高質(zhì)量不銹鋼直縫焊管制造流程及技術(shù)

■郭鐵軍，呂華英 ■錦州美聯(lián)橋汽車部件有限公司，遼寧 錦州 121000

1 高質(zhì)量不銹鋼直縫焊管制造流程

原材料—開卷—管坯成型—連續(xù)焊接—焊縫整平—在線熱處理—定徑精整—在線探傷—定尺切割—矯直—壓力測試—清洗干燥—成品檢查—包裝

2 工序制造技術(shù)詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 原材料

高質(zhì)量不銹鋼無縫焊管使用的原材料為冷軋不銹鋼帶材，要求表面質(zhì)量狀態(tài)達(dá)到BA 級別。鋼帶邊緣整齊，不能有毛刺，鐮刀灣、波浪等影響焊機(jī)質(zhì)量的缺陷。鋼帶內(nèi)部不能有結(jié)疤、分層、雜質(zhì)等缺陷，鋼帶需在氫氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行光良退火處理，表面不能存在氧化現(xiàn)象。鋼帶物理性能、化學(xué)成份必須滿足要求。

鋼帶入廠使用前，必須對鋼帶進(jìn)行詳細(xì)的檢驗(yàn)。檢驗(yàn)項(xiàng)目包括:帶剛厚度、帶剛寬度、帶剛邊緣質(zhì)量狀態(tài)、外觀。物理性能檢驗(yàn)包括:拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率，必要時(shí)，要對帶剛的晶粒度進(jìn)行檢查。檢驗(yàn)合格后才可以用于焊管生產(chǎn)。

2.2 開卷

鋼帶在進(jìn)行進(jìn)入焊管機(jī)組前，需要使用鋼帶開卷機(jī)展開鋼帶，比較后的鋼帶，需要增加矯平機(jī)構(gòu)對鋼帶進(jìn)行矯平處理，確保在鋼帶在平直狀態(tài)下進(jìn)入焊管機(jī)組的成型部位，順利完成鋼帶的彎曲成型。

2.3 管坯成型

使用連續(xù)輥彎成型設(shè)備，對鋼帶進(jìn)行連續(xù)輥彎變形，制成開口管坯。鋼帶需通過焊管機(jī)組的導(dǎo)入模塊、粗軋模塊、閉合模塊幾個(gè)功能模塊的共同作用，每個(gè)模塊分別使用不同類型的軋輥實(shí)現(xiàn)對鋼帶不同部位的彎曲成型，最終將鋼帶由平面逐漸彎曲，形成開口管坯，做好焊接成管的準(zhǔn)備。連續(xù)輥彎成型設(shè)備一般是由9 組平輥，平輥中間間隔8組立輥組成，前面的4 平輥和4 立輥為粗軋道次，主事對鋼帶進(jìn)行彎曲，剩余的屬于閉合道次，完成鋼帶的閉合形成管狀。

軋輥的設(shè)計(jì)目前已經(jīng)可以使用專用的軋輥設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，其中使用比較廣泛的，功能比齊全的設(shè)計(jì)軟件是德國DATAM 軟件公司開發(fā)出的軋管機(jī)輥型設(shè)計(jì)軟件。該軟件以Auto Cad 為基礎(chǔ)，通過對每個(gè)輥彎成型軋輥的精確設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)精確的成型控制，并且通過該軟件自帶的變形分析功能，通過模擬鋼帶的變形過程，在設(shè)計(jì)過程中消除潛在的引起焊接缺陷的變形問題，提前進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.4 連續(xù)焊接

鋼帶經(jīng)過連續(xù)輥彎成型機(jī)組后，制成開口管坯。使用TIG 焊接設(shè)備，進(jìn)行連續(xù)焊接，制成圓管。TIG 焊接的最大優(yōu)點(diǎn)是焊道平整，沒有飛邊和毛刺。

焊接過程中使用氬氣作為保護(hù)性氣體，防止焊縫凝固冷卻前與氧氣接觸發(fā)生氧化。將氬氣通入管內(nèi)部起到保護(hù)內(nèi)部焊縫的作用，通入焊槍的氬氣用于保護(hù)鎢極。在熔池周圍形成氬氣保護(hù)層，保護(hù)熔池和焊縫不發(fā)生氧化。

