入研究分析的學術性論文是98篇，作為本次研究的文獻數據集。

各成型工藝參數的調整要精準到位，主要包括三輥彎板機、成型各排小輥以及大橋、輸出輥道等附屬設備調整，控制好調整精度和到位后的定位可靠性[8-10]。

3.4.3 試車控制

“除了騙人的狗血電視劇，有男人愿意做這么幼稚的事嗎？”田銘打斷她的話冷冷地說。沒想到范青青卻十分肯定地說：“你，就是和你！”田銘看著范青青那天然自信嬌蠻任性的精致小臉，就像看到了一只壞脾氣的暹羅貓。

試車時根據管坯成型質量指標情況有針對性地對成型進行精調，保證鋼帶嚴格按遞送線前進，使復雜的成型力系趨于平衡，成型合縫自然、舒展，各項成型質量指標滿足要求；試車時可適當降低遞送速度，待精調成型穩定后，正常高速成型生產。

支氣管哮喘是一種以嗜酸性粒細胞及肥大細胞反應為主的氣道變應性炎癥,簡稱哮喘。近年來哮喘發病的嚴重程度及死亡率均有所升高。我國哮喘發病率接近1%,半數在12歲以下起病,成人男女發病率大致相同,約20%的病人有家族史[1-3]。現抽選我院收治的36例支氣管哮喘患者為研究對象,探究支氣管哮喘的臨床護理干預效果。報告如下。

3.5 調縫裝置

調縫裝置即成型大橋微調裝置，在成型縫松緊（嚴重時為開縫、錯邊、搭邊）瞬間變化時用來微調成型縫，保證成型穩定。調縫裝置調整是否靈敏、反應是否快捷在高速成型時顯得尤為重要。調縫裝置結構如圖6（a）所示，油缸支座定位通常采用底座銷體插入大橋軌道板上的銷孔中來實現，定位可靠性不好。進行擺橋調縫時，由于銷孔和銷軸為間歇配合，油缸桿伸縮首先要消除間隙后才能推動大橋擺動，導致微調后橋反應遲鈍、動作滯后，影響調縫效果和成型縫質量。

最重要的是，教師支架能培養學習者的自主學習能力，這與Vygotsky(1978）的觀點一致，即自我調節是最近發展區的目標。教師的適度指導能幫助學習者從“他人調節”過渡到“自我調節”，實現責任轉移（李丹麗2017）。陳曉茹（2014）研究證實了“支架”式語言教學法能有效促進學習者從參與支架式教學到發展學習策略從而培養自主學習能力。

圖6 調縫裝置改進示意圖

解決措施：改進油缸支座定位方式，在兩邊增設油缸支座壓板，如圖6（b）所示，壓板定位采用螺栓與大橋軌道板上的螺孔連接，改善油缸支座定位可靠性，保證調縫反應快捷、靈敏。值得注意的是：由于油缸桿伸縮長度變化時，支座在水平方向存在微量角度轉動，如果調縫時油缸伸縮量較大，調縫到位后應松開支座壓板螺栓，讓油缸支座自然復位后再緊固，避免油缸桿受側向力過大而彎曲；也可通過油缸桿與大橋連接采用球頭機構解決該問題。

3.6 其他因素

一是要避免下線運管車返回時撞擊成型后橋，造成成型縫變化（多為錯邊），影響成型穩定。解決措施：在運管車靠后橋一側安裝倒車雷達，自動檢測并在接近大橋時自動降速，輔以接近開關自動停車，同時在運管車軌道上加裝機械限位裝置（多為軌道鐵鞋）。二是要更加注重生產過程中的監控，發現成型縫變化及成型質量指標異常波動時，及時調整處理，確保成型穩定。

4 結 語

螺旋縫預精焊管生產線“兩步法”工藝有其獨特的工業化生產優勢，但在高速螺旋成型過程中，成型控制難度大，精焊工藝對預焊管的成型質量指標要求更高，所以保證高速螺旋成型質量穩定尤其重要。影響高速成型穩定的因素很多、錯綜復雜，與原材料、裝備水平能力、成型工藝參數、調型試車質量和生產監控調整等因素密切相關。因此，在預焊機組成型控制方面，要樹立“大成型”理念，即預焊機組各工序都會對成型穩定性產生不同程度的影響，必須嚴格控制每道工序的質量來保證高速螺旋成型的穩定性，提升預焊管成型質量，滿足精焊要求。

［1］岳雙才.國內首條螺旋鋼管預精焊生產線投產[N].中國石油報， 2008－11－05.

［2］楊戰利.螺旋管高速MAG預焊焊槍及焊接工藝研究[D].北京：機械科學研究總院，2011：1－2.

［3］周巖，袁楊戰利，唐麒龍，等.螺旋焊管精焊焊縫常見缺陷及預防措施[J].焊管， 2013， 36（05）： 58－61.

［4］GB/T 14164—2005，石油天然氣輸送管用熱軋寬鋼帶[S].

［5］CDP－S－NGP－PL－012－2011－2， 天然氣管道工程螺旋縫埋弧焊管用熱軋板卷通用技術條件[S].

［6］畢宗岳.管線鋼管焊接技術[M].北京：石油工業出版社，2013.

［7］雷華，丁鋒.螺旋焊管成型輥的分析[J].鋼管，2003（04）： 36－40.

［8］聞邦椿.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2010.

［9］機械工程師手冊編委會.機械工程師手冊[M].北京：機械工業出版社，2007.

［10］楊培元，朱福元.液壓系統設計簡明手冊[M].北京：機械工業出版社，2011.

Influence Factors and Control of High-speed Helical Forming Stability with Two-step Welding Process

LIU Chengkun，CHEN Ming
（Karamay Steel Pipe Co.,Ltd.of BSG Group,Karamay 834000,Xinjiang,China）

In this article,it introduced technology characteristics and industrial production advantage of SAWH pipe by two-step welding process.Aiming at high-speed helical forming of two-step welding,it carried out systematic analysis on influencing forming stability factors,such as raw material,equipment level,forming parameters,commissioning quality and production monitoring adjustment etc.Some effective control measures were put forward,which provided a certain reference and guidance for further application of SAWH pipe,the pre-welding unit process（equipment）design and the pre-welding pipe production.

SAWH pipe；two-step welding；high-speed forming；stability；cause analysis；control measures

TE973

B

1001－3938（2015）04-0052-05

劉成坤（1968—），男，高級工程師，主要從事螺旋埋弧焊管制造工藝、裝備技術及質量管理工作。

2014－09－28

羅 剛