埋弧焊管生產(chǎn)線規(guī)劃和升級改造的注意事項分析

張晨鵬，付彥宏，楊 東，曹華勇，王林林，肖 青

（1.渤海裝備新疆鋼管有限公司，新疆 烏魯木齊 830022；2.渤海裝備研究院（信息中心），河北 青縣 062658；3.渤海裝備巨龍鋼管公司，河北 青縣 062658）

近10年來，受市場需求影響，我國螺旋縫焊管生產(chǎn)企業(yè)因其投資小、建設(shè)周期短而得到迅猛發(fā)展。中國石油天然氣集團(tuán)公司裝備板塊企業(yè)不是新建生產(chǎn)線，就是其下屬企業(yè)對原生產(chǎn)線進(jìn)行擴(kuò)能升級改造，這對于提高我國的管道制造業(yè)規(guī)模、優(yōu)化資源、降低產(chǎn)品成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量大有幫助，但在提升產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量的同時，更應(yīng)注重生產(chǎn)線規(guī)劃或升級改造時的科學(xué)務(wù)實(shí)性。

筆者結(jié)合國內(nèi)幾個知名焊管生產(chǎn)企業(yè)在高鋼級螺旋縫埋弧焊管生產(chǎn)中暴露出的一些問題，包括焊接穩(wěn)定性和焊接效率較低、檢驗流程不暢通及質(zhì)量把控不到位等，對埋弧焊管生產(chǎn)線規(guī)劃和升級改造應(yīng)注意的事項進(jìn)行分析，以供借鑒。

1 設(shè)備能力

埋弧焊管生產(chǎn)線設(shè)備能力需足夠。設(shè)備能力決定著生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平、產(chǎn)品開發(fā)能力和產(chǎn)品質(zhì)量能否得到有效控制等多方面問題，是需要引起焊管生產(chǎn)企業(yè)重視的關(guān)鍵方面。

某些企業(yè)在研發(fā)焊管產(chǎn)品時遇到設(shè)備能力不足的問題。如在對頭焊崗位，剪板機(jī)剪板不動，提高油壓后雖剪板成功，但對剪刃卻造成巨大損傷；在成型崗位，壓下輥下壓困難、管徑控制不佳。這些情況下，即使能試制出相應(yīng)規(guī)格品種的焊管，但在大批量生產(chǎn)時，成型輥損壞的頻率必將大為增加，為設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)和生產(chǎn)埋下嚴(yán)重隱患。

即將規(guī)劃生產(chǎn)線或進(jìn)行升級改造的企業(yè)，應(yīng)通過認(rèn)真調(diào)研，根據(jù)企業(yè)預(yù)設(shè)規(guī)模及發(fā)展前景，做到設(shè)備的高起點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性和實(shí)用性、當(dāng)前性和長遠(yuǎn)性相統(tǒng)一。調(diào)研工作不但需面向同行業(yè)，而且要面向非同行業(yè)、大專院校和科研院（所）［1］，了解當(dāng)前國內(nèi)外同領(lǐng)域產(chǎn)品的生產(chǎn)、焊接、檢測設(shè)備狀況和水平，為選擇購置或升級改造設(shè)備做準(zhǔn)備［2］，盡可能保證設(shè)備的設(shè)計和實(shí)際生產(chǎn)檢驗?zāi)芰Υ笥诮窈笮庐a(chǎn)品所需生產(chǎn)檢驗?zāi)芰Φ囊?，這樣才能極大地減少新產(chǎn)品試制時對設(shè)備的損傷，同時為批量生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。

1.1 生產(chǎn)能力

根據(jù)我國對石油天然氣能源的激增需求，國內(nèi)主要焊管制造企業(yè)必然朝著生產(chǎn)大直徑、高鋼級焊管方向進(jìn)行生產(chǎn)線的規(guī)劃或升級改造，這更需要在規(guī)劃時注意設(shè)備的機(jī)械控制能力、機(jī)械整體剛性、最大成型焊管直徑及輔助設(shè)備和工裝能通過的最大管徑等方面問題。經(jīng)費(fèi)允許的條件下，應(yīng)盡最大可能使設(shè)備保障有力、控制可靠、空間足夠。

