80mm厚度鋼板卷管過程質量控制措施

陳強 陳金鈺 閆冀明 張樹強（海洋石油工程股份有限公司建造公司，天津 300452）

80mm厚度鋼板卷管過程質量控制措施

陳強 陳金鈺 閆冀明 張樹強（海洋石油工程股份有限公司建造公司，天津 300452）

海洋鋼結構包含的大直徑鋼管主要由鋼板卷制而成，其作為主要結構在海洋鋼結構中起著非常重要的作用。本文針對厚度為80mm的鋼板卷管過程進行分析及探討，結合實際的施工情況對質量控制過程中的重點難點進行梳理并提出了合理的控制措施。

鋼板卷制；卷管組對；焊接控制

當前，長距離輸油、輸水、供熱及構筑物的管狀構件和工程項目頗多，鋼管需求量增加。雖國內有不少鋼管制作專業(yè)廠家，但仍有相當一部分鋼管需要在一般鋼結構制造廠通過卷板、煨制和焊接而成。為此，焊接接頭的可靠性越來越受到設計、使用和施工單位的高度重視。[1]鋼板卷管主要靠卷板機來實現(xiàn)，卷板機是一種將金屬板材彎曲成筒形、弧形或其他形狀工件的設備，根據(jù)三點成圓原理，利用工件相對位置變化和旋轉運動使板材產生連續(xù)的塑形變形，從而獲得預定形狀的工件。[2]

本文將從以下四個方面對80mm厚鋼板卷管過程中的質量控制措施進行分析：

1 鋼板下料過程質量控制

鋼板作為卷管的原材料，其材質的確認跟蹤及下料過程的準確性直接影響后續(xù)鋼管卷制的質量，需嚴格執(zhí)行圖紙及工藝的要求。具體控制措施主要有以下幾點：

1.1 鋼板材料的確認及跟蹤

鋼管卷制之前需根據(jù)圖紙要求選擇合適的鋼板，對于海洋鋼結構用80mm厚鋼板，其主要材質等級為EH36-Z35。在材料的確認跟蹤過程中要結合現(xiàn)場板材鋼印及收到的材質證書逐一核實，確認板材材質及尺寸等。板材劃線過程中嚴格按排版圖要求尺寸逐一核實，由于鋼板在卷制過程中會有一定的延展，故實際鋼板劃線尺寸會比卷制之后管周長稍微短一些。

1.2 鋼板實際切割過程的質量控制

由于卷板機壓力的限制，80mm厚鋼板在現(xiàn)場實際卷板機的卷制過程中，端頭位置難以壓力成型為圓弧，所以在實際操作過程中，要求鋼板端頭位置不能作為卷制完成后的鋼管對接位置。由于鋼板實際長度比所要求長度要長一些，故需要在鋼板長度方向上兩側平分余量，所剩余量在鋼板實際卷制完成后作為無法壓制成圓弧型的工業(yè)余料處理。實際切割過程分兩步，一次切割時，只切割鋼板寬度（即鋼管長度）方向的尺寸。二次切割需要在鋼板卷制之后進行，切割前核實管周長及坡口形式，確定無誤后進行二次切割。

圖1、鋼板卷制后端頭難以壓制為弧形的余料部分

2 鋼板卷制組對過程質量控制

80mm厚鋼板卷制完成進行二次切割后，進入縱焊縫合口階段，進而卷制成型為鋼管。由于壁厚較厚，鋼管焊接成型后的橢圓度調整就比較困難，因此焊接之前的卷制、組對過程中對鋼管各方面質量數(shù)據(jù)的控制就十分重要。具體控制措施主要有以下幾點：

2.1 卷制成型后橢圓度、周長等尺寸數(shù)據(jù)的檢驗

在二次切割后合口階段，操作工及自檢員要不斷觀察鋼管卷制形狀的變化，初步合攏完畢后要對鋼管的橢圓度、周長、錯皮等相關數(shù)據(jù)進行測量，在此階段保證橢圓度、周長及錯皮在標準范圍之內，超出范圍之外的情況，在卷管機上及時調圓，及時修正，確保合格之后才能進行定位焊。

2.2 組對坡口的檢驗

核實圖紙、規(guī)格書及焊接工藝，確認坡口形式及坡口角度。組對坡口的檢查包括：坡口根部間隙、坡口角度、點焊是否有缺陷、25mm清理范圍等。對于80mm壁厚的鋼板，目前的焊接工藝大部分要求其根部間隙為0～1mm且要留有3～5mm的鈍邊，以確保后期埋弧焊封底焊接時的質量。

3 焊接過程的質量控制

針對80mm厚度卷制鋼管的焊接及檢驗過程，現(xiàn)主要從以下三點來討論其質量控制的主要措施：

3.1 焊前控制

在焊口開始焊接之前必須要對焊工進行焊接工藝的培訓，主要包括焊接過程所用焊絲、預熱溫度、層間溫度、焊接電流電壓等。

由于壁厚較厚，且為大管徑鋼管，正常焊接之前要有足夠的定位焊來保證鋼管在焊接過程中的尺寸。定位焊最小長度為50mm，點焊層的厚度和點焊位置的分布要保證焊接接頭組對和固定的強度要求，以避免產生焊接裂紋。點焊要求熔敷于最終焊縫時，應將點焊的邊緣打磨干凈，圓滑過度更好的熔于焊道中，點焊不要求熔敷于最終焊縫時，焊接過程中應將點焊全部打磨去除干凈。

