一種直縫埋弧焊鋼管管端質量控制措施

鄧寶剛，王衛華，金 博，汪 超

（渤海裝備南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210061）

0 引言

隨著管道建設行業的復蘇，制管企業迎來大發展時期，為契合管道全生命周期質量管理的理念[1]，各廠對自身裝備的自動化、信息化能力實施較大投入，實現MES、物聯識別、自動噴標、自動測量等信息化管理，但在焊縫修磨缺欠、管端劃傷凹坑等外觀缺陷的識別上存在短板。在當前市場競爭環境下，鋼管的成品尺寸精良、外觀質量成為企業競爭的重點和關鍵。為提升直縫埋弧焊鋼管的市場競爭力，降低企業質量成本，提高鋼管管端外觀質量一次合格率的勢在必行。

根據統計，2020 年某鋼管廠共生產26 000 余根鋼管，發現管端外觀質量主要問題為管端焊縫修磨缺欠、管端劃傷、管端噘嘴錯邊、油污等[1]，共計鋼管706 根，出廠后因存在焊縫修磨缺欠造成環焊縫拍片產生偽缺陷鋼管9 根、劃傷壓坑類缺欠23根。鋼管管端缺陷統計見表1。

表1 鋼管管端缺陷統計

根據數據統計得出當前生產中急待解決的鋼管管端外觀質量問題主要是管端劃傷、噘嘴錯邊及管端修磨。

1 解決措施

1.1 管端劃傷問題

管端劃傷主要產生位置為成型崗位，針對管端劃傷產生位置對劃傷產生的原因進行調查，劃傷主要分兩類，一類為成型出料輥造成的焊縫180°位置縱向劃傷，另一類為鋼管成型過程中阻尼裝置及下模兩側壓板造成的周向劃傷。

（1）改善出料頂出裝置，杜絕縱向壓痕。重新設計出料輥，將接觸面形狀由V 形面變為曲面，增加鋼管接觸面積，避免出料輥邊沿壓傷管體；重新校對出料頂出水平高度，避免各出料輥單獨作用力量集中造成的壓痕。

（2）改善進料裝置，杜絕周向劃傷。采取以下3 項措施：①重新設計加工進料阻尼輥，增加棍子外徑，變更材料，避免阻尼裝置造成的周向劃傷；②調整阻尼臺架高度，針對局部周向劃傷，有針對性的調整局部位置進料臺架高度；③更換劃傷產生位置的下模側向導軌板，側向位置導軌板因為使用年限較長，表面硬化層磨損，成型過程中與鋼板接觸極易產生局部凸起，造成管體局部劃傷。

1.2 噘嘴錯邊問題

噘嘴、錯邊問題主要產生崗位為預焊，但是對其產生影響的崗位應追溯到前兩道工序：預彎、成型，前面工序質量控制情況，直接影響預焊崗位施焊效果，故需從以下3 個崗位進行調整。

（1）優化預彎工藝。根據預焊后噘嘴控制情況，將預彎直邊控制上限由之前的小于t/2 變為小于t 并在預彎崗位增加板邊壓潰情況自查及測量要求，避免板邊壓制位置局部減薄。

（2）優化成型工藝。成型工藝在廠家給定設計參考壓制次數的基礎上額外增加4～6 道，保證成型后壓制管型及板邊位置均勻穩定，減少預焊合攏輥位置頻繁調整，并避免現場可能出現的影響環焊縫對接的局部直邊問題。

（3）優化預焊工藝。預焊工藝中增加噘嘴測量控制要求，實現預彎、成型、預焊三崗整體協調控制管型機制。

1.3 管端修磨質量問題

根據各個項目驗收標準要求，直縫焊管需對管端100～150 mm范圍內外焊縫去除，并預留0～0.5 mm 的余高，現有設備為手動機械設備，生產過程受設備穩定性影響較大且對管型的錯邊噘嘴有一定要求，受以上因素影響生產中極易產生修磨不合格問題，如修磨后高度超高造成后續崗位補修、余高不足焊縫低于母材造成切除、焊縫與母材過渡位置修磨不合格造成后續管端拍片不合格返拍片等問題[2-6]。

