一種直縫埋弧焊鋼管管端質(zhì)量控制措施

鄧寶剛，王衛(wèi)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(shè)行業(yè)的復(fù)蘇，制管企業(yè)迎來大發(fā)展時(shí)期，為契合管道全生命周期質(zhì)量管理的理念[1]，各廠對自身裝備的自動(dòng)化、信息化能力實(shí)施較大投入，實(shí)現(xiàn)MES、物聯(lián)識(shí)別、自動(dòng)噴標(biāo)、自動(dòng)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(shí)別上存在短板。在當(dāng)前市場競爭環(huán)境下，鋼管的成品尺寸精良、外觀質(zhì)量成為企業(yè)競爭的重點(diǎn)和關(guān)鍵。為提升直縫埋弧焊鋼管的市場競爭力，降低企業(yè)質(zhì)量成本，提高鋼管管端外觀質(zhì)量一次合格率的勢在必行。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年某鋼管廠共生產(chǎn)26 000 余根鋼管，發(fā)現(xiàn)管端外觀質(zhì)量主要問題為管端焊縫修磨缺欠、管端劃傷、管端噘嘴錯(cuò)邊、油污等[1]，共計(jì)鋼管706 根，出廠后因存在焊縫修磨缺欠造成環(huán)焊縫拍片產(chǎn)生偽缺陷鋼管9 根、劃傷壓坑類缺欠23根。鋼管管端缺陷統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 鋼管管端缺陷統(tǒng)計(jì)

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出當(dāng)前生產(chǎn)中急待解決的鋼管管端外觀質(zhì)量問題主要是管端劃傷、噘嘴錯(cuò)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(chǎn)生位置為成型崗位，針對管端劃傷產(chǎn)生位置對劃傷產(chǎn)生的原因進(jìn)行調(diào)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(cè)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(shè)計(jì)出料輥，將接觸面形狀由V 形面變?yōu)榍?，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(dú)作用力量集中造成的壓痕。

（2）改善進(jìn)料裝置，杜絕周向劃傷。采取以下3 項(xiàng)措施：①重新設(shè)計(jì)加工進(jìn)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(diào)整阻尼臺(tái)架高度，針對局部周向劃傷，有針對性的調(diào)整局部位置進(jìn)料臺(tái)架高度；③更換劃傷產(chǎn)生位置的下模側(cè)向?qū)к壈?，?cè)向位置導(dǎo)軌板因?yàn)槭褂媚晗掭^長，表面硬化層磨損，成型過程中與鋼板接觸極易產(chǎn)生局部凸起，造成管體局部劃傷。

1.2 噘嘴錯(cuò)邊問題

噘嘴、錯(cuò)邊問題主要產(chǎn)生崗位為預(yù)焊，但是對其產(chǎn)生影響的崗位應(yīng)追溯到前兩道工序：預(yù)彎、成型，前面工序質(zhì)量控制情況，直接影響預(yù)焊崗位施焊效果，故需從以下3 個(gè)崗位進(jìn)行調(diào)整。

（1）優(yōu)化預(yù)彎工藝。根據(jù)預(yù)焊后噘嘴控制情況，將預(yù)彎直邊控制上限由之前的小于t/2 變?yōu)樾∮趖 并在預(yù)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(yōu)化成型工藝。成型工藝在廠家給定設(shè)計(jì)參考?jí)褐拼螖?shù)的基礎(chǔ)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(wěn)定，減少預(yù)焊合攏輥位置頻繁調(diào)整，并避免現(xiàn)場可能出現(xiàn)的影響環(huán)焊縫對接的局部直邊問題。

（3）優(yōu)化預(yù)焊工藝。預(yù)焊工藝中增加噘嘴測量控制要求，實(shí)現(xiàn)預(yù)彎、成型、預(yù)焊三崗整體協(xié)調(diào)控制管型機(jī)制。

1.3 管端修磨質(zhì)量問題

根據(jù)各個(gè)項(xiàng)目驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，直縫焊管需對管端100～150 mm范圍內(nèi)外焊縫去除，并預(yù)留0～0.5 mm 的余高，現(xiàn)有設(shè)備為手動(dòng)機(jī)械設(shè)備，生產(chǎn)過程受設(shè)備穩(wěn)定性影響較大且對管型的錯(cuò)邊噘嘴有一定要求，受以上因素影響生產(chǎn)中極易產(chǎn)生修磨不合格問題，如修磨后高度超高造成后續(xù)崗位補(bǔ)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(xù)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(shè)備改進(jìn)提高

