HFW焊管具有生產(chǎn)效率高、制造成本低、尺寸形狀精度高、外型美觀等優(yōu)點(diǎn),近5年在焊管行業(yè)得到了迅速發(fā)展。目前國內(nèi)建設(shè)的HFW焊管機(jī)組雖然較多、產(chǎn)能較大,但還存在產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、發(fā)展不平衡等問題。結(jié)合寶鋼HFW焊管生產(chǎn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),從可能引起鋼管質(zhì)量問題的焊管段和精整段各工序,如原料準(zhǔn)備、成型工藝、焊接控制、焊縫熱處理、理化檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析,提出了各工序?qū)?yīng)的質(zhì)量控制措施,以確保HFW焊管最終的產(chǎn)品質(zhì)量。

HFW焊管是利用高頻電流產(chǎn)生的集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)將鋼板邊緣迅速加熱到焊接溫度后進(jìn)行擠壓使板邊焊接在一起的一種制管方法。具有生產(chǎn)效率高、制造成本低、尺寸形狀精度高、外型美觀等優(yōu)點(diǎn)。21世紀(jì)后,隨著西氣東輸?shù)戎卮蠊こ添?xiàng)目的規(guī)劃,掀起了國內(nèi)焊管機(jī)組建設(shè)的新一輪高潮,包括上海寶鋼集團(tuán)、上海中油天寶鋼管有限公司、中海石油金洲管道有限公司、華油鋼管有限公司揚(yáng)州分公司等,一批大直徑HFW焊管機(jī)組相繼建成投產(chǎn)。目前,我國 219~610mmHFW焊管年生產(chǎn)能力近400萬t。

這個(gè)建設(shè)潮基本可以追溯到2004，在此之前，國內(nèi)的大直徑HFW 焊管機(jī)組只有寶難住金石油鋼管有限公司和遼寧錦西鋼管有限公司兩條生產(chǎn)線，采用的是國際通用的406mm HFW 焊管機(jī)組。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截止目確前,建成和在建的426mm以上HFW焊管生產(chǎn)線已經(jīng)超過 15條。還有不少民營(yíng)企業(yè)也新建了焊管機(jī)組,但尚未統(tǒng)計(jì)在內(nèi),比如山東新泰某廠新上的610mm 焊管機(jī)組等。

大規(guī)模的建設(shè)肯定會(huì)帶來技術(shù)、投資、基建發(fā)展的不平衡。在新建的生產(chǎn)線中,難免出現(xiàn)質(zhì)量控制不到位等情況。
由于HFW焊管曾經(jīng)出現(xiàn)過焊縫質(zhì)量問題, 使其應(yīng)用范圍受到了限制。20世紀(jì) 90年代初期,新疆油田曾發(fā)生原油輸送管線試壓爆破,導(dǎo)致國內(nèi)的HFW焊管被停止使用近十年。近年來隨著新技術(shù)在HFW焊管行業(yè)的不斷應(yīng)用,使得HFW焊管產(chǎn)品質(zhì)量有了質(zhì)的突破和飛躍,逐漸恢復(fù)了用戶使用HFW焊管的信心。但是,還有必要強(qiáng)HFW焊管生產(chǎn)全過程的質(zhì)量控制,以提高產(chǎn)品質(zhì)量,保證油氣輸送管線的安全運(yùn)行。
1 焊縫宏觀質(zhì)量分析

