焊管史話之二十二　高頻焊接鋼管生產工藝技術的成熟

高頻焊接技術起始于20世紀50年代，成熟于60—70年代，歷經10多年的發展，形成了完善的生產工藝，奠定了現代高頻焊管生產技術的基礎。自70年代后至今，在成型、焊接、探傷等多方面的技術雖均有發展和突破，但高頻焊管生產基本工藝并無大的變化。

1　高頻焊管生產工藝技術的發展

歷經10多年發展，直到20世紀60年代末、70年代初，高頻焊管生產技術奠定了現代工藝基礎。

首先成型技術得到顯著改進，產品范圍向厚壁管和薄壁管均有擴展，形成了定型的中小直徑焊管輥式成型技術。

焊機功率提高到700 kW，提高了焊接速度，并實現了厚壁管的焊接。而焊接輸入功率自動控制技術的出現，提高了焊縫質量及其穩定性，開始工業性生產低合金焊管。

高頻焊管誕生之初，焊接質量的檢查和評定一直由肉眼人工檢查。進入20世紀60年代，出現了各種焊縫無損檢測技術和裝置，諸如旋轉超聲探傷、焊縫跟蹤超聲探傷、渦流探傷、電磁探傷等。配置了這些焊縫無損檢測裝置的生產線可以更好地保證焊管質量的可靠性。內毛刺去除技術也得到了完善，毛刺去除后鋼管內表面質量可以通過無損檢測，進一步增加了焊管附加值。

多級頻率（180 Hz/360 Hz）焊接取代低頻焊接（60 Hz）后，焊接速度提高到了40～60 m/min。高頻焊接技術應用后，在很多情況下焊接速度已經不再是生產速度的瓶頸，生產速度主要受制于其他因素。這又大大促進了自動開卷、自動切頭對焊、自動化活套和高速飛鋸技術的發展，呈現了高頻焊管生產技術的快速發展期，形成了現代焊管機組的基本設備組成。在此相互促進下，高頻焊管生產速度得到迅速提高，小直徑機組生產速度甚至高達200 m/min。

以活套技術為例，可以看到這一高頻焊管生產技術快速發展期的軌跡。在低頻焊接年代，焊接速度不高，鋼管壁厚偏薄，中小直徑機組多采用地坑式或籠式活套，大中直徑機組經常沒有活套。1969年，美國Armco鋼鐵公司首次開發出了立式螺旋活套，后Kent公司購買了專利授權，經技術改進推廣到了全世界。之后美國和歐洲其他公司也開發出了類似活套，使得螺旋活套成為了中小直徑高頻焊管機組的標準配置。直到今天，雖然主要采用水平螺旋活套，并出現了不同的技術風格，但儲存鋼帶的基本原理與當時的立式活套并無差異。

美國為高頻焊管生產技術的最初發展做出了重大貢獻，其中著名的公司有Yoder公司、Thermatool公司、MacKay公司、Abbey Aetna公司以及Kent公司等。同期或略微滯后一些，歐洲一些國家也在完善高頻管生產工藝、開發生產裝備方面取得了業績，如德國著名的MEER公司于1961年完成了其首條高頻焊管生產線的建設。日本在從美國和歐洲引進高頻焊管技術的基礎上，通過消化引進和自主創新，到70年代后一躍成為高頻焊管生產大國和技術領先國家，其經驗值得我們借鑒。

20世紀60年代末、70年代初，高頻焊管生產工藝基本定型，形成了現代工藝：自動開卷—自動切頭對焊—螺旋活套—成型—焊接—去除內外毛刺—焊縫探傷—定徑—定尺飛鋸切斷。盡管后來在成型技術、飛鋸、探傷技術等方面均有突破性進步，但基本的工藝原理沿用至今。

2　大直徑高頻焊管生產技術的發展

大直徑電阻焊管機組指20 in（508 mm）以上機組。20世紀50年代末、60年代初，在美國、歐洲和日本，改造擴建或新建了一批大直徑機組。Yoder公司當時是大直徑高頻焊管機組的先行者和領先設備供應商，后MacKay公司和Abbey Aetna公司也加入了其行列，均有大機組的供貨業績。德國的MEER公司于1960年首次提供一條20 in（508 mm）機組設備。

最早的大中直徑電阻焊管成型法誕生于美國的籠式成型（也稱為排輥成型）技術，首先由Torrance機械工程公司開發應用，同期Yoder公司也推出了類似的籠式成型技術。該成型技術采用一系列密布的小直徑排輥，將鋼帶逐步成型，減少了鋼帶邊緣的拉伸和翹曲波浪，非常適合16 in（406 mm）以上中大直徑電阻焊管生產，與傳統的輥式成型技術相比，存在如下優點：①通過密布的小直徑排輥，采取圓孔型系統和“下山”成型法，使得成型過程更加穩定均勻，可以實現中大直徑薄壁管的成型；②擴大了軋輥共用范圍，減少了換輥次數和調整時間；③軋輥投資降低，并隨著鋼管直徑和所生產鋼管規格數量的增加效果更明顯。