（1）通過成型崗位工序激光測距的應(yīng)用，保證鋼管管型及焊縫位置形貌穩(wěn)定。

（2）管端焊縫磨削崗位對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造及工藝研究，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)修磨，減少人為干預(yù)。項(xiàng)目組結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，針對外觀質(zhì)量造成的切除率問題，通過以下方式進(jìn)行質(zhì)量攻關(guān)：①對現(xiàn)有的磨削設(shè)備進(jìn)行維修改造（更換齒輪齒條、絲桿）并跟蹤實(shí)際使用效果，保證設(shè)備的穩(wěn)定性，減少修磨超標(biāo)情況；②加強(qiáng)預(yù)焊后錯(cuò)邊質(zhì)量控制，有針對性的增加測量要求，減少因錯(cuò)邊造成的修磨后壁厚超標(biāo)問題產(chǎn)生；③加強(qiáng)成型區(qū)域質(zhì)量控制，修訂質(zhì)量獎(jiǎng)懲管理辦法，明確責(zé)任細(xì)化分工，考核員由質(zhì)量監(jiān)督人員分工為各專業(yè)技術(shù)人員、考核結(jié)果關(guān)聯(lián)帶班班長及專業(yè)技術(shù)人員。

1.3.2 管理提升、流程優(yōu)化

完成生產(chǎn)檢驗(yàn)流程優(yōu)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(yàn)崗位不再對焊縫進(jìn)行修磨，焊縫修磨后進(jìn)行二次拋光，重點(diǎn)項(xiàng)目對成品檢驗(yàn)后對所有鋼管管端修磨質(zhì)量進(jìn)行二次檢查并拍照實(shí)現(xiàn)質(zhì)量可追溯。

1.4 管理提升保證出廠鋼管到客戶環(huán)節(jié)可控

完成鋼管儲(chǔ)運(yùn)及交付制度，加強(qiáng)過程交接及資料傳遞管理，確保交付產(chǎn)品外觀質(zhì)量合格率100%，重大項(xiàng)目鋼管管端外觀質(zhì)量實(shí)現(xiàn)“零修復(fù)”交付。

2 取得成果及現(xiàn)場應(yīng)用效果

2.1 管端劃傷問題改進(jìn)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(cè)容易造成壓痕位置的尖角重新設(shè)計(jì)為曲面，避免縱向壓痕產(chǎn)生（圖1）。

圖1 鋼管出料頂出裝置

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

圖2 鋼板進(jìn)料輥

（3）鋼管成型下模易產(chǎn)生劃傷位置改善，調(diào)整進(jìn)料臺(tái)架高度杜絕管端局部位置周長劃傷、更換下模導(dǎo)軌板，減少下模局部金屬摩擦造成的局部凸起的產(chǎn)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(cuò)邊問題改善效果

（1）優(yōu)化預(yù)彎工藝，在工藝中增加板邊測量要求，避免局部壓潰產(chǎn)生，調(diào)整直邊控制范圍，由原來的0～10 mm 調(diào)整為5～20 mm，150 mm 范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)弦高調(diào)整為5.6 mm，板邊150 mm 范圍內(nèi)弦高調(diào)整為（5.9±0.5）mm，噘嘴控制在（-1.0～+1.5）mm，預(yù)彎換道步長為（1600±50）mm，機(jī)架間距（2700±200）mm，壓制力（1500±500）t。

（2）優(yōu)化成型工藝，增加壓制次數(shù)，壓制次數(shù)由原來的17次增加到21 次，原料參數(shù)：公稱壁厚26.2 mm，內(nèi)圓曲率477.1 mm，寬度3069～3081 mm；成型質(zhì)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(yōu)化預(yù)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(yù)焊工藝參數(shù)

2.3 管端修磨質(zhì)量問題提升效果

（1）保證管型控制，避免前面工序?qū)芏撕缚p磨削崗位影響，強(qiáng)化成型激光測距使用；設(shè)計(jì)加工外形測量模板，方便指導(dǎo)成型管型調(diào)整，準(zhǔn)確高效找出管型調(diào)整的問題點(diǎn)。

（2）管端焊縫磨削崗位對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造及工藝研究，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)修磨，減少人為干預(yù)。

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

2.4 管理方面的提升

制定《鋼管儲(chǔ)運(yùn)及交付管理補(bǔ)充規(guī)定》，確保出廠后續(xù)環(huán)節(jié)質(zhì)量可控。

3 結(jié)束語

針對影響直縫埋弧焊鋼管管端成品尺寸及外觀質(zhì)量噘嘴錯(cuò)邊、管端劃傷、管端焊縫修磨質(zhì)量問題，通過開發(fā)成型出料頂出、成型進(jìn)料阻尼裝置，優(yōu)化成型焊接工藝、控制管型、管端質(zhì)量，達(dá)到提升鋼管管端外觀質(zhì)量的目的。

通過管端質(zhì)量控制措施的實(shí)施，使鋼管成品管端外觀質(zhì)量一次合格率由97.3%提高到99.2%，管端外觀質(zhì)量切除率由0.53%降低到0.31%，同時(shí)減少返修、返流程鋼管加工費(fèi)用。由此可見，一種直縫埋弧焊鋼管管端質(zhì)量控制措施在公司成功得以應(yīng)用，提高鋼管生產(chǎn)效率和質(zhì)量，具有良好的應(yīng)用前景。如果能夠?qū)︿摴芄芏速|(zhì)量控制措施繼續(xù)進(jìn)行完善加以利用，可降低鋼管質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提高生產(chǎn)效率。