焊縫質(zhì)量的好壞直接影響HFW焊管的使用。HFW焊管焊縫寬度一般為0. 02~0.12mm,焊縫中若有缺陷,多以線狀形式存在,這種缺陷危害性極大。首先需要明確,焊縫檢驗(yàn)時(shí),如果出現(xiàn)了質(zhì)量不合格的焊管,焊管生產(chǎn)時(shí)就必定存在異常,而在后續(xù)精整段的檢驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室理化試驗(yàn)中又未嚴(yán)格把關(guān)及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷,或是即使發(fā)現(xiàn)缺陷,由于生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量意識(shí)薄弱,過多考慮經(jīng)濟(jì)得失等原因,沒有果斷將缺陷管作降級(jí)或判廢處置,最終導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)使用發(fā)生事故。

結(jié)合以上分析,為提高HFW焊管質(zhì)量,筆者將重點(diǎn)分析生產(chǎn)線焊管段可能影響焊縫質(zhì)量的環(huán)節(jié),以及精整段可能出現(xiàn)把關(guān)不嚴(yán),造成漏檢的環(huán)加節(jié),進(jìn)而明確對(duì)應(yīng)的控制措施和關(guān)注重點(diǎn)。
2 焊管段質(zhì)量控制
2.1 HFW制管工藝流程

焊管段主要工藝包括:帶鋼準(zhǔn)備(開卷、矯平、切頭尾、對(duì)焊)-活套儲(chǔ)料-銑邊-成型-高頻焊接-內(nèi)外毛刺去除-熱處理-定徑-定尺飛鋸-內(nèi)毛刺沖洗;
精整段主要工藝包括:取樣壓扁-平頭倒棱-水壓試驗(yàn)-離線探傷-人工檢驗(yàn)-稱重、測(cè)長(zhǎng)-噴標(biāo)-打包。
2. 2 焊管段各工序質(zhì)量控制

一般而言,引發(fā)HFW焊管質(zhì)量問題的主要因素多數(shù)起源于焊管段,焊管段任何一個(gè)環(huán)節(jié)的異常都有可能導(dǎo)致鋼管性能的不合格,一旦精整工序漏檢,問題鋼管就會(huì)流向用戶,導(dǎo)致使用時(shí)發(fā)生管道泄漏乃至爆管等惡性事故。筆者根據(jù)多年實(shí)際生產(chǎn)及管理經(jīng)驗(yàn),對(duì)焊管生產(chǎn)時(shí)各工序的質(zhì)量控制及應(yīng)關(guān)注的環(huán)節(jié)進(jìn)行以下分析和探討。
2.2. 1 原料準(zhǔn)備

HFW焊管原料系熱軋卷板,原料質(zhì)量會(huì)直接影響后續(xù)的焊接質(zhì)量。焊管原料缺陷包括鐮刀彎、波浪形、冶金雜質(zhì)(鋼水純凈度)、成分設(shè)計(jì)等;另外,如果不能保證鋼卷性能的均勻性,在后續(xù)的成型調(diào)整中很容易產(chǎn)生鼓包、錯(cuò)邊等無法挽回的制管缺陷,這些缺陷對(duì)鋼管力學(xué)性能的影響均是致命的;再者,鋼板由于偏析嚴(yán)重導(dǎo)致的分層缺陷,也可能致使鋼管的耐壓性能受到影響。

如果卷板銹蝕嚴(yán)重,端部塔形,層與層之間松松垮垮,表明卷板有內(nèi)在的質(zhì)量問題。好的卷板無銹蝕,端部平齊無塔形,且層間結(jié)合緊密。另外,考慮到制管過程中的包辛格效應(yīng)和冷作硬化的影響是和鋼級(jí)、厚徑比相關(guān)的,對(duì)卷板性能也應(yīng)提出相關(guān)的技術(shù)要求。
2. 2.2 矯平
?? 根據(jù)寶鋼HFW焊管生產(chǎn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),如果卷板矯平質(zhì)量不合格,就會(huì)大大增加后續(xù)成型難度,成型時(shí)鼓包和錯(cuò)邊概率增加,這就意味著冷焊缺陷可能大大提升,而冷焊是HFW焊管最致命的質(zhì)量缺陷。
2. 2.3 邊部處理