應(yīng)重視成型焊接前幾個工序設(shè)備的綜合能力，包括拆卷矯平能力（最大拆卷質(zhì)量和液壓系統(tǒng)最高工作壓力、矯平機(jī)械壓力和矯平速度）、銑邊能力（銑邊功率、坡口刀具硬度和使用壽命）、遞送能力（遞送力和速度、導(dǎo)板剛性）等，工作尺寸（工作寬度、高度調(diào)節(jié)量）應(yīng)保證足夠，并且在生產(chǎn)運(yùn)行中穩(wěn)定可靠、速度均勻可控；重視各工序設(shè)備綜合能力的資金投入比例和改造力度，以保證在成型工序前的“預(yù)成型”鋼板平直、銑邊到位和均勻、導(dǎo)進(jìn)速度穩(wěn)定，確保后續(xù)成型焊接工序穩(wěn)定可靠［3-5］。

成型焊接能力主要包括成型空間（底座、轉(zhuǎn)盤、立柱）尺寸足夠，基準(zhǔn)邊定位準(zhǔn)確穩(wěn)定，功能輥（成型輥、外控輥、焊墊輥）壓力足夠和穩(wěn)定，內(nèi)外焊機(jī)電流電壓足夠且穩(wěn)定均勻，焊接速度穩(wěn)定均勻可控，焊縫自動定位跟蹤系統(tǒng)精準(zhǔn)可靠等［6-7］。在一定的設(shè)備規(guī)模條件下，主要關(guān)注設(shè)備綜合的穩(wěn)定性、均勻性、可控性。

1.2 檢驗試驗?zāi)芰?/h3>

X射線工業(yè)電視系統(tǒng)應(yīng)輸出電壓穩(wěn)定連續(xù)可調(diào)，實(shí)時成像穩(wěn)定精準(zhǔn)，機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)剛性足［8］、定位準(zhǔn)，探傷穿透鋼管厚度足夠，動/靜態(tài)靈敏度高，焦點(diǎn)尺寸小。洗片機(jī)的洗片通道應(yīng)足夠（至少4個）并且同時連續(xù)工作，具有顯影、定影、烘干自動加熱，溫度自動控制，藥液、水洗自動補(bǔ)液等功能。

全自動超聲波探傷系統(tǒng)探傷通道應(yīng)足夠、分層探傷覆蓋面積至少50%［9］，其水平線性、垂直線性、靈敏度余量、分辨率應(yīng)足夠。激光焊縫自動跟蹤應(yīng)穩(wěn)定和精準(zhǔn)。

水壓機(jī)端部密封穩(wěn)定可靠［10］，主缸柱塞直徑及主缸最高使用壓力應(yīng)足夠。另外，為保證檢驗工序通暢，X射線工業(yè)電視最好并行配置至少2臺。必須注意的是，X射線檢測進(jìn)管高度、水壓機(jī)上面橫梁高度及連續(xù)探傷等工序通管高度也要足夠，因為其直接影響著生產(chǎn)檢驗和生產(chǎn)效率。

夏比沖擊試驗機(jī)、落錘撕裂試驗機(jī)、拉伸試驗機(jī)試驗?zāi)芰σ銐?。特別要注意拉伸試驗機(jī)上下鉗口的同軸度、檢測軟件中應(yīng)變速率控制的試驗速率與GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》的符合性和可靠性，否則金屬材料的屈服強(qiáng)度就無法測試可靠和準(zhǔn)確。

2 自動化水平

埋弧焊管生產(chǎn)線自動化水平要與設(shè)備的能力、特性和剛性相匹配。在焊管機(jī)組的成型等重要環(huán)節(jié)應(yīng)向機(jī)器自動化調(diào)節(jié)進(jìn)給尺寸的方向發(fā)展，技術(shù)人員或操作人員只需事先確定和輸入有關(guān)成型工序的重要參數(shù)后、就位按鍵完成生產(chǎn)。

目前，在某些工序焊管制造已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備自動化，如焊接過程的內(nèi)外焊縫自動跟蹤系統(tǒng)，焊縫超聲波探傷自動跟蹤系統(tǒng)，橫移小車的自動跟進(jìn)與就位系統(tǒng)，維氏硬度打點(diǎn)和水平垂直位移自動跟進(jìn)與就位系統(tǒng)，防腐后鋼管的自動噴標(biāo)系統(tǒng)等。設(shè)備儀器不同程度的自動化應(yīng)用，大大提高了生產(chǎn)效率，有效提升了焊接水平，促進(jìn)了對產(chǎn)品質(zhì)量的把控能力。但是，在螺旋縫埋弧焊管生產(chǎn)線上，設(shè)備自動化程度不夠，除應(yīng)提高已用自動化設(shè)備的自動化程度和精準(zhǔn)度外，還應(yīng)開展以下工作：①矯平機(jī)矯平力和矯平速度的自動化控制；②銑邊機(jī)進(jìn)給量的自動化控制；③成型機(jī)功能輥各自壓力和定位、成型空間（底座、轉(zhuǎn)盤、立柱）尺寸定位的自動化控制；④焊接系統(tǒng)朝著“多絲數(shù)字埋弧焊接系統(tǒng)”［11］方向改進(jìn)和發(fā)展，掌握焊接過程中的電源特性，精準(zhǔn)跟蹤焊點(diǎn)和焊縫形貌、準(zhǔn)確輸出焊接時的電流和電壓，查找對應(yīng)出優(yōu)良焊接質(zhì)量下的電流和電壓參數(shù)，促進(jìn)焊管焊接質(zhì)量的提升和把控。