焊接過程要求必須焊透，不能存在虛焊、偏焊、咬邊、結(jié)疤等焊接缺陷，這些焊接缺陷在管材承受高壓時(shí)會(huì)發(fā)生泄露風(fēng)險(xiǎn)。

焊接過程屬于自熔焊，沒有填料，在焊縫處會(huì)發(fā)生減薄現(xiàn)象，焊縫處壁厚減薄量不能超過管材壁厚的10%，否則會(huì)降低焊縫處的強(qiáng)度。

2.5 焊縫整平

由于焊接電流的沖擊力和重力的影響，造成管內(nèi)部焊縫出現(xiàn)突出，外部焊縫也會(huì)出現(xiàn)凹陷，這些問題如果使用在普通低壓流體環(huán)境中，不會(huì)產(chǎn)生影響。如果使用在高溫、高壓、高速流體環(huán)境中，會(huì)引起使用問題。必須使用專用焊縫整平設(shè)備消除此缺陷。

焊縫整平設(shè)備的工作原理是:在焊管內(nèi)設(shè)置一根比管內(nèi)徑小0.20mm 的芯棒，芯棒通過鋼絲繩與氣缸連接。通過氣缸的動(dòng)作可以將芯棒固定的特定區(qū)域內(nèi)移動(dòng)。在芯棒長度范圍內(nèi)，使用一組上下軋輥，垂直于焊縫位置進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)軋制焊縫。在芯棒與軋輥的軋制壓力下，消除突起和凹陷，使焊縫處的輪廓與管輪廓平滑過渡。

在進(jìn)行焊整平處理的同時(shí)，焊縫內(nèi)部的粗大晶粒組織會(huì)被壓縮，還會(huì)起到增強(qiáng)焊縫組織密度，提高強(qiáng)度的作用。

2.6 在線熱處理

鋼帶進(jìn)行輥彎成型過程中，會(huì)產(chǎn)生加工硬化，不利于管材的后期加工，特別是進(jìn)行彎管加工。焊接過程中，焊縫處會(huì)產(chǎn)生粗大的晶粒組織，在焊縫處會(huì)存在焊接應(yīng)力，特別是在焊縫與母材連接處，由于不同的組織形態(tài)，會(huì)在后期使用過程中造成開裂隱患。需要使用熱處理設(shè)備消除加工硬化、細(xì)化晶粒組織。

目前常用采用的熱處理工藝為氫氣保護(hù)氣氛下的光亮固溶處理，將不銹鋼管材加熱到1050°以上，經(jīng)過一段時(shí)間的保溫，是內(nèi)部組織形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，形成均勻的奧氏體組織，在氫氣氣氛保護(hù)下，不發(fā)生氧化。

采用的設(shè)備為在線光亮固溶(退火)設(shè)備。設(shè)備與輥彎成型機(jī)組連接，在焊管同時(shí)在線進(jìn)行光亮固溶處理，加熱設(shè)備采用中頻或高頻電源進(jìn)行快速加熱。通入純氫或氫氮?dú)夥者M(jìn)行保護(hù)。退火后的管材硬度控制在180 ±20HV 既可以滿足后期加工和使用要求。

2.7 定徑精整

焊管的外徑尺寸，在焊接和熱處理過程中焊管會(huì)發(fā)生變形，造成外徑尺寸無法滿足使用要求，需要進(jìn)行定徑精整。通常使用的定徑精整機(jī)組由4 組平輥和4 組側(cè)輥組成，平輥設(shè)計(jì)成平橢圓形(或圓形)，側(cè)輥設(shè)計(jì)成立橢圓(或圓形)。定徑量依據(jù)管外徑和壁厚的不同，一般情況在0.20～0.50mm 范圍內(nèi)。經(jīng)過定徑精整后管外徑公差可以控制在±0.05mm 以內(nèi)，完全可以滿足使用精度要求。

