葉子義

（衡陽(yáng)華菱鋼管有限公司技術(shù)質(zhì)量部，湖南 衡陽(yáng) 4 2 1 0 0 1）

熱軋無(wú)縫鋼管質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀問(wèn)題分析及改進(jìn)對(duì)策研究

葉子義

（衡陽(yáng)華菱鋼管有限公司技術(shù)質(zhì)量部，湖南 衡陽(yáng) 4 2 1 0 0 1）

熱軋無(wú)縫鋼管廣泛應(yīng)用于航空、石化、建筑、軍工等部門，有工業(yè)血管之稱。工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展離不開(kāi)基礎(chǔ)材料質(zhì)量的提高，無(wú)縫鋼管的質(zhì)量就成為重中之重。當(dāng)前對(duì)于無(wú)縫鋼管的質(zhì)量檢測(cè)還停留在成品管的檢查上面，這不僅浪費(fèi)了生產(chǎn)工序及能源，部分缺陷還會(huì)最終影響生產(chǎn)的整體質(zhì)量。針對(duì)于此，本文分析了熱壓無(wú)縫鋼管質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)當(dāng)前存在的問(wèn)題，并針對(duì)性的提出了改進(jìn)方法。

熱壓無(wú)縫鋼管；質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)；問(wèn)題；改進(jìn)對(duì)策

無(wú)縫鋼管和焊接鋼管是當(dāng)前主要的兩種鋼管生產(chǎn)方式，無(wú)縫鋼管是一種經(jīng)濟(jì)斷面鋼材，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、航天等領(lǐng)域。不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)o(wú)縫鋼管具有不同的要求，很多情況下無(wú)縫鋼管的使用環(huán)境十分惡劣，如天然氣深井鉆探、具有腐蝕性介質(zhì)的石油、電站鍋爐、石油裂化裝備等。所以對(duì)于鋼管的質(zhì)量具有很高要求。

1 熱壓無(wú)縫鋼管制造工序及質(zhì)量要求

1.1 熱軋無(wú)縫鋼管制造工序

熱軋無(wú)縫鋼管的制造主要分為六個(gè)部分，首先是備料，包括購(gòu)入管坯、氣割斷、剝皮修磨、探傷檢查、高合金管坯表面處理與冷定心等程序；第二步為管坯加熱，通過(guò)環(huán)形加熱爐、斜底式管坯加熱爐等專用設(shè)備進(jìn)行加熱，出爐后，先用熱定心程穿孔；穿孔是指將實(shí)心厚壁毛管經(jīng)過(guò)一定工序做成空心厚壁毛管，通常由斜軋穿孔機(jī)穿孔進(jìn)行。如管坯為鋼錠或方坯，通常采用水壓機(jī)或兩輥縱軋壓力穿孔機(jī)穿孔；軋管是一種對(duì)空心毛進(jìn)行管減徑減壁的程序，用軋管機(jī)將毛管制備為荒管。自動(dòng)軋管機(jī)組，在軋管后還應(yīng)用均整機(jī)進(jìn)行均整；再加熱和定減徑是指在成品前對(duì)荒管進(jìn)行再加熱，并通過(guò)減徑機(jī)、張力減徑機(jī)或擴(kuò)徑機(jī)進(jìn)行加工，得到不同規(guī)格、尺寸的鋼管；最后為精整、檢查和進(jìn)庫(kù)等程序。

1.2 熱壓無(wú)縫鋼管質(zhì)量要求

熱壓無(wú)縫鋼管質(zhì)量主要有幾何尺寸精度和外形標(biāo)準(zhǔn)、表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及物理化學(xué)性能和成分標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)方面。幾何尺寸精度和外形標(biāo)準(zhǔn)方面，主要包括管壁厚精度偏差、光管外徑精度、鋼管橢圓度、鋼管彎度、鋼管端面斜切度五個(gè)方面，其質(zhì)量主要與管坯積熱質(zhì)量、調(diào)整參數(shù)、工藝設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行情況、工具精度與硬度、變形供需、潤(rùn)滑質(zhì)量、加工精度、變形量分配調(diào)整有關(guān)；表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面，主要包括十九種表面缺陷：裂紋、內(nèi)折、直道內(nèi)折、軋制折疊、毛刺、外折疊、青線、軋折、發(fā)紋、擦傷、矯凹、直道、凸面、麻面、離層、結(jié)疤、凹面、內(nèi)螺旋、凹坑。除此之外，一些輕微的缺陷可保留在鋼管上，但嚴(yán)重缺陷必須進(jìn)行切除、修磨等清除干凈。產(chǎn)生表面缺陷的主要原因是管坯表面缺陷或內(nèi)部缺陷，也可能是生產(chǎn)過(guò)程中壓制參數(shù)不準(zhǔn)確、工具表面不光滑等；物理化學(xué)性能和成分標(biāo)準(zhǔn)主要包括常溫下鋼管的力學(xué)性能、非常溫下的力學(xué)性能及抗腐蝕性。物理化學(xué)性能主要受鋼的組織結(jié)構(gòu)、純精度及熱處理方式、化學(xué)成分等方面的影響。