1.3.1 工藝改善及工序設備改進提高

（1）通過成型崗位工序激光測距的應用，保證鋼管管型及焊縫位置形貌穩定。

（2）管端焊縫磨削崗位對現有設備進行升級改造及工藝研究，實現自動修磨，減少人為干預。項目組結合生產實際，針對外觀質量造成的切除率問題，通過以下方式進行質量攻關：①對現有的磨削設備進行維修改造（更換齒輪齒條、絲桿）并跟蹤實際使用效果，保證設備的穩定性，減少修磨超標情況；②加強預焊后錯邊質量控制，有針對性的增加測量要求，減少因錯邊造成的修磨后壁厚超標問題產生；③加強成型區域質量控制，修訂質量獎懲管理辦法，明確責任細化分工，考核員由質量監督人員分工為各專業技術人員、考核結果關聯帶班班長及專業技術人員。

1.3.2 管理提升、流程優化

完成生產檢驗流程優化，由管端焊縫磨削崗位對焊縫修磨一次合格，成品外觀檢驗崗位不再對焊縫進行修磨，焊縫修磨后進行二次拋光，重點項目對成品檢驗后對所有鋼管管端修磨質量進行二次檢查并拍照實現質量可追溯。

1.4 管理提升保證出廠鋼管到客戶環節可控

完成鋼管儲運及交付制度，加強過程交接及資料傳遞管理，確保交付產品外觀質量合格率100%，重大項目鋼管管端外觀質量實現“零修復”交付。

2 取得成果及現場應用效果

2.1 管端劃傷問題改進提升效果

（1）鋼管出料頂出裝置改善前后對比，將頂出輥兩側容易造成壓痕位置的尖角重新設計為曲面，避免縱向壓痕產生（圖1）。

圖1 鋼管出料頂出裝置

（2）鋼板進料輥改善前后對比，對易產生劃傷的進料阻尼輥進行重新設計，在之前尺寸大小不變的基礎上在外層增加聚氨酯層，避免劃傷產生，鋼板進料輥如圖2 所示。

圖2 鋼板進料輥

（3）鋼管成型下模易產生劃傷位置改善，調整進料臺架高度杜絕管端局部位置周長劃傷、更換下模導軌板，減少下模局部金屬摩擦造成的局部凸起的產生，鋼管成型下模如圖3 所示。

圖3 鋼管成型下模

2.2 噘嘴錯邊問題改善效果

（1）優化預彎工藝，在工藝中增加板邊測量要求，避免局部壓潰產生，調整直邊控制范圍，由原來的0～10 mm 調整為5～20 mm，150 mm 范圍內標準弦高調整為5.6 mm，板邊150 mm 范圍內弦高調整為（5.9±0.5）mm，噘嘴控制在（-1.0～+1.5）mm，預彎換道步長為（1600±50）mm，機架間距（2700±200）mm，壓制力（1500±500）t。

（2）優化成型工藝，增加壓制次數，壓制次數由原來的17次增加到21 次，原料參數：公稱壁厚26.2 mm，內圓曲率477.1 mm，寬度3069～3081 mm；成型質量控制：不圓度（-10～20）mm，開口縫110～160 mm，換道推薦值：模具R395&V300（U/L），步長（136±5）mm，邊緣長度180 mm，壓力≤60 000 kN；從而保證局部管型有效控制。

（3）優化預焊工藝，增加噘嘴測量及控制要求，且要求噘嘴≤1.5 mm（表2）。

表2 預焊工藝參數

2.3 管端修磨質量問題提升效果

（1）保證管型控制，避免前面工序對管端焊縫磨削崗位影響，強化成型激光測距使用；設計加工外形測量模板，方便指導成型管型調整，準確高效找出管型調整的問題點。

（2）管端焊縫磨削崗位對現有設備進行升級改造及工藝研究，實現自動修磨，減少人為干預。

（3）變更生產流程管端修磨由管端焊縫磨削崗位一次完成，成品檢驗崗位不得對焊縫進行二次修磨。

2.4 管理方面的提升

制定《鋼管儲運及交付管理補充規定》，確保出廠后續環節質量可控。

3 結束語

針對影響直縫埋弧焊鋼管管端成品尺寸及外觀質量噘嘴錯邊、管端劃傷、管端焊縫修磨質量問題，通過開發成型出料頂出、成型進料阻尼裝置，優化成型焊接工藝、控制管型、管端質量，達到提升鋼管管端外觀質量的目的。

通過管端質量控制措施的實施，使鋼管成品管端外觀質量一次合格率由97.3%提高到99.2%，管端外觀質量切除率由0.53%降低到0.31%，同時減少返修、返流程鋼管加工費用。由此可見，一種直縫埋弧焊鋼管管端質量控制措施在公司成功得以應用，提高鋼管生產效率和質量，具有良好的應用前景。如果能夠對鋼管管端質量控制措施繼續進行完善加以利用，可降低鋼管質量風險，提高生產效率。