φ406.4mm×8.8mm螺旋埋弧焊管生产工艺

马有军

（中石化石油机械股份有限公司沙市钢管分公司，湖北 荆州 434001）

目前，中国石化埋弧焊接钢管生产行业生产技术相对成熟，但小口径螺旋埋弧焊管在市场上的应用并不占优势，主要因为它对埋弧焊管加工设备及工艺要求较高，焊缝质量更难控制。在《重庆武陵山天然气管道工程项目》φ406.4mm×8.8mm钢管生产时，由于机组性能不足，经常发生焊缝咬边、力学性能等技术难题。为此，我们展开了技术攻关，对焊接设备及工艺进行了优化设计。

1 焊接设备改进

1.1 管坯成型处焊接环境

现有条件下，小口径钢管生产时，内焊枪采用后进枪，机组成型器附近空间位置狭小，管坯成型后焊接位置不满足原内焊枪的使用。机组成型焊接过程如图1。

图1 管坯成型处焊接

1.2 焊接设备改造难点

通过对现场设备性能评估，主要存在以下难点：

（1）枪头部分调节装置占用空间较大，且只能在管内进行调节，实际生产中无法保证焊头高度和焊点位置，且每次调整必须切除相应管端，生产成本大；

（2）导电杆部分采用水冷保证导电嘴不被烧损，水冷线路易烫坏，更换时间较长；

（3）送丝路径连接部分较多，焊丝输送过程易卡阻；

（4）空间位置有限，焊剂回收困难；

（5）焊枪结构复杂，调型时间较长，相对生产成本较大。

1.3 焊枪结构设计

1.3.1 空间位置模拟及结构设计

通过对现场设备尺寸的实际测量进行空间位置模拟，测算出焊枪及回收件的有效设计尺寸，如图2、图3。设计部分主要包括：导电嘴调节部分、枪杆设计、焊枪固定基座部分、跟踪固定基座部分、送丝机构以及焊剂回收装置等。

图2 空间位置模拟

图3 焊枪及回收件结构设计

1.3.2 关键技术简介

将送丝设备、跟踪设备、导丝系统、焊枪组件组合为一体。以林肯焊机作为供电电源，生产时，焊丝通过内置耐磨弹簧管的紫铜枪杆到达覆盖颗粒焊剂的焊接区域，利用赛诚跟踪设备进行跟踪焊接。如图4。

其设计特点如下：

（1）枪头不再使用水冷线路，由紫铜管充当导热件，简单实用，占用空间小。

（2）焊丝输送路径不再使用导丝软管，由紫铜管替代，外置特殊抗热绝缘材料。

（3）导电嘴由合金滑块改为圆导电嘴，方便调节。

（4）焊点调整由跟踪设备和调整块共同完成，可快速调节，满足整个焊接过程。

（5）焊剂回收通道使用单独固定无缝管和橡胶管，节约空间，保证正常的焊接过程，且实现了快拆快装，大大节约了调整时间，回收效果良好。

图4 焊接关键技术

2 钢管试制

2.1 原料准备

钢卷由武汉钢铁股份有限公司提供，入厂后对其外观质量、几何尺寸、化学成分、力学性能、硬度、探伤等进行检测，均达到《供货技术条件》的要求。拆卷上料时，对原料塔形、波浪、壁厚不均、表面划伤、分层等严格控制，拒绝不符合要求的钢卷投入生产线。

2.2 焊材准备

焊剂采用管线钢专用SJ101G烧结焊剂，由锦州天鹅焊材股份有限公司提供。

焊丝采用管线钢专用H08C精绕焊丝，由宜昌猴王焊丝有限公司提供。

2.3 坡口设计

坡口采用铣边机在线加工，铣出的坡口尺寸满足生产需求。生产过程中密切监控，适时调整进刀量，避免板边脱铣或上、下坡口铣削不对称的情况发生。坡口设计尺寸如图5。

图5 坡口设计

2.4 工艺参数设定

与同钢级、大壁厚螺旋埋弧焊管焊接相比，采用的焊接规规范较小，焊接线能量较小，保证焊缝性能。在焊接过程中，严格控制焊接电流、焊接电压、焊接速度等各项工艺参数，保证焊缝质量稳定。经过多次匹配试验，选定最佳方案，具体规范见表1。

表1 螺旋埋弧焊管焊接规范

2.5 试制钢管质量检测

对试制的L415M钢级φ406.4mm×8.8mm螺旋埋弧焊管焊缝进行了宏观形貌、力学性能、无损检测及静水压试验等多项检测。

2.5.1 焊缝宏观检测

在焊缝上割取并加工样块，使用20%硝酸酸蚀焊缝截面后进行测量观察，以此控制生产过程中的焊缝形貌。主要指标抽样检测结果见表2，样块尺寸说明见图6。由表可见，焊缝余高、熔深、重合量、中心偏差等各项指标均合格。

表2 焊缝宏观检测主要指标抽样检测

图6 焊缝形状示意图

2.5.2 焊缝力学性能检测

（1）导向弯曲。在焊缝上割取并加工弯曲试样（包括正弯和反弯），分别进行180°导向弯曲试验（弯头直径44mm），未发现裂纹，焊缝具有良好塑性。

（2）拉伸。在母材及焊缝上分别割取拉伸试样，经过机械加工成标准试样后在拉伸试验机上进行拉伸试验。结果如表3，试验结果均合格。

（3）断裂韧性。在母材及焊缝上分别割取断裂韧性试样，经过机械加工成标准试样（5mm×10mm×55mm，V形缺口），在-5℃进行夏比冲击试验及DWTT试验，结果如表4。结果均满足技术要求。

（4）无损检测及静水压试验。依据《技术条件》中的首检要求，对抽取的5根钢管进行超声波和X射线检测，未发现超标缺陷。

对抽取的1根钢管进行规定的最小屈服强度100%静水压试验，试验压力18MPa，保持时间15s以上，未发现渗漏现象。

（5）其他。在母材及焊缝上分别割取金相和硬度试样，经过机械加工成标准试样后，使用显微镜和维氏硬度计进行检验，结果均合格。

表3 拉伸试样抽样检测

表4 断裂任性焊缝试样分析

3 结论

经过设备技术改造以及钢管试制，生产的钢管各项性能指标优于《技术条件》，最终圆满完成了《重庆武陵山天然气管道工程项目》用埋弧焊管4000吨初期合同的小批量生产。这意味着现有机组的性能得到有效提升，在小口径钢管的生产技术方面有了进一步的提高为后续小口径钢管的生产积累了宝贵经验。