必須按照WPS（焊接工藝）的要求進行預熱，加熱方法采用電加熱，預熱溫度最低120℃，預熱范圍是在焊道所有方向上不得小于焊件最大厚度值，但至少為75mm，預熱應用紅外線測溫槍或測溫筆進行檢測。

焊前檢查焊工所使用焊條、焊絲是否符合標準及工藝要求，檢查焊工資質是否符合。

3.2 焊接過程中的質量控制

在焊工開始焊接之后，要關注其所用焊絲是否符合要求，對于現(xiàn)行階段的SAW焊接方法，所用焊絲直徑在封底焊接時采用2.4mm或4.0mm兩種類型，填充、蓋面階段一律采用4.0mm直徑焊絲。質量工程師要時刻關注焊道的焊接溫度，不低于預熱溫度，且不超過要求的層間溫度（250℃）。同時使用電流電壓表測量焊接電流電壓，保證其在焊接工藝要求范圍之內。

為保證焊接質量，在80mm厚度鋼管的焊接過程中一般要對焊道進行清根處理，應采用碳弧氣刨或打磨進行清根，清根的最小深度為3mm，并且背面焊接前必須保證將根部清除至完好焊縫金屬。清根之后的焊接也要嚴格按照工藝及其他相應程序要求進行，質量工程師在此過程中要嚴格監(jiān)控并做好記錄。

3.3 焊后外觀檢驗在整個焊道焊接完成之后，施工方應當對焊道進行整體的外觀處理，避免出現(xiàn)嚴重的咬邊、氣孔、焊瘤等缺陷。外觀檢驗員同時要測量鋼管的橢圓度、端面垂直度、長度等重要的尺寸數(shù)據(jù)并做好記錄，對于尺寸超標的單節(jié)鋼管，要在現(xiàn)場做好標記，在記錄表格上做好記錄，要求施工方進行調圓及其他處理方法對超標鋼管進行調整，合格以后才能進行熱處理及無損檢驗。

4 焊后熱處理的控制

對于壁厚80mm的卷制鋼管，需要對焊接接頭進行應力釋放熱處理。對于熱處理過程的質量控制措施主要有以下幾點：

4.1 熱處理設備

使用到的熱處理設備主要包括：電加熱器、時間溫度記錄儀、熱電偶等。熱處理設備在使用前需得到良好的保管維護，熱電偶必須經過校準且在使用期內，同時得到業(yè)主及第三方的認可。溫度記錄儀必須每年校準，且文檔校準檢驗記錄需得到業(yè)主和第三方的認可。

4.2 熱處理要求

焊后熱處理必須在焊接和返修后進行，熱處理過程中應做好防水、防雨、防風工作。熱處理時必須使用熱電偶和溫度記錄儀進行準確而有效的溫度記錄。熱電偶在工件內外部的加熱區(qū)域上均需等距分布且有效接觸。必須采用足夠數(shù)量的熱電偶以保證整個熱處理在指定的溫度范圍和梯度限制內，至少使用兩臺記錄儀用于溫度記錄。對有變形傾向的構件進行焊后熱處理時，需提前做有效臨時支撐以避免變形。

4.3 熱處理過程

溫度低于315℃時，工件可以自由加熱。溫度高于315℃，應根據(jù)熱處理程序的要求，通過計算得出加熱速率，其中加熱速率不得低于55℃/hr，不得超過70℃/hr。工件在600-650℃下應最少保溫2.3小時。工件在冷卻階段，其冷卻速率應不大于83℃/hr，不小于55℃/hr，從315℃開始，工件可以空冷。檢驗工程師應查看所有與熱處理相關的記錄以核實熱處理是否按照焊接工藝評定和程序的規(guī)定執(zhí)行。對于所有已經進行熱處理的工件。應按無損檢測要求進行無損檢驗。

5 結語

通過對80mm厚鋼板卷管及焊接過程的分析，結合實際經驗不難看出，要保證鋼管的整體質量，必須從開始的材料確認跟蹤過程就進行嚴格的質量控制，一步一步的到最后焊接完成、熱處理完成、無損檢驗完成。通過本文提出的一系列質量控制措施，結構檢驗員在實際的質量控制過程中能有重點的對施工過程進行監(jiān)控及記錄，確保鋼管成品的質量合格。

[1]肖文霞,楊松,范紹林,韓麗娟,稅小勇.埋弧焊焊接鋼卷管施工工法[J].金屬加工(熱加工),2009,(14):37-40.

[2]楊旭軍.大型3輥卷板機的設計研發(fā)[J].上海電氣技術,2014,(01):32-36.