HFW焊管制管各工序質量控制
HFW焊管具有生產效率高、制造成本低、尺寸形狀精度高、外型美觀等優點,近5年在焊管行業得到了迅速發展。目前國內建設的HFW焊管機組雖然較多、產能較大,但還存在產品質量不穩定、發展不平衡等問題。結合寶鋼HFW焊管生產的實踐經驗,從可能引起鋼管質量問題的焊管段和精整段各工序,如原料準備、成型工藝、焊接控制、焊縫熱處理、理化檢驗等環節進行了分析,提出了各工序對應的質量控制措施,以確保HFW焊管最終的產品質量。
HFW焊管是利用高頻電流產生的集膚效應和臨近效應將鋼板邊緣迅速加熱到焊接溫度后進行擠壓使板邊焊接在一起的一種制管方法。具有生產效率高、制造成本低、尺寸形狀精度高、外型美觀等優點。21世紀后,隨著西氣東輸等重大工程項目的規劃,掀起了國內焊管機組建設的新一輪高潮,包括上海寶鋼集團、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州分公司等,一批大直徑HFW焊管機組相繼建成投產。目前,我國 219~610mmHFW焊管年生產能力近400萬t。
這個建設潮基本可以追溯到2004，在此之前，國內的大直徑HFW 焊管機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線，采用的是國際通用的406mm HFW 焊管機組。據不完全統計,截止目確前,建成和在建的426mm以上HFW焊管生產線已經超過 15條。還有不少民營企業也新建了焊管機組,但尚未統計在內,比如山東新泰某廠新上的610mm 焊管機組等。
大規模的建設肯定會帶來技術、投資、基建發展的不平衡。在新建的生產線中,難免出現質量控制不到位等情況。
由于HFW焊管曾經出現過焊縫質量問題, 使其應用范圍受到了限制。20世紀 90年代初期,新疆油田曾發生原油輸送管線試壓爆破,導致國內的HFW焊管被停止使用近十年。近年來隨著新技術在HFW焊管行業的不斷應用,使得HFW焊管產品質量有了質的突破和飛躍,逐漸恢復了用戶使用HFW焊管的信心。但是,還有必要強HFW焊管生產全過程的質量控制,以提高產品質量,保證油氣輸送管線的安全運行。
1 焊縫宏觀質量分析
焊縫質量的好壞直接影響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,焊縫檢驗時,如果出現了質量不合格的焊管,焊管生產時就必定存在異常,而在后續精整段的檢驗、實驗室理化試驗中又未嚴格把關及時發現缺陷,或是即使發現缺陷,由于生產企業質量意識薄弱,過多考慮經濟得失等原因,沒有果斷將缺陷管作降級或判廢處置,最終導致現場使用發生事故。
結合以上分析,為提高HFW焊管質量,筆者將重點分析生產線焊管段可能影響焊縫質量的環節,以及精整段可能出現把關不嚴,造成漏檢的環加節,進而明確對應的控制措施和關注重點。
2 焊管段質量控制
2.1 HFW制管工藝流程
焊管段主要工藝包括:帶鋼準備(開卷、矯平、切頭尾、對焊)-活套儲料-銑邊-成型-高頻焊接-內外毛刺去除-熱處理-定徑-定尺飛鋸-內毛刺沖洗;
精整段主要工藝包括:取樣壓扁-平頭倒棱-水壓試驗-離線探傷-人工檢驗-稱重、測長-噴標-打包。
2. 2 焊管段各工序質量控制
一般而言,引發HFW焊管質量問題的主要因素多數起源于焊管段,焊管段任何一個環節的異常都有可能導致鋼管性能的不合格,一旦精整工序漏檢,問題鋼管就會流向用戶,導致使用時發生管道泄漏乃至爆管等惡性事故。筆者根據多年實際生產及管理經驗,對焊管生產時各工序的質量控制及應關注的環節進行以下分析和探討。
