一種小口徑薄壁鋼管直線度研究與應用

梁 棟，錢 勇，姚洪昆

（渤海裝備南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210061）

1 現狀調查

對近年來小口徑薄壁鋼管的直線度分布進行數據統計，匯總情況見圖1。通過統計分析發現，小口徑薄壁鋼管的直線度在18 mm 以上的鋼管比例達到36.0%，鋼管整體直線度較大。CDPS-NGP-PL-006-2019-4《天然氣管道工程用直縫 埋弧焊 管熱軋鋼板技術規格書》明確要求鋼管直線度≤0.2%L，L 為鋼管長度，以12 m 長鋼管計算，鋼管最大直線度不應超過24 mm。

某年連續5 個月對小口徑薄壁鋼管的直線度合格率情況進行統計，統計數據見表1。通過數據統計，發現連續5 個月小口徑薄壁鋼管的直線度僅有97.3%滿足直線度≤0.2%L 的要求，合格率較低，即每生產1000 根鋼管就有27 根鋼管因直線度不滿足標準要求而返工、切除或者降廢。

2 原因分析

影響鋼管擴徑后的直線度因素較多，采用頭腦風暴法查找問題起因，按照人、機、料、法、測等5 個方面進行分析，得出導致鋼管直線度超標的因果圖（圖2）。針對鋼管直線度超標要因進行逐一確認，并做出要因確認計劃表（表2）。

表2 影響小管徑鋼管直線度要因確認計劃表

圖2 導致鋼管直線度超標的因果圖

針對影響小管徑鋼管直線度要因確認計劃表的末端因素，進行逐一確認。

2.1 員工責任心不強、質量意識差因素確認

通過對以往培訓記錄查詢，公司嚴格按照相關管理制度對員工進行質量風險培訓，并進行考核，崗位工人上崗合格率100%。通過對崗位員工臨時抽查，提問崗位風險點、質量隱患、工作要點等方式進一步確認，人員責任心、質量意識較強，屬于非要因。

2.2 人員操作不合格、人員培訓不到位因素確認

車間所有崗位操作人員上崗前都需經過質量、安全、操作方面培訓且培訓考核合格后方可上崗，經對培訓記錄檢查發現合格率100%，所有員工經過培訓后上崗，屬于非要因。

2.3 直線度修正設備無法滿足需求因素確認

對生產設備設置及使用情況進行調查發現，目前生產中配置的校直機無法對小壁厚鋼管進行有效校正，使用時影響鋼管外觀質量，造成管體局部變形，擴徑工序無直線度校正設備，對直線度的控制方法欠缺，設備配置不合適，屬于主要要因。

2.4 擴徑前鋼管不能滿足工藝要求、撅嘴較大因素確認

針對擴徑前鋼管管形做統計分析，得出該批次鋼管擴徑前直線度、撅嘴、橢圓度有如下規律：

（1）隨著擴徑前撅嘴的增大，擴徑后直線度數值明顯增大且波動范圍增大。

（2）隨著擴徑前橢圓度的增大，擴徑后直線度變化不明顯。

（3）擴徑前直線度對擴后直線度無影響。

通過以上分析得出，擴徑前鋼管外觀控制對擴徑后鋼管直線度有較大影響，主要體現在噘嘴的控制上，擴徑前噘嘴對直線度影響較大，屬于主要要因。

2.5 原材料屈服強度不均勻、整體不穩定因素確認

該批次鋼管理化性能能夠滿足標準要求，且對當班樣性能數據比較得出屈服強度數據相對穩定，波動范圍較小，對直線度的影響有限，屬于非要因。

2.6 原材料薄厚不均勻因素確認

通過記錄查詢及數據測量，鋼板實際厚度為11.0～11.7 mm（標準要求10.835～11.770 mm）且同板差最大為0.5 mm（標準要求≤0.6 mm），完全滿足工藝要求，對直線度的影響較小，屬于非要因。

2.7 測量方法及測量位置不正確因素確認

檢查鋼管測量記錄并組織技術人員、測量人員到現場測量，發現測量方法及精確度誤差值較小，測量方法及測量位置正確，屬于非要因。

2.8 測量用具不合格、未經過校驗因素確認

對實際使用量具進行檢查發現，量具完好并經過了計量鑒定合格有效，且以往過程的校驗記錄無問題，量具使用合格，屬于非要因。

2.9 工藝執行率低因素確認

技術部門及車間工藝技術人員定期對車間工藝執行情況進行監督檢查，崗位檢查時未發現工藝執行不合格情況，且對現場生產進行抽查，發現工藝設置及設備操作均按照工藝要求執行，無偏差，屬于非要因。