Torrance公司的籠式成型專利發布于1968年，其特點是非常強調經濟性，僅設置一個初成型機架，在該機架和精成型機架間均布置排輥，這樣可以大大節約投資。Torrance公司甚至開發出了鋼管外徑達48 in（1 219 mm）的超大焊管機組，并以很低的價格贏得了世界范圍的訂單。如日本的住友金屬和富士機分別從Torrance公司引進了48 in（1 219 mm）焊管機組，但富士機沒有投產就轉賣給了墨西哥。

實際上Yoder公司開發籠式成型技術比Torrance公司還早2～3年，但只是把傳統輥式成型機組中初成型部分的立輥和介于初成型和精成型之間的立輥群改為了排輥，并沒有減少初成型機架，因此不能象Torrance機組那樣降低制造成本。但從另一方面看，Yoder的系統更適合厚壁管的成型。Yoder公司之后進行了改進，在初成型機架前增設了彎邊機架，減少了初成型機架，并通過軋輥共用減少了初成型軋輥，機組布置更加緊湊，在不降低變形強度下減少了成本，形成了后來籠式成型技術的標準配置。

Yoder成型技術的最主要特點是其調整的簡單方便，巧妙地運用了圓孔型的幾何特點，使生產不同規格時排輥和彎邊機架的調整簡化為線性調整，這在計算機控制技術沒有應用前顯得至關重要，可以大大減少軋輥調整設定的時間，并容易為操作人員掌握。

正是Yoder的籠式成型技術，奠定了現代排輥成型技術的基礎。之后隨著成型系統自動控制和計算機控制技術的發展，其他公司也開發出了新的排輥技術并得到世界范圍內的應用。

20世紀70—80年代，世界上陸續建設了一批采用單卷生產的大直徑高頻焊管機組，如川崎制鐵的26 in（660 mm）機組以及新日鐵的24 in（610 mm）機組。一直到近10年，以中國為主又建設了一批連續生產的大直徑高頻焊管機組。

3　高頻焊管品種和市場的發展

電阻焊管誕生之初，以低成本迅速占領了水煤氣管和大部分結構鋼管市場。自20世紀50年代進入高頻焊接時期后，經過10多年發展，在60—70年代形成了成熟的工藝技術，高頻焊管質量有了顯著提高和保證，開始得到更廣泛的應用，成功進入了油井管、電站鍋爐管等傳統無縫鋼管市場領域。

起始于60年代的板帶生產連鑄坯技術顯著降低了焊管生產成本。70年代板帶生產冶煉技術又取得了突破，新的底吹轉爐冶煉工藝實現了高鋼質、低成本生產，在提升焊管質量的同時進一步降低了成本。這些均促進了焊管生產技術、品種和市場的發展。

1973年第一次石油危機爆發，隨后引發了世界范圍的石油開采熱潮，促進了OCTG和管線管的需求。由于當時無縫鋼管生產能力不足以應對突起的需求，給高頻焊管提供了強勢介入的歷史機遇。起初焊管僅提供如H40，X42及X46等低鋼級鋼管作為無縫鋼管的補充。之后隨著焊管裝備技術的進步，開始向無縫鋼管一樣全面進入石油用管領域，當時能提供X60，X65和部分X70管線管，以及J55，N80和L80油井管。甚至有些公司開發了高強鎳-釩OCTG焊管、抗腐蝕油管和低溫（-60°C）應用焊管，形成了企業標準。

最后出現了配置完善的高度自動化的專業化能源用焊管機組，并與無縫鋼管生產線一樣，配置有先進的管加工生產線和熱處理生產線。焊管機組則配置有焊接輸入功率自動控制系統、在線焊縫熱處理裝置、可靠的探傷設備、厚壁管成型系統、最大1 300 kW的大功率高頻焊機等，代表了當時焊管技術的最高水平。

面對70年代的世界經濟危機，并不是所有焊管企業都抓到了這個歷史機會，而僅是技術領先的少數企業在機遇面前獲得了發展。大部分焊管企業由于缺乏生產石油用管的能力和技術，只能生產一般流體管和結構管，面對不斷攀升的能源價格和萎縮的市場，許多機組被迫停機。大部分曾于50—60年代風靡一時的焊管+張力減徑機組由于缺乏競爭力而停產。

隨著石油開采熱潮的減退，意味著焊管市場黃金年代的結束，從賣方市場逐步進入了充滿競爭的買方市場。而也正是這樣的競爭環境，宣告了焊管市場從追求產量向重視質量的轉化，進而促進了焊管生產技術多元化的發展。自此世界范圍內進入了相當長時期的焊管均衡發展期，直到20世紀80—90年代后，崛起的中國打破了整個平衡，中國焊管制造業異軍突起，成為焊管制造業新的世界中心。