HFW焊管制管各工序质量控制
摘要:HFW焊管具有生产效率高、制造成本低、尺寸形状精度高、外型美观等优点,近5年在焊管行业得到了迅速发展。目前国内建设的HFW焊管机组虽然较多、产能较大,但还存在产品质量不稳定、发展不平衡等问题。结合宝钢HFW焊管生产的实践经验,从可能引起钢管质量问题的焊管段和精整段各工序,如原料准备、成型工艺、焊接控制、焊缝热处理、理化检验等环节进行了分析,提出了各工序对应的质量控制措施,以确保HFW焊管最终的产品质量。 0 前言
HFW焊管是利用高频电流产生的集肤效应和临近效应将钢板边缘迅速加热到焊接温度后进行挤压使板边焊接在一起的一种制管方法。具有生产效率高、制造成本低、尺寸形状精度高、外型美观等优点。21世纪后,随着西气东输等重大工程项目的规划,掀起了国内焊管机组建设的新一轮高潮,包括上海宝钢集团、上海中油天宝钢管有限公司、中海石油金洲管道有限公司、华油钢管有限公司扬州分公司等,一批大直径HFW焊管机组相继建成投产。目前,我国219~610mm HFW焊管年生产能力近400万t。 这个建设热潮基本可以追溯到2004年,在此之前,国内的大直径HFW焊管机组只有宝鸡住金石油钢管有限公司和辽宁锦西钢管有限公司两条生产线,采用的是国际通用的406mm HFW焊管机组。据不完全统计,截止目前,建成和在建的426mm以上HFW焊管生产线已经超过15条[1]。还有不少民营企业也新建了焊管机组,但尚未统计在内,比如山东新泰某厂新上的610mm焊管机组等。
大规模的建设肯定会带来技术、投资、基建发展的不平衡。在新建的生产线中,难免出现质量控制不到位等情况。
由于HFW焊管曾经出现过焊缝质量问题,使其应用范围受到了限制。20世纪90年代初期,新疆油田曾发生原油输送管线试压爆破,导致国内的HFW焊管被停止使用近十年[2]。近年来,随着新技术在HFW焊管行业的不断应用,使得HFW焊管产品质量有了质的突破和飞跃,逐渐恢复了用户使用HFW焊管的信心。但是,还有必要加强HFW焊管生产全过程的质量控制,以提高产品质量,保证油气输送管线的安全运行。 1 焊缝宏观质量分析
焊缝质量的好坏直接影响HFW焊管的使用。HFW焊管焊缝宽度一般为
0.02~0.12mm,焊缝中若有缺陷,多以线状形式存在,这种缺陷危害性极大。首先需要明确,焊缝检验时,如果出现了质量不合格的焊管,焊管生产时就必定存在异常,而在后续精整段的检验、实验室理化试验中又未严格把关及时发现缺陷,或是即使发现缺陷,由于生
产企业质量意识薄弱,过多考虑经济得失等原因,没有果断将缺陷管作降级或判废处置,最终导致现场使用发生事故。
结合以上分析,为提高HFW焊管质量,笔者将重点分析生产线焊管段可能影响焊缝质量的环节,以及精整段可能出现把关不严,造成漏检的环节,进而明确对应的控制措施和关注重点。 2焊管段质量控制 2.1 HFW制管工艺流程
HFW制管工艺流程如图1所示。其中,焊管段主要工艺包括:带钢准备(开卷、矫平、切头尾、对焊)-活套储料-铣边-成型-高频焊接-内外毛刺去除-热处理-定径-定尺飞-内毛刺冲洗;精整段主要工艺包括:取样压扁-平头倒棱-水压试验-离线探伤-人工检验-称重、测长-喷标!打包。
2.2 焊管段各工序质量控制一般而言,引发HFW焊管质量问题的主要因素多数起源于焊管段,焊管段任何一个环节的异常都有可能导致钢管性能的不合格,一旦精整工序漏检,问题钢管就会流向用户,导致使用时发生管道泄漏乃至爆管等恶性事故。笔者根据多年