??? 鋼板的邊部質(zhì)量直接影響焊接質(zhì)量,因此銑邊質(zhì)量的控制尤為關(guān)鍵。銑邊工序質(zhì)量控制的要求是:邊部干凈、整齊,板寬一致,無變形。據(jù)了解,國內(nèi)HFW行業(yè)受機(jī)組投資時(shí)間、投資額度等的影響及對(duì)后期設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)和運(yùn)行成本的考慮,使用銑邊機(jī)進(jìn)行帶鋼邊部處理的企業(yè)并不多, 使用圓盤剪剪切的鋼板邊部質(zhì)量不太穩(wěn)定,直接。影響到焊接質(zhì)量,這是不容忽視的。而銑邊機(jī)對(duì)于鋼板鐮刀彎、寬度公差等要求較高,單邊銑削量平均只有8mm左右,故對(duì)板坯的邊部清理,即避免軋鋼過程中的邊部開裂提出了較高要求。
2. 2.4 成型工藝
??? 成型是焊管段的核心工序。對(duì)于HFW焊管成型工藝而言,關(guān)鍵在于保證焊接時(shí)不產(chǎn)生錯(cuò)邊、鼓包;其次,成型過程的控制要求穩(wěn)定,變形充分、均勻,確保管體殘留應(yīng)力充分小,并且分布均勻。
在成型質(zhì)量控制中,成型設(shè)備很重要,成型經(jīng)驗(yàn)也不能忽視。設(shè)備的強(qiáng)度和剛度保證了成型能力及其穩(wěn)定性。從成型經(jīng)驗(yàn)可以得出不同規(guī)格的鋼帶工作寬度、壓下量、擠壓量、減徑量的最佳參考值。
2. 2.5 焊接控制
??? 焊接同樣是HFW制管的核心工序,焊接質(zhì)量在很大程度上取決于成型質(zhì)量。若成型不充分,就會(huì)使殘余應(yīng)力不均勻或過大,導(dǎo)致鼓包、錯(cuò)邊等缺陷的產(chǎn)生;另外,焊接輸出功率的變化會(huì)導(dǎo)致作用在接合面上的有效功率發(fā)生變化,從而引發(fā)焊接缺陷。
焊接過程中最忌諱的缺陷是冷焊,HFW焊管一旦出現(xiàn)冷焊極易導(dǎo)致管道事故的發(fā)生。此缺陷可以在金相檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn),也可以通過現(xiàn)場(chǎng)壓扁試發(fā)現(xiàn)。冷焊缺陷可以借助經(jīng)驗(yàn)判斷,一般來說, 冷焊焊縫的沖擊功波動(dòng)較大。冷焊焊縫在進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí),若V形刻槽恰好位于熔合線上,則缺提出相關(guān)的技術(shù)要求。陷形貌呈脆性斷裂,沖擊功很低;若V形刻槽稍偏,則沖擊功較高,這時(shí)的沖擊功實(shí)際上是母材或熱影響區(qū)的。
???? HFW焊管焊接時(shí)需要同步進(jìn)行內(nèi)外毛刺的去除。HFW焊管內(nèi)外毛刺的去除質(zhì)量對(duì)焊管質(zhì)量同樣有較大的影響。內(nèi)毛刺去除不應(yīng)過多,一般控制在- 0.3~0mm,特別是薄壁管,更要控制好。毛刺去除后與管壁的過渡應(yīng)平滑,基本做到肉眼難以分辨出焊縫所在,這樣才能確保不會(huì)對(duì)超聲波探傷造成干涉,否則容易引起誤判。
2.2. 6 焊縫熱處理
??? 該工序主要完成焊縫組織的轉(zhuǎn)變。如存在馬氏體的焊縫以及熱影響區(qū)沒有充分完成組織轉(zhuǎn)變,那么在管線運(yùn)行過程中,局部管體加快腐蝕則在所難免,進(jìn)而影響到整條管線的使用壽命
2.3 理化檢驗(yàn)
???? 實(shí)驗(yàn)室理化檢驗(yàn)一般分工藝首檢和過程檢查。工藝首檢就是首批檢驗(yàn)或工藝調(diào)整之后的檢驗(yàn);過程檢查是連續(xù)生產(chǎn)時(shí)的試批性能抽檢,頻次為每班或者是連續(xù)生產(chǎn)4~8h一次。