2 熱壓無(wú)縫鋼管質(zhì)量檢測(cè)現(xiàn)狀

當(dāng)前在熱壓無(wú)縫鋼管質(zhì)量檢測(cè)方面，主要為無(wú)損常規(guī)檢測(cè)法，包括超聲波檢測(cè)法、渦流探傷檢測(cè)法和漏磁檢測(cè)法。無(wú)損常規(guī)檢測(cè)法是從物理方面采取方法對(duì)鋼管內(nèi)部和表面性能進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)合格標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼管質(zhì)量進(jìn)行判斷。超聲波檢測(cè)法是在電磁感應(yīng)原理上發(fā)展而來(lái)的，先在管材內(nèi)部發(fā)射一束超聲波，如果管材內(nèi)部有缺陷，則超聲波一定會(huì)反射，再用探傷儀對(duì)所得信息進(jìn)行進(jìn)一步處理便可得知缺陷信息。超聲檢測(cè)對(duì)鋼管內(nèi)表面缺損檢出率很高，但檢驗(yàn)速度嚴(yán)重受限，在水浸法探傷中，超聲波在管壁內(nèi)的傳播也會(huì)迅速衰減。這是因?yàn)樗穆曌栊∮阡摴?，水與鋼管往復(fù)透射率較小。同時(shí)，聲波在管壁中的反射會(huì)造成波形轉(zhuǎn)換，橫向水投射會(huì)被水吸收，造成超聲衰減。這種方法檢測(cè)速度過(guò)慢，并不適用于工業(yè)生產(chǎn)；渦流探傷法主要用點(diǎn)式探頭和穿過(guò)式探頭踐行檢測(cè)，點(diǎn)式探頭是在檢測(cè)過(guò)程中以螺旋向前運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行檢測(cè)。穿過(guò)式探頭則直接進(jìn)行檢測(cè)。但渦流探傷方式具有2 5 0 mm的檢測(cè)盲區(qū)。而且點(diǎn)式探頭檢驗(yàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，穿過(guò)式探頭對(duì)深層內(nèi)部缺陷不敏感，無(wú)法判斷具體位置；漏磁檢測(cè)法是先對(duì)管材進(jìn)行磁化，如有缺陷則會(huì)在表面形成漏磁場(chǎng)。此外還有非液浸式超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)、激光超聲檢測(cè)技術(shù)、電磁超聲技術(shù)等新興技術(shù)。雖然以上技術(shù)都具有一定的效果，但并不能完全解決質(zhì)量問(wèn)題，或適用于工業(yè)化的生產(chǎn)，為此我們需要建立一種具有高效率、在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)就能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的技術(shù)。

3 改進(jìn)措施

為了提高管材質(zhì)量，我們應(yīng)在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)就對(duì)管材進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)估，避免資源的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。根據(jù)上文中提到的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，我們可以在各環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)。首先在管坯加熱環(huán)節(jié)，加熱溫度、加熱速度、加熱時(shí)間是影響質(zhì)量的主要方面，需考慮到管坯加熱的滯后性，各輸入溫度對(duì)管坯問(wèn)題影響也具有滯后性。在組態(tài)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展下，工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)越來(lái)越豐富。燒嘴煤氣和空氣流量、加熱爐加熱段固定位置的溫度、出口處管坯溫度等是在實(shí)際工作中最容易收集的數(shù)據(jù)。基于這一點(diǎn)，當(dāng)前P C R建立的鋼溫模型廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)之中。但管坯加熱調(diào)整具有典型的大滯后特點(diǎn)，輸入的變量信息不能馬上改變管坯溫度，具有延時(shí)性?？筛鶕?jù)T L P C R方法通過(guò)計(jì)算各輸入通道的滯后時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。T L P C R是基于傳統(tǒng)P C R基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制的技術(shù)，通過(guò)計(jì)算輸入通道的滯后時(shí)間提高精度。首先獲正常運(yùn)行下的采樣變量矩陣，獲取正常運(yùn)行狀態(tài)下盡可能多的數(shù)據(jù)信息，然后對(duì)變量數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，建立新的矩陣，根據(jù)新矩陣建立正常運(yùn)行狀態(tài)下的P C A模型。通常管坯的出口溫度在1 2 0 0~1 3 0 0℃之間浮動(dòng)，而最佳穿孔溫度是1 2 8 0℃。根據(jù)管孔要求，每1 8 s加工一根管坯，結(jié)合系統(tǒng)預(yù)報(bào)溫度，改變實(shí)際溫度與偏差溫度煤氣用量差異，達(dá)到調(diào)節(jié)管坯溫度的作用，將加工溫度控制在1 2 6 0~1 2 9 5℃之間。