实际生产及管理经验,对焊管生产时各工序的质量控制及应关注的环节进行以下分析和探讨。
2.2.1 原料准备HFW焊管原料系热轧卷板,原料质量会直接影响后续的焊接质量。焊管原料缺陷包括镰刀弯、波浪形、冶金杂质(钢水纯净度)、成分设计等；另外,如果不能保证钢卷性能的均匀性,在后续的成型调整中很容易产生鼓包、错边等无法挽回的制管缺陷,这些缺陷对钢管力学性能的影响均是致命的;再者,钢板由于偏析严重导致的分层缺陷,也可能致使钢管的耐压性能受到影响。
如果卷板锈蚀严重,端部塔形,层与层之间松松垮垮,表明卷板有内在的质量问题。好的卷板无锈蚀,端部平齐无塔形,且层间结合紧密。另外,考虑到制管过程中的包辛格效应和冷作硬化的影响是和钢级、厚径比相关的,对卷板性能也应提出相关的技术要求。2.2.2 矫平
根据宝钢HFW焊管生产的实践经验,如果卷板矫平质量不合格,就会大大增加后续成型难度,成型时鼓包和错边概率增加,这就意味着冷焊缺陷可能大大提升,而冷焊是HFW焊管最致命的质量缺陷。 2.2.3 边部处理
钢板的边部质量直接影响焊接质量,因此铣边质量的控制尤为关键。铣边工序质量控制的要求是:边部干净、整齐,板宽一致,无变形。据了解,国内HFW行业受机组投资时间、投资额度等的影响及对后期设备维护保养和运行成本的考虑,使用铣边机进行带钢边部处理的企业并不多,使用圆盘剪剪切的钢板边部质量不太稳定,直接影响到焊接质量,这是不容忽视的。而铣边机对于钢板镰刀弯、宽度公差等要求较高,单边铣削量平均只有8mm左右,故对板坯的边部清理,即避免轧钢过程中的边部开裂提出了较高要求。 2.2.4 成型工艺
成型是焊管段的核心工序。对于HFW焊管成型工艺而言,关键在于保证焊接时不产生错边、鼓包;其次,成型过程的控制要求稳定,变形充分、均匀,确保管体残留应力充分小,并且分布均匀。
在成型质量控制中,成型设备很重要,成型经验也不能忽视。设备的强度和刚度保证了成型能力及其稳定性。从成型经验可以得出不同规格的钢带工作宽度、压下量、挤压量、减径量的最佳参考值。 2.2.5 焊接控制
焊接同样是HFW制管的核心工序,焊接质量在很大程度上取决于成型质量。若成型不充分,就会使残余应力不均匀或过大,导致鼓包、错边等缺陷的产生;另外,焊接输出功率的变化会导致作用在接合面上的有效功率发生变化,从而引发焊接缺陷。 焊接过程中最忌讳的缺陷是冷焊,HFW焊管一旦出现冷焊极易导致管道事故的发生。此缺陷可以在金相检验时发现,也可以通过现场压扁试验发现。冷焊缺陷可以借助经验判断,一般来说,冷焊焊缝的冲击功波动较大。冷焊焊缝在进行冲击试验时,若V形刻槽恰好位于熔合线上,则缺陷形貌呈脆性断裂,冲击功很低;若V形刻槽稍偏,则冲击功较高,这时的冲击功实际上是母材或热影响区的。
HFW焊管焊接时需要同步进行内外毛刺的去除。HFW焊管内外毛刺的去除质量对焊管质量同样有较大的影响。内毛刺去除不应过多,一般控制在-0.3~0mm,特别是薄壁管,更要控制好。毛刺去除后与管壁的过渡应平滑,基本做到肉眼难以分辨出焊缝所在,这样才能确保不会对超声波探伤造成干涉,否则容易引起误判。 2.2.6 焊缝热处理
该工序主要完成焊缝组织的转变。如存在马氏体的焊缝以及热影响区没有充分完成组织转变,那么在管线运行过程中,局部管体加快腐蚀则在所难免,进而影响到整条管线的使用寿命。 2.3 理化检验