2.10 工藝設定不全面因素確認

通過對工藝進行逐條排查，發現崗位執行的只是正常生產時的工藝參數，當鋼管撅嘴、直線度出現較大波動，工藝中并未做出明確的應對措施及調整方法，崗位調整主要依靠工藝人員現場解決及崗位操作人員的經驗進行調整，人員的經驗有偏差，往往不能在第一時間采用最合理的方案對問題鋼管進行處理，工藝文件實際使用情況有待改進，屬于要因。

3 制定對策

通過要因確認將主要問題進行逐條梳理，為尋求應對措施，對要因中的影響因素進行逐條分析，得出對策方案，對策評價選擇見表3。

4 改進措施

通過原因分析確認了影響小口徑薄壁鋼管直線度的主要原因是：①直線度修正設備無法滿足需求；②擴徑前鋼管不能滿足工藝要求，鋼管撅嘴較大；③工藝設定不全，不能對鋼管生產中發生的個別情況進行有效控制。針對主要原因，經過反復分析與研究，制定如下措施（表3）：

表3 對策評價選擇表

4.1 直線度修正設備無法滿足需求改進措施

增加直線度修正輥，更改鋼管與擴徑頭相對位置，圖3 位鋼管與擴徑頭示意圖。擴徑前鋼管管型滿足要求的情況下，擴徑模具與鋼管采用如圖3a）所示的相對位置（鋼管與擴徑頭同心），可以得到比較好的擴徑后直線度；擴徑前鋼管噘嘴值較大時，如果使用正常方式擴徑會造成鋼管反彎，可以通過設備的調整實現如圖3b）所示的鋼管與擴徑頭的相對位置，增加焊縫相對180°位置變形量，修正擴徑后鋼管反彎；擴徑前鋼管噘嘴值較小時，擴徑后容易出現正彎超標，可以通過設備的調整，實現如圖3c）所示的鋼管與擴徑頭的相對位置，增加焊縫位置的變形量，保證擴徑后鋼管正彎減少。

圖3 鋼管與擴徑頭示意

為達到調整目的，在現有擴徑機上增加一個直線度修正輥，位置為夾送輥與擴徑桿支撐裝置之間，通過對修正輥高度的調節，改變鋼管位置從而改變鋼管與擴徑頭相對位置，可以在一定程度上影響鋼管直線度。

4.2 擴徑前鋼管不能滿足工藝要求、鋼管撅嘴較大改進措施

將擴徑前鋼管撅嘴控制在合理范圍內，主要控制措施：①減少預彎直邊量調節范圍，控制板邊弦高值；②固定成型壓制參數，減少來自原料的影響，固定前三步下壓量，根據前三步情況調整后面壓制參數；③調整預焊合攏輥伸出量，減少來自預焊的影響；④根據焊接前后鋼管管型變化量控制預焊后鋼管噘嘴控制范圍（按照外焊后鋼管噘嘴控制在+0.5～+2.0）。

4.3 工藝設定不全面控制改進措施

針對整體趨勢為擴徑后鋼管反彎較多，正彎情況較少，從以下6 個方面對設備工藝參數進行控制。

（1）逐根測量鋼管的撅嘴，并記錄相關數據，直到連續測量3 根鋼管均滿足工藝參數表控制要求后，方可恢復正常的測量頻次，撅嘴值超過3.0 需對設備參數進行調整。

（2）將鋼管送進擴徑頭，若鋼管反彎，在工藝允許范圍內提高夾持車夾鉗高度或降低擴徑桿基座高度（若鋼管正彎，則反向調整）。

（3）若鋼管反彎，通過分步降的方法調型：將“機器參數”界面中的“直度”調整為：10（mm）×2，“步長”調整為：2（mm）×10。此時使用自動模式擴管時，“夾鉗高度”在設定高度的基礎上上升20 mm，且每擴一步，夾鉗下降2 mm，直至“夾鉗高度”降至設定值。

（4）直度調型還可通過夾送輥墊片厚度來調整（正彎加墊片；反之減墊片），此種方法的調型效果最為明顯。

（5）為保證較高的鋼管橢圓度一通率，擴徑多采用分步擴徑方式，如出現撅嘴較大直線度不理想的情況，需使用一次擴徑方式擴徑且將鋼管前支撐適當降低，此方法對直線度有較理想的修正作用，經過試驗整管修正值為4～5 mm。

（6）對于撅嘴值特別大的鋼管，需使用手動方式由管中向兩端擴徑。

5 應用效果

（1）通過對設備的調整，修正擴徑頭與鋼管的高度，鋼管擴徑前噘嘴的控制，工藝合理的設定，比以前小口徑薄壁鋼管直線度合格率明顯提高，小口徑薄壁鋼管的直線度合格率從97.34%提高到100%。

（2）通過項目實施后鋼管直線度控制在18 mm 以內，鋼管直線度大幅下降。