2.2. 1 原料準備
HFW焊管原料系熱軋卷板,原料質量會直接影響后續的焊接質量。焊管原料缺陷包括鐮刀彎、波浪形、冶金雜質(鋼水純凈度)、成分設計等;另外,如果不能保證鋼卷性能的均勻性,在后續的成型調整中很容易產生鼓包、錯邊等無法挽回的制管缺陷,這些缺陷對鋼管力學性能的影響均是致命的;再者,鋼板由于偏析嚴重導致的分層缺陷,也可能致使鋼管的耐壓性能受到影響。
如果卷板銹蝕嚴重,端部塔形,層與層之間松松垮垮,表明卷板有內在的質量問題。好的卷板無銹蝕,端部平齊無塔形,且層間結合緊密。另外,考慮到制管過程中的包辛格效應和冷作硬化的影響是和鋼級、厚徑比相關的,對卷板性能也應提出相關的技術要求。
2. 2.2 矯平
根據寶鋼HFW焊管生產的實踐經驗,如果卷板矯平質量不合格,就會大大增加后續成型難度,成型時鼓包和錯邊概率增加,這就意味著冷焊缺陷可能大大提升,而冷焊是HFW焊管最致命的質量缺陷。
2. 2.3 邊部處理
鋼板的邊部質量直接影響焊接質量,因此銑邊質量的控制尤為關鍵。銑邊工序質量控制的要求是:邊部干凈、整齊,板寬一致,無變形。據了解,國內HFW行業受機組投資時間、投資額度等的影響及對后期設備維護保養和運行成本的考慮,使用銑邊機進行帶鋼邊部處理的企業并不多, 使用圓盤剪剪切的鋼板邊部質量不太穩定,直接。影響到焊接質量,這是不容忽視的。而銑邊機對于鋼板鐮刀彎、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。對于HFW焊管成型工藝而言,關鍵在于保證焊接時不產生錯邊、鼓包;其次,成型過程的控制要求穩定,變形充分、均勻,確保管體殘留應力充分小,并且分布均勻。
在成型質量控制中,成型設備很重要,成型經驗也不能忽視。設備的強度和剛度保證了成型能力及其穩定性。從成型經驗可以得出不同規格的鋼帶工作寬度、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,焊接質量在很大程度上取決于成型質量。若成型不充分,就會使殘余應力不均勻或過大,導致鼓包、錯邊等缺陷的產生;另外,焊接輸出功率的變化會導致作用在接合面上的有效功率發生變化,從而引發焊接缺陷。
焊接過程中最忌諱的缺陷是冷焊,HFW焊管一旦出現冷焊極易導致管道事故的發生。此缺陷可以在金相檢驗時發現,也可以通過現場壓扁試發現。冷焊缺陷可以借助經驗判斷,一般來說, 冷焊焊縫的沖擊功波動較大。冷焊焊縫在進行沖擊試驗時,若V形刻槽恰好位于熔合線上,則缺提出相關的技術要求。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,這時的沖擊功實際上是母材或熱影響區的。
HFW焊管焊接時需要同步進行內外毛刺的去除。HFW焊管內外毛刺的去除質量對焊管質量同樣有較大的影響。內毛刺去除不應過多,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,這樣才能確保不會對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變。如存在馬氏體的焊縫以及熱影響區沒有充分完成組織轉變,那么在管線運行過程中,局部管體加快腐蝕則在所難免,進而影響到整條管線的使用壽命
2.3 理化檢驗