实验室理化检验一般分工艺首检和过程检查。工艺首检就是首批检验或工艺调整之后的检验;过程检查是连续生产时的试批性能抽检,频次为每班或者是连续生产4~8 h一次。
工艺首检决定着整批合同钢管质量的好坏,为了提高HFW焊管质量,建议各制管企业应高度重视工艺首检,制定一定的内控标准,且内控标准应远高于放行标准,这样才能够确保产品质量。其次,首检的检验、化验项目要齐全,应包括宏观金相检查焊缝金属流线、热处理覆盖区域、熔合线宽度、微观金相检查焊缝夹杂。如果HFW制管工艺的调整水平不足,工艺首检的性能就会不理想。另外,一些制管企业考虑到工艺首检耗时较长(通常全套试验需要105m in),为了提高生产效率,节省时间,这些企业组织合同钢管生产时,在进行工艺首检的同时也开始了连续的批生产,如此以来,一旦工艺首检不合格,先生产的这批钢管就难以处理。因此,在组织合同钢管生产时,一定要等工艺首检合格后再组织批生产,以避免不必要的浪费。
此外,HFW焊管机组停机一段时间之后若重新开机,或是微调了现场工艺,或是连续开机时间较长,为了降低出现批量不合格钢管的风险,建议执行过程工艺确认检查。这时的
检查项目可以适当优化,重点检查金相,如果精整产能足够,也可以进行焊缝冲击性能的检验。
试批检验相对首批检验较为简单,但要遵循一个基本原则,即?“宁信低,不信高”;冲击功一组3个,如1个不合格,宁愿相信整个试批不合格。如果一个制管企业的技术力量足够,建议制定一倍以上余量的内控标准,以应对生产过程中可能出现的一般性波动问题。金相判定方面,除了焊缝的金属流线、角度、熔合线、组织等以外,在500倍放大情况下,应无明显夹杂,这对于后续生产过程的连续稳定,焊缝冲击功的连续合格具有决定性的意义。 3精整段质量保证 3.1切管机分段切割
钢管分段表面上看起来无任何控制难度,一些制管企业往往容易忽视这个环节。个别制管企业为了提高卷板的利用率,在对头焊缝区域和停机区实行“零切割”,即只切割掉肉眼可见缺陷的管段。根据以往的生产经验,钢管分段切割时应至少保证对头焊缝前后1.5 m的遗弃量。而宝钢HFW焊管厂在实际生产中的控制更严,一般在对头焊缝前后保留了3 m的遗弃量。严格来说,遗弃量的长度应随钢级、壁厚、外径、成型稳定性等指标的变化而变化,但有一条原则必须遵循,即压扁试验不合格应坚决予以判废。 3.2压扁试验
压扁试验是及时发现冷焊最好且最快捷的判定方法。API标准要求分别对卷板头尾(对头焊缝前后)停焊前后区域取试样,分别进行0?和90?的压扁试验[3]。此环节非常必要,因为对头焊缝经过成型机架时,可能导致辊位变动或阻抗器位移;另外,两卷对头的卷板之间可能存在性能差异,也会导致冷焊。根据宝钢的生产经验,钢卷头尾存在的镰刀弯也会增加冷焊的发生概率。
实践表明,生产高钢级、大壁厚焊管时,制管企业如果对卷板质量把关不严,出现冷焊的概率也会大大增加,且冷焊一旦发生,就会造成极大的损失和危害。 3.3 水压试验
水压试验设备的生产率和作业率制约着整条H FW焊管生产线的产能,一些企业为了保证焊管段产能,采取水压试验抽检甚至免检,这样的做法具有一定的冒险性,给管线现场试压埋下了重大隐患。为此,有经验和经济实力的制管企业在精整段配置两套甚至三套水压机来满足整条生产线的产能。宝钢610mm焊管机组30万t年产能同样受水压机这个“瓶颈”的制约,至今还未实现达产。