應(yīng)說明的是，不建議在生產(chǎn)線上處處搞自動化、設(shè)置過多的急停和限位裝置。如在空間較小的工序之間，用手動開關(guān)并加裝限位開關(guān)即可，靈活實(shí)用、效率較高。另外，應(yīng)重視設(shè)備機(jī)械部分剛性和自動化的銜接和匹配，如果剛性不足，設(shè)備自動化程度再高也無法做到精準(zhǔn)把控；如果自動化不能及時跟進(jìn)，則應(yīng)在設(shè)備剛性較好的適當(dāng)部位預(yù)留相應(yīng)傳感器等自動化（輔助）裝置的空間。

3 布 局

焊管生產(chǎn)企業(yè)必須對生產(chǎn)工序進(jìn)行合理布局，才能最大化提高產(chǎn)能，新建或計劃新建的企業(yè)對這個問題應(yīng)提高重視。如果水壓試驗、超聲波連續(xù)探傷、倒棱及其他后續(xù)相鄰工序所在區(qū)域間隔較近，那么一旦探傷設(shè)備出現(xiàn)故障，不能將水壓后的鋼管及時運(yùn)走，也不能進(jìn)行倒棱等后續(xù)工作，極大地耽誤檢驗流程、降低檢驗效率；而且在水壓過程中，操作人員存在一定風(fēng)險。某些企業(yè)X射線室設(shè)置在車間外部，每次需用橫向輥道倒運(yùn)幾根鋼管進(jìn)行X射線焊縫檢查，之后再倒運(yùn)出來，費(fèi)時費(fèi)力，生產(chǎn)效率很難提高。因此，在規(guī)劃和升級改造時，應(yīng)使生產(chǎn)流程盡可能通暢。現(xiàn)提出以下建議：

（1）根據(jù)生產(chǎn)線生產(chǎn)能力合理配置X射線探傷設(shè)備，必要時配置2臺，且其布局為直進(jìn)直出式，即鋼管經(jīng)X射線檢驗完畢后，直接向前進(jìn)入下個流程或反流程工序。

（2）合理布置生產(chǎn)線的緩沖區(qū)。對于效率較高的生產(chǎn)線，在廠房空間允許下，盡量增大生產(chǎn)檢驗工序中管道的運(yùn)送長度或工序間的預(yù)留空間。

（3）生產(chǎn)線布置要考慮方便過跨反流程。例如在生產(chǎn)線廠房高度允許的條件下，至少增加一部與焊管生產(chǎn)線相垂直的天車，便于反流程鋼管的吊運(yùn)和倒運(yùn)。

（4）在用水區(qū)域應(yīng)考慮易于清潔以及操作人員的安全。例如水壓、超聲波連續(xù)探傷等有試驗用水區(qū)域地面的標(biāo)高，做成比生產(chǎn)線廠房地面零標(biāo)高位置低300～400 mm，并用金屬網(wǎng)格罩住低于零標(biāo)高區(qū)域，這樣在工序檢驗時，區(qū)域易于清潔衛(wèi)生、操作人員較為安全。

4 結(jié) 論

（1）在規(guī)劃或升級改造埋弧焊管生產(chǎn)線時，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身規(guī)模和發(fā)展前景進(jìn)行充分調(diào)研，切忌全盤“照搬”其他企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)線格局。

（2）生產(chǎn)、檢驗設(shè)備的設(shè)計能力應(yīng)足夠、穩(wěn)定、可靠，布局應(yīng)務(wù)實(shí)、流暢、人性化。

（3）根據(jù)需要進(jìn)行埋弧焊管生產(chǎn)線自動化的設(shè)計和配置，同時相關(guān)聯(lián)設(shè)備的剛性、空間及接口連接等應(yīng)相互匹配。

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