馬有軍

（中石化石油機(jī)械股份有限公司沙市鋼管分公司，湖北 荊州 434001）

目前，中國石化埋弧焊接鋼管生產(chǎn)行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)相對成熟，但小口徑螺旋埋弧焊管在市場上的應(yīng)用并不占優(yōu)勢，主要因為它對埋弧焊管加工設(shè)備及工藝要求較高，焊縫質(zhì)量更難控制。在《重慶武陵山天然氣管道工程項目》φ406.4mm×8.8mm鋼管生產(chǎn)時，由于機(jī)組性能不足，經(jīng)常發(fā)生焊縫咬邊、力學(xué)性能等技術(shù)難題。為此，我們展開了技術(shù)攻關(guān)，對焊接設(shè)備及工藝進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。

1 焊接設(shè)備改進(jìn)

1.1 管坯成型處焊接環(huán)境

現(xiàn)有條件下，小口徑鋼管生產(chǎn)時，內(nèi)焊槍采用后進(jìn)槍，機(jī)組成型器附近空間位置狹小，管坯成型后焊接位置不滿足原內(nèi)焊槍的使用。機(jī)組成型焊接過程如圖1。

圖1 管坯成型處焊接

1.2 焊接設(shè)備改造難點

通過對現(xiàn)場設(shè)備性能評估，主要存在以下難點：

（1）槍頭部分調(diào)節(jié)裝置占用空間較大，且只能在管內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實際生產(chǎn)中無法保證焊頭高度和焊點位置，且每次調(diào)整必須切除相應(yīng)管端，生產(chǎn)成本大；

（2）導(dǎo)電桿部分采用水冷保證導(dǎo)電嘴不被燒損，水冷線路易燙壞，更換時間較長；

（3）送絲路徑連接部分較多，焊絲輸送過程易卡阻；

（4）空間位置有限，焊劑回收困難；

（5）焊槍結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)型時間較長，相對生產(chǎn)成本較大。

1.3 焊槍結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.3.1 空間位置模擬及結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過對現(xiàn)場設(shè)備尺寸的實際測量進(jìn)行空間位置模擬，測算出焊槍及回收件的有效設(shè)計尺寸，如圖2、圖3。設(shè)計部分主要包括：導(dǎo)電嘴調(diào)節(jié)部分、槍桿設(shè)計、焊槍固定基座部分、跟蹤固定基座部分、送絲機(jī)構(gòu)以及焊劑回收裝置等。

圖2 空間位置模擬

圖3 焊槍及回收件結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.3.2 關(guān)鍵技術(shù)簡介

將送絲設(shè)備、跟蹤設(shè)備、導(dǎo)絲系統(tǒng)、焊槍組件組合為一體。以林肯焊機(jī)作為供電電源，生產(chǎn)時，焊絲通過內(nèi)置耐磨彈簧管的紫銅槍桿到達(dá)覆蓋顆粒焊劑的焊接區(qū)域，利用賽誠跟蹤設(shè)備進(jìn)行跟蹤焊接。如圖4。

其設(shè)計特點如下：

（1）槍頭不再使用水冷線路，由紫銅管充當(dāng)導(dǎo)熱件，簡單實用，占用空間小。

（2）焊絲輸送路徑不再使用導(dǎo)絲軟管，由紫銅管替代，外置特殊抗熱絕緣材料。

（3）導(dǎo)電嘴由合金滑塊改為圓導(dǎo)電嘴，方便調(diào)節(jié)。

（4）焊點調(diào)整由跟蹤設(shè)備和調(diào)整塊共同完成，可快速調(diào)節(jié)，滿足整個焊接過程。

（5）焊劑回收通道使用單獨固定無縫管和橡膠管，節(jié)約空間，保證正常的焊接過程，且實現(xiàn)了快拆快裝，大大節(jié)約了調(diào)整時間，回收效果良好。

圖4 焊接關(guān)鍵技術(shù)

2 鋼管試制

2.1 原料準(zhǔn)備

鋼卷由武漢鋼鐵股份有限公司提供，入廠后對其外觀質(zhì)量、幾何尺寸、化學(xué)成分、力學(xué)性能、硬度、探傷等進(jìn)行檢測，均達(dá)到《供貨技術(shù)條件》的要求。拆卷上料時，對原料塔形、波浪、壁厚不均、表面劃傷、分層等嚴(yán)格控制，拒絕不符合要求的鋼卷投入生產(chǎn)線。