在穿孔方面，可建立穿孔與其他相關(guān)因素的關(guān)系模型進(jìn)行控制，檢測(cè)毛管質(zhì)量。首先要確定毛管質(zhì)量相關(guān)的模型作為輸入量，包括上下軋輥量、壓輥轉(zhuǎn)速、推鋼機(jī)位置等。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)的收集與分析，不同生產(chǎn)階段各自變量對(duì)毛管質(zhì)量的影響也各不相同，一部分變量在某一階段對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量具有影響，另一部分變量對(duì)毛管質(zhì)量的影響貫穿于整個(gè)生產(chǎn)工序。在實(shí)際生產(chǎn)中，管坯穿孔可分為三個(gè)主要的時(shí)段：一次不穩(wěn)定穿孔時(shí)段、穩(wěn)定穿孔時(shí)段和二次不穩(wěn)定穿孔時(shí)段。一次不穩(wěn)定穿孔時(shí)段是在軋件和軋輥接觸到金屬充滿變形區(qū)；穩(wěn)定穿孔時(shí)段是金屬充滿變形區(qū)到管坯尾部遇到頂頭；二次不穩(wěn)定穿孔是管坯尾部接觸頂頭到離開(kāi)壓輥為止。對(duì)毛管質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，需要計(jì)算毛管質(zhì)量量化指標(biāo)。毛管質(zhì)量主要受管型和內(nèi)部組織影響。通過(guò)上述分析可知，在穿孔的三個(gè)子時(shí)段中，毛管質(zhì)量主要受到上下軋輥壓上量、上下軋輥轉(zhuǎn)速、管坯溫度、頂桿實(shí)際位置等變量的影響。所以應(yīng)在這些步驟中采集各變量的數(shù)據(jù)，將采集數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，建立毛管質(zhì)量模型，在生產(chǎn)前將歷史積累的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)控制變量軌跡帶入模型，計(jì)算對(duì)應(yīng)的毛管質(zhì)量；在再加熱、精整方面，可采用間歇過(guò)程建模法進(jìn)行檢驗(yàn)與控制。根據(jù)連軋生產(chǎn)過(guò)程，將生產(chǎn)步驟分解為咬鋼、穩(wěn)定壓制及拋鋼幾個(gè)部分，劃分為1 5個(gè)小時(shí)段，并根據(jù)子時(shí)段的變量均值建立模型，進(jìn)行質(zhì)量控制。

生產(chǎn)過(guò)程中減徑管產(chǎn)品規(guī)格多種多樣，統(tǒng)一規(guī)格的產(chǎn)品調(diào)整會(huì)引起模型變化，要達(dá)到更精確的建立減徑管質(zhì)量預(yù)測(cè)模型的目的，先要對(duì)影響減徑管質(zhì)量的因素進(jìn)行分析。影響減徑管質(zhì)量的因素主要有荒管加熱溫度的影響、荒管質(zhì)量的影響、軋制速度的影響及張力的影響。同樣，這些因素受每一環(huán)節(jié)變量的影響發(fā)生變化，可細(xì)分時(shí)段對(duì)各時(shí)段的因素進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)上一環(huán)節(jié)的間歇過(guò)程建模法進(jìn)一步將軋輥程序劃分為2 3個(gè)時(shí)段。利用這一模型將迭代學(xué)習(xí)控制技術(shù)應(yīng)用在減徑生產(chǎn)當(dāng)中，提高生產(chǎn)質(zhì)量。

在最后檢測(cè)環(huán)節(jié)依然不能放松，當(dāng)前的γ射線測(cè)厚技術(shù)、同位素測(cè)厚技術(shù)、超聲波脈沖連續(xù)測(cè)厚技術(shù)等已應(yīng)用于自動(dòng)檢測(cè)當(dāng)中，我們要引進(jìn)、研制新的檢測(cè)技術(shù)，在提高產(chǎn)量的同時(shí)提高質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)工業(yè)化發(fā)展迅速，無(wú)縫鋼管作為工業(yè)發(fā)展支柱之一，品種、規(guī)格、產(chǎn)量都在持續(xù)增長(zhǎng)。但在生產(chǎn)過(guò)程中，各個(gè)工序都可能出現(xiàn)損傷，造成了浪費(fèi)。同時(shí)當(dāng)前的檢測(cè)技術(shù)存在盲點(diǎn)、效率低下等問(wèn)題，所以我們應(yīng)在每一環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)，淘汰損壞的鋼坯，同時(shí)引進(jìn)自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，加快檢測(cè)效率。

[1]周晟程.組合無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在無(wú)縫鋼管探傷中的應(yīng)用[J].中國(guó)科技縱橫，2 0 1 4,0 6 0(2 1):8 5.1 6 7 1~2 0 6 4.

[2]楊永鋒，黨曉剛.組合無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在無(wú)縫鋼管探傷中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2 0 1 3,4 3(1 7):6 7,6 9.1 6 7 4~0 9 8 X.

[3]湯靚.超聲波無(wú)損探傷在無(wú)縫鋼管中的運(yùn)用[J].科技風(fēng)，2 0 1 4,6 6(1 4):7 7~7 7.1 6 7 1~7 3 4 1.

[4]程艷嶺.熱軋無(wú)縫鋼管質(zhì)量缺陷與檢測(cè)方法探討[J].科技資訊，2 0 1 3,4 1(3 1):6 5~6 6.1 6 7 2~3 7 9 1.

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