2.8 在線探傷

由于承受一定壓力，并且需要一定的可靠性，焊縫僅依靠壓力檢測很難檢測出焊縫內(nèi)部缺陷，焊縫質(zhì)量控制需要更高靈敏度和可靠度的焊縫檢測設(shè)備，滿足焊縫的質(zhì)量控制。目前比較成熟和普遍使用的是在線渦流探傷或者超聲波探傷，期特點(diǎn)是靈敏度高，實(shí)時(shí)在線進(jìn)行100%檢測。操作者可以根據(jù)報(bào)警信息隨時(shí)對焊接狀態(tài)進(jìn)行修正，減少不合格品的生產(chǎn)，并且配合在線標(biāo)記系統(tǒng)可以對缺陷部位進(jìn)行標(biāo)記，通過使用分選系統(tǒng)還可以將缺陷產(chǎn)品自動(dòng)隔離，實(shí)現(xiàn)過程控制。

2.9 定尺切割

使用在線定尺切割設(shè)備，依據(jù)客戶要求的長度，進(jìn)行定尺切割，可以采用旋切(無屑)技術(shù)，與有屑切割相比，無屑切割具有沒有切割毛刺的特點(diǎn)，在后期可以不進(jìn)行端口的去毛刺，節(jié)省制造成本的同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生切屑，不會(huì)對管內(nèi)部造成污染，利于焊管的內(nèi)部清洗。

在無屑切割過程中，機(jī)臺沿著生產(chǎn)線方向，與管材的速度同步。夾緊裝置夾緊管材，切割刀片以焊管為軸心旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，在氣缸或者液壓缸的作用下，緩緩向徑向移動(dòng)，逐漸對管壁施加壓力，直至將管壁切斷。

2.10 矯直

輥彎成型機(jī)組生產(chǎn)的焊管直線度還無法滿足使用要求，一般對此類焊管的直線度需要控制在0.10/100mm。需要使用矯直機(jī)對焊管進(jìn)行矯直，達(dá)到所需產(chǎn)品要求。

2.11 壓力測試

使用自動(dòng)靜態(tài)水壓試驗(yàn)機(jī)，對焊管進(jìn)行耐壓測試，上料、沖水、壓力測試、下料全部自動(dòng)完成，保壓一定時(shí)間后通過壓差法分選處不合格焊管。

2.12 清洗干燥

焊管在完成機(jī)械加工后，需要進(jìn)行最后的清洗和干燥，清除管材內(nèi)壁或者外壁上殘留的冷卻液、油污等污染物，然后使用進(jìn)行熱風(fēng)烘干，防止運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中產(chǎn)生銹跡。

2.13 成品檢查

完成所有工序后，在包裝發(fā)貨前，要對最終產(chǎn)品進(jìn)行一次質(zhì)量抽檢，抽檢的主要項(xiàng)目包括，外徑尺寸、直線度、長度、外觀，機(jī)械性能方面主要是屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、硬度，同時(shí)抽檢進(jìn)行爆破試驗(yàn)，檢查管坯爆破的最低壓力值是否滿足客戶要求。

2.14 包裝

對檢查合格后的產(chǎn)品進(jìn)行包裝，做好焊管的防護(hù)，防止儲(chǔ)存運(yùn)輸中產(chǎn)生劃傷和碰傷，造成使用中的隱患。對管兩端進(jìn)行封口，防止塵土、砂石或者小動(dòng)物進(jìn)入管內(nèi)。

3 結(jié)束語

隨著管材市場的用量不斷增長，特別是一些高端領(lǐng)域，對低成本和高質(zhì)量不銹鋼管材的需求更加強(qiáng)烈，使用成熟的輥彎成型機(jī)組，進(jìn)行焊管生產(chǎn)，使用先進(jìn)的焊縫質(zhì)量檢測方法和設(shè)備確保質(zhì)量，生產(chǎn)出的高質(zhì)量不銹鋼直縫焊接鋼管在成本、質(zhì)量、可靠性、可靠性、節(jié)能環(huán)保等方面將會(huì)逐漸占領(lǐng)不銹鋼無縫管的領(lǐng)域，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。