實驗室理化檢驗一般分工藝首檢和過程檢查。工藝首檢就是首批檢驗或工藝調整之后的檢驗;過程檢查是連續生產時的試批性能抽檢,頻次為每班或者是連續生產4~8h一次。
工藝首檢決定著整批合同鋼管質量的好壞,為了提高HFW焊管質量,建議各制管企業應高度重視工藝首檢,制定一定的內控標準,且內控標準應遠高于放行標準,這樣才能夠確保產品質量。其次,首檢的檢驗、化驗項目要齊全,應包括宏觀金相檢查焊縫金屬流線、熱處理覆蓋區域、熔合線 寬度、微觀金相檢查焊縫夾雜。如果HFW制管工藝的調整水平不足,工藝首檢的性能就會不理考值。想。另外,一些制管企業考慮到工藝首檢耗時較長(通常全套試驗需要105min),為了提高生產效 率,節省時間,這些企業組織合同鋼管生產時,在進行工藝首檢的同時也開始了連續的批生產,如此以來,一旦工藝首檢不合格,先生產的這批鋼管就難以處理。因此,在組織合同鋼管生產時,一定要等工藝首檢合格后再組織批生產,以避免不必要的浪費。
此外,HFW焊管機組停機一段時間之后若重新開機,或是微調了現場工藝,或是連續開機時間較長,為了降低出現批量不合格鋼管的風險,建議執行過程工藝確認檢查。這時的檢查項目可以適當優化,重點檢查金相,如果精整產能足夠,也可以進行焊縫沖擊性能的檢驗。
試批檢驗相對首批檢驗較為簡單,但要遵循一個基本原則,即/寧信低,不信高0;沖擊功一組3個,如1個不合格,寧愿相信整個試批不合格。
如果一個制管企業的技術力量足夠,建議制定一倍以上余量的內控標準,以應對生產過程中可能出現的一般性波動問題。
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,應無明顯夾雜,這對于后續生產過程的連續穩定,焊縫沖擊功的連續合格具有決定性的意義。
3 精整段質量保證
3. 1 切管機分段切割
鋼管分段表面上看起來無任何控制難度,一些制管企業往往容易忽視這個環節。個別制管企業為了提高卷板的利用率,在對頭焊縫區域和停機區實行/零切割0,即只切割掉肉眼可見缺陷的管段。根據以往的生產經驗,鋼管分段 切割時應至少保證對頭焊縫前后 1. 5m的遺棄量。而寶鋼HFW焊管廠在實際生產中的控制量的長度應隨鋼級、壁厚、外徑、成型穩定性等指標的變化而變化,但有一條原則必須遵循,即壓扁試驗不合格應堅決予以判廢。
3. 2 壓扁試驗
壓扁試驗是及時發現冷焊最好且最快捷的判定方法。API標準要求分別對卷板頭尾(對頭焊縫前后)停焊前后區域取試樣,分別進行 0度和90度的壓扁試驗。此環節非常必要,因為對頭焊縫經過成型機架時,可能導致輥位變動或阻抗器位移;另外,兩卷對頭的卷板之間可能存在性能差異,也會導致冷焊。根據寶鋼的生產經驗,鋼卷頭尾存在的鐮刀彎也會增加冷焊的發生概率。實踐表明,生產高鋼級、大壁厚焊管時,制管企業如果對卷板質量把關不嚴,出現冷焊的概率也會大大增加,且冷焊一旦發生,就會造成極大的損失和危害。
3.3 水壓試驗
水壓試驗設備的生產率和作業率制約著整條HFW焊管生產線的產能,一些企業為了保證焊管段產能,采取水壓試驗抽檢甚至免檢,這樣的做法具有一定的冒險性,給管線現場試壓埋下了重大隱患。為此,有經驗和經濟實力的制管企業在精整段配置兩套甚至三套水壓機來滿足整條生產線的產能。寶鋼<610mm焊管機組30萬 t年產能同樣受水壓機這個"瓶頸"的制約,至今還未實現達產。