2.2 焊材準(zhǔn)備

焊劑采用管線鋼專用SJ101G燒結(jié)焊劑，由錦州天鵝焊材股份有限公司提供。

焊絲采用管線鋼專用H08C精繞焊絲，由宜昌猴王焊絲有限公司提供。

2.3 坡口設(shè)計

坡口采用銑邊機(jī)在線加工，銑出的坡口尺寸滿足生產(chǎn)需求。生產(chǎn)過程中密切監(jiān)控，適時調(diào)整進(jìn)刀量，避免板邊脫銑或上、下坡口銑削不對稱的情況發(fā)生。坡口設(shè)計尺寸如圖5。

圖5 坡口設(shè)計

2.4 工藝參數(shù)設(shè)定

與同鋼級、大壁厚螺旋埋弧焊管焊接相比，采用的焊接規(guī)規(guī)范較小，焊接線能量較小，保證焊縫性能。在焊接過程中，嚴(yán)格控制焊接電流、焊接電壓、焊接速度等各項工藝參數(shù)，保證焊縫質(zhì)量穩(wěn)定。經(jīng)過多次匹配試驗，選定最佳方案，具體規(guī)范見表1。

表1 螺旋埋弧焊管焊接規(guī)范

2.5 試制鋼管質(zhì)量檢測

對試制的L415M鋼級φ406.4mm×8.8mm螺旋埋弧焊管焊縫進(jìn)行了宏觀形貌、力學(xué)性能、無損檢測及靜水壓試驗等多項檢測。

2.5.1 焊縫宏觀檢測

在焊縫上割取并加工樣塊，使用20%硝酸酸蝕焊縫截面后進(jìn)行測量觀察，以此控制生產(chǎn)過程中的焊縫形貌。主要指標(biāo)抽樣檢測結(jié)果見表2，樣塊尺寸說明見圖6。由表可見，焊縫余高、熔深、重合量、中心偏差等各項指標(biāo)均合格。

表2 焊縫宏觀檢測主要指標(biāo)抽樣檢測

圖6 焊縫形狀示意圖

2.5.2 焊縫力學(xué)性能檢測

（1）導(dǎo)向彎曲。在焊縫上割取并加工彎曲試樣（包括正彎和反彎），分別進(jìn)行180°導(dǎo)向彎曲試驗（彎頭直徑44mm），未發(fā)現(xiàn)裂紋，焊縫具有良好塑性。

（2）拉伸。在母材及焊縫上分別割取拉伸試樣，經(jīng)過機(jī)械加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣后在拉伸試驗機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗。結(jié)果如表3，試驗結(jié)果均合格。

（3）斷裂韌性。在母材及焊縫上分別割取斷裂韌性試樣，經(jīng)過機(jī)械加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣（5mm×10mm×55mm，V形缺口），在-5℃進(jìn)行夏比沖擊試驗及DWTT試驗，結(jié)果如表4。結(jié)果均滿足技術(shù)要求。

（4）無損檢測及靜水壓試驗。依據(jù)《技術(shù)條件》中的首檢要求，對抽取的5根鋼管進(jìn)行超聲波和X射線檢測，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。

對抽取的1根鋼管進(jìn)行規(guī)定的最小屈服強度100%靜水壓試驗，試驗壓力18MPa，保持時間15s以上，未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

（5）其他。在母材及焊縫上分別割取金相和硬度試樣，經(jīng)過機(jī)械加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣后，使用顯微鏡和維氏硬度計進(jìn)行檢驗，結(jié)果均合格。

表3 拉伸試樣抽樣檢測

表4 斷裂任性焊縫試樣分析

3 結(jié)論

經(jīng)過設(shè)備技術(shù)改造以及鋼管試制，生產(chǎn)的鋼管各項性能指標(biāo)優(yōu)于《技術(shù)條件》，最終圓滿完成了《重慶武陵山天然氣管道工程項目》用埋弧焊管4000噸初期合同的小批量生產(chǎn)。這意味著現(xiàn)有機(jī)組的性能得到有效提升，在小口徑鋼管的生產(chǎn)技術(shù)方面有了進(jìn)一步的提高為后續(xù)小口徑鋼管的生產(chǎn)積累了寶貴經(jīng)驗。