???? 工藝首檢決定著整批合同鋼管質(zhì)量的好壞,為了提高HFW焊管質(zhì)量,建議各制管企業(yè)應(yīng)高度重視工藝首檢,制定一定的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn),且內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)遠(yuǎn)高于放行標(biāo)準(zhǔn),這樣才能夠確保產(chǎn)品質(zhì)量。其次,首檢的檢驗(yàn)、化驗(yàn)項(xiàng)目要齊全,應(yīng)包括宏觀金相檢查焊縫金屬流線、熱處理覆蓋區(qū)域、熔合線 寬度、微觀金相檢查焊縫夾雜。如果HFW制管工藝的調(diào)整水平不足,工藝首檢的性能就會(huì)不理考值。想。另外,一些制管企業(yè)考慮到工藝首檢耗時(shí)較長(zhǎng)(通常全套試驗(yàn)需要105min),為了提高生產(chǎn)效 率,節(jié)省時(shí)間,這些企業(yè)組織合同鋼管生產(chǎn)時(shí),在進(jìn)行工藝首檢的同時(shí)也開始了連續(xù)的批生產(chǎn),如此以來,一旦工藝首檢不合格,先生產(chǎn)的這批鋼管就難以處理。因此,在組織合同鋼管生產(chǎn)時(shí),一定要等工藝首檢合格后再組織批生產(chǎn),以避免不必要的浪費(fèi)。
??? 此外,HFW焊管機(jī)組停機(jī)一段時(shí)間之后若重新開機(jī),或是微調(diào)了現(xiàn)場(chǎng)工藝,或是連續(xù)開機(jī)時(shí)間較長(zhǎng),為了降低出現(xiàn)批量不合格鋼管的風(fēng)險(xiǎn),建議執(zhí)行過程工藝確認(rèn)檢查。這時(shí)的檢查項(xiàng)目可以適當(dāng)優(yōu)化,重點(diǎn)檢查金相,如果精整產(chǎn)能足夠,也可以進(jìn)行焊縫沖擊性能的檢驗(yàn)。
??? 試批檢驗(yàn)相對(duì)首批檢驗(yàn)較為簡(jiǎn)單,但要遵循一個(gè)基本原則,即/寧信低,不信高0;沖擊功一組3個(gè),如1個(gè)不合格,寧愿相信整個(gè)試批不合格。
如果一個(gè)制管企業(yè)的技術(shù)力量足夠,建議制定一倍以上余量的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn),以應(yīng)對(duì)生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的一般性波動(dòng)問題。
金相判定方面,除了焊縫的金屬流線、角度、熔合線、組織等以外,在 500倍放大情況下,應(yīng)無明顯夾雜,這對(duì)于后續(xù)生產(chǎn)過程的連續(xù)穩(wěn)定,焊縫沖擊功的連續(xù)合格具有決定性的意義。
3 精整段質(zhì)量保證
3. 1 切管機(jī)分段切割
???? 鋼管分段表面上看起來無任何控制難度,一些制管企業(yè)往往容易忽視這個(gè)環(huán)節(jié)。個(gè)別制管企業(yè)為了提高卷板的利用率,在對(duì)頭焊縫區(qū)域和停機(jī)區(qū)實(shí)行/零切割0,即只切割掉肉眼可見缺陷的管段。根據(jù)以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),鋼管分段 切割時(shí)應(yīng)至少保證對(duì)頭焊縫前后 1. 5m的遺棄量。而寶鋼HFW焊管廠在實(shí)際生產(chǎn)中的控制量的長(zhǎng)度應(yīng)隨鋼級(jí)、壁厚、外徑、成型穩(wěn)定性等指標(biāo)的變化而變化,但有一條原則必須遵循,即壓扁試驗(yàn)不合格應(yīng)堅(jiān)決予以判廢。
3. 2 壓扁試驗(yàn)
