直縫埋弧焊管焊縫偏轉(zhuǎn)測量及控制方法研究

李建偉

(中石化石油機械股份有限公司沙市鋼管分公司，湖北 荊州 434001)

引言

穿越工業(yè)交通密集地區(qū)、河流地段、大落差地段或經(jīng)過地震區(qū)用管以及海底管線等都要求采用直縫埋弧焊鋼管[1]。隨著“新氣外輸”“鄂-安-滄”等一大批油氣管線逐步開建，現(xiàn)場對于鋼管標(biāo)準(zhǔn)日漸抬高。由于原料和設(shè)備精度的原因，JCO卷管成型后焊縫位置沿一端向另一端（通常沿管頭向管尾）發(fā)生順時針或者逆時針偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，稱為直縫埋弧焊管的焊縫偏轉(zhuǎn)，如圖1。焊縫偏轉(zhuǎn)量較大時帶來的直接后果是在“預(yù)焊接”和“埋弧焊”工序出現(xiàn)管體旋轉(zhuǎn)帶來“錯邊”“焊偏”等缺陷，在“擴徑”工序出現(xiàn)擴管時頭尾不在一條線上造成擴后“直邊”，影響產(chǎn)品入庫交付和后續(xù)管線沿線巡查及保養(yǎng)、檢測成本[2]增加的后果。因此，找到焊縫偏轉(zhuǎn)發(fā)生的原因及解決方法是非常必要的。

1 焊縫偏轉(zhuǎn)的原因

1.1 原料

圖1 焊縫偏轉(zhuǎn)示意圖[3]

直縫埋弧焊管的卷管原料為單張矩形鋼板，鋼板訂貨技術(shù)協(xié)議只能保證名義尺寸的最小矩形，到貨鋼板成品存在對角線超差的現(xiàn)象，如圖2。熱軋鋼板經(jīng)過控軋控冷的鋼板存在成分起伏[4]和強度起伏[5]，特別是在對鋼管進(jìn)行JCO多步成型過程中，鋼板不同部位強度不同，造成卷制過程中出現(xiàn)軸向錯動(如圖3所示)和焊縫徑向偏轉(zhuǎn)。

圖2 鋼板對角線差示意圖

圖3 管端軸向錯動

1.2 設(shè)備

實際生產(chǎn)中，直縫埋弧焊管焊縫是否偏轉(zhuǎn)在卷管成型（如下頁圖4）工序后就被固定下來。成型機相關(guān)部件進(jìn)行測繪后發(fā)現(xiàn)，成型機上、下模中心線不同心。這樣的偏差帶來鋼板在成型機內(nèi)卷制時不是均勻卷制，即成型機模具中心線與矩形鋼板的板邊并不是平行關(guān)系，如圖5，從而造成卷制后的管坯在合縫后出現(xiàn)焊縫偏轉(zhuǎn)[6]。

圖4 JCO成型過程示意圖

圖5 成型機模具與鋼板角度示意圖

2 測量方法

找到一種適用于直縫埋弧焊管現(xiàn)場焊縫偏轉(zhuǎn)的科學(xué)測量方法，是解決焊縫偏轉(zhuǎn)問題的前提，以下是幾種測量方法介紹。

2.1 激光跟蹤法

借助固定在一點的激光跟蹤，以管頭焊縫中心點為起始點，運管小車托舉鋼管自管頭向管尾軸向經(jīng)過激光點，管尾經(jīng)過激光點發(fā)生偏轉(zhuǎn)的周向距離即為焊縫偏轉(zhuǎn)量，如圖6所示。激光跟蹤法的優(yōu)點是可以直觀的對焊縫偏轉(zhuǎn)進(jìn)行測量，激光跟蹤法的缺點是受運管小車與軌道的間隙影響，可能誤判，此法不可取。

圖6 激光跟蹤法

2.2 半周長法

將鋼管碼放在臺架上，焊縫大致向上，分別以管頭、管尾的預(yù)焊縫中心為基準(zhǔn)，懸掛鉛垂線，在管端下方做標(biāo)記，測量管頭、管尾鉛垂線同一側(cè)的焊縫中心到標(biāo)記處的半周長后進(jìn)行比較，如圖7所示，根據(jù)半周長值測定焊縫偏轉(zhuǎn)為左偏轉(zhuǎn)還是右偏轉(zhuǎn)。此種方法為靜置測量，消除設(shè)備對測量結(jié)果的影響，并且也不受焊縫是否在正上方的影響，不僅可以定性測定，而且可以對后續(xù)的定量調(diào)整進(jìn)行指導(dǎo)，在后續(xù)的調(diào)整和生產(chǎn)過程中驗證此方法有效。

3 控制焊縫偏轉(zhuǎn)的方法

受到成型機模具與矩形鋼板間存在成型角度誤差的啟發(fā)，借助設(shè)備進(jìn)行反向糾偏。成型機上有進(jìn)口推板小車和出口推板小車各一個，每個小車包含兩個行走機構(gòu)?？梢越柚{(diào)整成型機進(jìn)口、出口不同位置推板小車尾部（如圖8所示）張緊鏈輪，調(diào)整推板小車的偏移方向，進(jìn)而對卷管成型過程中鋼板與模具間的角度進(jìn)行反向調(diào)整，經(jīng)過多次現(xiàn)場試驗和合縫后測量，證明此方法有效，并且可以根據(jù)首檢管生產(chǎn)過程中焊縫偏轉(zhuǎn)的測定情況（如表1所示），有針對性地調(diào)整出適應(yīng)本批次原料的推板小車位置，最大限度地降低焊縫偏轉(zhuǎn)。

圖7 半周長法

圖8 推板小車尾部

表1 推板小車調(diào)整與焊縫偏中方向?qū)φ毡?/p>

4 結(jié)語

石油行業(yè)的逐漸回暖和國家能源行業(yè)的發(fā)展帶動了管線建設(shè)的長足發(fā)展，解決直縫埋弧焊管連續(xù)生產(chǎn)過程中的卷管成型工藝問題對于提高效率、縮短工期均具有重要意義。一方面，無法要求原材料達(dá)到理想化的強度均一、分布穩(wěn)定；另一方面，對現(xiàn)場設(shè)備的安裝精度和使用過程中的磨損變形要找到與之相應(yīng)的糾偏方法。本文通過現(xiàn)場試驗和理論分析找到了焊縫偏轉(zhuǎn)測量和控制的一種方法，希望可以對現(xiàn)場生產(chǎn)起到參考作用。

[1]李宏.直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線預(yù)彎工藝[J].焊管，2006，29（1）：13-15.

[2]孫永泰.海底油氣管線超聲波檢測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].石油機械，2011，39（4）：28-31.

[3]曹國富.電阻焊管焊縫位置的偏轉(zhuǎn)及調(diào)控方法[J].焊管，2016，39（3）：61-64.

[4]劉小寧.鋼材屈服與抗拉強度的分布規(guī)律和參數(shù)研究[J].制造業(yè)自動化，2015（17）：56-59.

[5]趙培林，孫新軍，湯化勝，等.熱軋高強帶鋼同卷強度波動原因探討及分析[J].鋼鐵，2011，46（8）：56-62.

[6]呂立華.金屬塑性變形與軋制原理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.