此外,因受水壓設備探測度的限制,點狀缺陷很難判定,此類缺陷在穩壓過程中如不發生潰口,就無法從穩壓曲線上發現,但在現場試壓時,此缺陷可能引起焊縫點狀滲水事故的發生。根據實踐經驗,HFW焊管焊縫區域點狀滲水缺陷只能通過肉眼觀察焊管表面產生的水霧來發現。因此,水壓機應具備旋轉功能,并盡量使焊縫朝上,以便觀察發現滲漏的點狀缺陷。需要特別注意的是,如果這種點狀缺陷的尺寸小于超聲探傷樣管人工缺陷的尺寸,在后續超聲波探傷時,就會因點狀缺陷的反射當量小于超聲樣管人工缺陷的反射當量而無法檢出。
綜上所述,在HFW焊管水壓試驗過程中應更嚴,一般在對頭焊縫前后保留了 3m的遺棄做到:1設備生產能力足夠,設備保養到位,運行量。嚴格來說,遺棄量的長度應隨鋼級、壁厚、正常;o嚴格按工藝試壓,并保證根根試壓; ?水壓機應具備旋轉功能,并盡量使焊縫朝上,以便人工輔助觀察焊縫區域的點狀滲水問題。
3.4 無損探傷檢驗
無損探傷,尤其是超聲波探傷,對于發現HFW焊接缺陷很有效,但是,超聲波探傷有一個 缺點,即無法 100%分辨出內毛刺和真正的內在缺陷,雖然有人說能夠分辨,但在實際生產中是不會用人工分辨出來的結果作為產品準發和放行的依據。
因受內毛刺去除設備先進性、連續性、穩定性等的影響,內毛刺去除效果并不理想,無法達到肉眼分辨不出是焊管還是無縫管的理想狀態。殘留的內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降低分貝,甚至不使用超聲波自動探傷(有些廠家根本沒有超聲波自動探傷設備)。為了保證產品質量,寶鋼HFW焊管廠在API標準之上提高 6dB,對焊縫 100%進行超聲波自動探傷。
另外,還有一些制管企業為了提高作業效率和成材率,甚至省去了人工探傷。實際使用情況表明,在焊管生產過程中,沒有嚴格進行超聲波自動探傷的焊管出現問題的概率要遠遠高于正常使用超聲波自動探傷的焊管。在實際生產中,超聲波探傷崗位的收得率不應作為唯一追求的指標,因存在內毛刺干擾及HFW成型焊接特點所限,決定了探傷工序的收得率不可能達到 100%。
寶鋼HFW近5年的生產經驗是:超聲波自動探傷設置+6dB內控標準,手探作為缺陷定位和管,直接降級或者判廢。這些做法對控制產品質量起到了關鍵的作用。
3. 5 人工檢驗
人工檢驗主要是檢查板材表面的缺陷,包括生產過程中因臺架、輥道、翻板等對鋼管表面的擦傷。這類缺陷,有的可以接受,準許放行;而有的是超標的,必須修磨,若修磨后鋼管的壁厚減薄超過標準要求,就必須切除。因此,該崗位的操作人員必須具備很強的責任心。其次,出現錯邊、鼓包的焊管如未能在壓扁工序及時取樣,或在水壓試驗時沒有發生爆管,而在超聲波探傷也未發現超標波形時,人工檢驗崗位應進行最后的把關,否則,此類缺陷管在現場試壓或是服役過程中難免出現問題。
另外一個問題是:有些制管企業沿用小直徑無縫鋼管的檢驗方式,即排管檢驗,一次多根。這種方式對于大直徑的HFW焊管不適合。一般大直徑HFW焊管精整的時間大于 30s/根,應采用多人(3人以上)一起,單根旋轉, 360b全方位檢驗的方式進行。
4 結論
HFW制管企業只有通過對制管全過程的有效控制,嚴格把關,才能從真正意義上做到質量控制。其次,必須杜絕僥幸心理,通過全面質量管理來提高質量保證能力,這既是對本企業的產品負責,也是對整個HFW行業負責。焊管質量主要取決于焊管段生產過程,但是最終的質量還取決 于精整段的嚴格把關。建議國內新上生產線的廠家,不要急于賺錢,應先從低鋼級、薄壁厚的HFW 焊管生產開始,再向高鋼級、厚壁管方向拓展。