?? 壓扁試驗(yàn)是及時(shí)發(fā)現(xiàn)冷焊最好且最快捷的判定方法。API標(biāo)準(zhǔn)要求分別對(duì)卷板頭尾(對(duì)頭焊縫前后)停焊前后區(qū)域取試樣,分別進(jìn)行 0度和90度的壓扁試驗(yàn)。此環(huán)節(jié)非常必要,因?yàn)閷?duì)頭焊縫經(jīng)過成型機(jī)架時(shí),可能導(dǎo)致輥位變動(dòng)或阻抗器位移;另外,兩卷對(duì)頭的卷板之間可能存在性能差異,也會(huì)導(dǎo)致冷焊。根據(jù)寶鋼的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),鋼卷頭尾存在的鐮刀彎也會(huì)增加冷焊的發(fā)生概率。實(shí)踐表明,生產(chǎn)高鋼級(jí)、大壁厚焊管時(shí),制管企業(yè)如果對(duì)卷板質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán),出現(xiàn)冷焊的概率也會(huì)大大增加,且冷焊一旦發(fā)生,就會(huì)造成極大的損失和危害。
3.3 水壓試驗(yàn)
??? 水壓試驗(yàn)設(shè)備的生產(chǎn)率和作業(yè)率制約著整條HFW焊管生產(chǎn)線的產(chǎn)能,一些企業(yè)為了保證焊管段產(chǎn)能,采取水壓試驗(yàn)抽檢甚至免檢,這樣的做法具有一定的冒險(xiǎn)性,給管線現(xiàn)場(chǎng)試壓埋下了重大隱患。為此,有經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的制管企業(yè)在精整段配置兩套甚至三套水壓機(jī)來滿足整條生產(chǎn)線的產(chǎn)能。寶鋼<610mm焊管機(jī)組30萬 t年產(chǎn)能同樣受水壓機(jī)這個(gè)"瓶頸"的制約,至今還未實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)。
??? 此外,因受水壓設(shè)備探測(cè)度的限制,點(diǎn)狀缺陷很難判定,此類缺陷在穩(wěn)壓過程中如不發(fā)生潰口,就無法從穩(wěn)壓曲線上發(fā)現(xiàn),但在現(xiàn)場(chǎng)試壓時(shí),此缺陷可能引起焊縫點(diǎn)狀滲水事故的發(fā)生。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),HFW焊管焊縫區(qū)域點(diǎn)狀滲水缺陷只能通過肉眼觀察焊管表面產(chǎn)生的水霧來發(fā)現(xiàn)。因此,水壓機(jī)應(yīng)具備旋轉(zhuǎn)功能,并盡量使焊縫朝上,以便觀察發(fā)現(xiàn)滲漏的點(diǎn)狀缺陷。需要特別注意的是,如果這種點(diǎn)狀缺陷的尺寸小于超聲探傷樣管人工缺陷的尺寸,在后續(xù)超聲波探傷時(shí),就會(huì)因點(diǎn)狀缺陷的反射當(dāng)量小于超聲樣管人工缺陷的反射當(dāng)量而無法檢出。
??? 綜上所述,在HFW焊管水壓試驗(yàn)過程中應(yīng)更嚴(yán),一般在對(duì)頭焊縫前后保留了 3m的遺棄做到:1設(shè)備生產(chǎn)能力足夠,設(shè)備保養(yǎng)到位,運(yùn)行量。嚴(yán)格來說,遺棄量的長(zhǎng)度應(yīng)隨鋼級(jí)、壁厚、正常;o嚴(yán)格按工藝試壓,并保證根根試壓; ?水壓機(jī)應(yīng)具備旋轉(zhuǎn)功能,并盡量使焊縫朝上,以便人工輔助觀察焊縫區(qū)域的點(diǎn)狀滲水問題。
3.4 無損探傷檢驗(yàn)
??? 無損探傷,尤其是超聲波探傷,對(duì)于發(fā)現(xiàn)HFW焊接缺陷很有效,但是,超聲波探傷有一個(gè) 缺點(diǎn),即無法 100%分辨出內(nèi)毛刺和真正的內(nèi)在缺陷,雖然有人說能夠分辨,但在實(shí)際生產(chǎn)中是不會(huì)用人工分辨出來的結(jié)果作為產(chǎn)品準(zhǔn)發(fā)和放行的依據(jù)。
??? 因受內(nèi)毛刺去除設(shè)備先進(jìn)性、連續(xù)性、穩(wěn)定性等的影響,內(nèi)毛刺去除效果并不理想,無法達(dá)到肉眼分辨不出是焊管還是無縫管的理想狀態(tài)。殘留的內(nèi)毛刺給焊縫無損探傷帶來困難。由于怕誤判,不得不在超聲波探傷時(shí)降低分貝,甚至不使用超聲波自動(dòng)探傷(有些廠家根本沒有超聲波自動(dòng)探傷設(shè)備)。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量,寶鋼HFW焊管廠在API標(biāo)準(zhǔn)之上提高 6dB,對(duì)焊縫 100%進(jìn)行超聲波自動(dòng)探傷。
??? 另外,還有一些制管企業(yè)為了提高作業(yè)效率和成材率,甚至省去了人工探傷。實(shí)際使用情況表明,在焊管生產(chǎn)過程中,沒有嚴(yán)格進(jìn)行超聲波自動(dòng)探傷的焊管出現(xiàn)問題的概率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常使用超聲波自動(dòng)探傷的焊管。在實(shí)際生產(chǎn)中,超聲波探傷崗位的收得率不應(yīng)作為唯一追求的指標(biāo),因存在內(nèi)毛刺干擾及HFW成型焊接特點(diǎn)所限,決定了探傷工序的收得率不可能達(dá)到 100%。
寶鋼HFW近5年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)是:超聲波自動(dòng)探傷設(shè)置+6dB內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn),手探作為缺陷定位和管,直接降級(jí)或者判廢。這些做法對(duì)控制產(chǎn)品質(zhì)量起到了關(guān)鍵的作用。
3. 5 人工檢驗(yàn)
??? 人工檢驗(yàn)主要是檢查板材表面的缺陷,包括生產(chǎn)過程中因臺(tái)架、輥道、翻板等對(duì)鋼管表面的擦傷。這類缺陷,有的可以接受,準(zhǔn)許放行;而有的是超標(biāo)的,必須修磨,若修磨后鋼管的壁厚減薄超過標(biāo)準(zhǔn)要求,就必須切除。因此,該崗位的操作人員必須具備很強(qiáng)的責(zé)任心。其次,出現(xiàn)錯(cuò)邊、鼓包的焊管如未能在壓扁工序及時(shí)取樣,或在水壓試驗(yàn)時(shí)沒有發(fā)生爆管,而在超聲波探傷也未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)波形時(shí),人工檢驗(yàn)崗位應(yīng)進(jìn)行最后的把關(guān),否則,此類缺陷管在現(xiàn)場(chǎng)試壓或是服役過程中難免出現(xiàn)問題。
??? 另外一個(gè)問題是:有些制管企業(yè)沿用小直徑無縫鋼管的檢驗(yàn)方式,即排管檢驗(yàn),一次多根。這種方式對(duì)于大直徑的HFW焊管不適合。一般大直徑HFW焊管精整的時(shí)間大于 30s/根,應(yīng)采用多人(3人以上)一起,單根旋轉(zhuǎn), 360b全方位檢驗(yàn)的方式進(jìn)行。
4 結(jié)論
??? HFW制管企業(yè)只有通過對(duì)制管全過程的有效控制,嚴(yán)格把關(guān),才能從真正意義上做到質(zhì)量控制。其次,必須杜絕僥幸心理,通過全面質(zhì)量管理來提高質(zhì)量保證能力,這既是對(duì)本企業(yè)的產(chǎn)品負(fù)責(zé),也是對(duì)整個(gè)HFW行業(yè)負(fù)責(zé)。焊管質(zhì)量主要取決于焊管段生產(chǎn)過程,但是最終的質(zhì)量還取決 于精整段的嚴(yán)格把關(guān)。建議國內(nèi)新上生產(chǎn)線的廠家,不要急于賺錢,應(yīng)先從低鋼級(jí)、薄壁厚的HFW 焊管生產(chǎn)開始,再向高鋼級(jí)、厚壁管方向拓展。