埋弧焊管生产线规划和升级改造的注意事项分析

张晨鹏，付彦宏，杨 东，曹华勇，王林林，肖 青

（1.渤海装备新疆钢管有限公司，新疆 乌鲁木齐 830022；2.渤海装备研究院（信息中心），河北 青县 062658；3.渤海装备巨龙钢管公司，河北 青县 062658）

近10年来，受市场需求影响，我国螺旋缝焊管生产企业因其投资小、建设周期短而得到迅猛发展。中国石油天然气集团公司装备板块企业不是新建生产线，就是其下属企业对原生产线进行扩能升级改造，这对于提高我国的管道制造业规模、优化资源、降低产品成本和提高产品质量大有帮助，但在提升产能和产品质量的同时，更应注重生产线规划或升级改造时的科学务实性。

笔者结合国内几个知名焊管生产企业在高钢级螺旋缝埋弧焊管生产中暴露出的一些问题，包括焊接稳定性和焊接效率较低、检验流程不畅通及质量把控不到位等，对埋弧焊管生产线规划和升级改造应注意的事项进行分析，以供借鉴。

1 设备能力

埋弧焊管生产线设备能力需足够。设备能力决定着生产企业的技术水平、产品开发能力和产品质量能否得到有效控制等多方面问题，是需要引起焊管生产企业重视的关键方面。

某些企业在研发焊管产品时遇到设备能力不足的问题。如在对头焊岗位，剪板机剪板不动，提高油压后虽剪板成功，但对剪刃却造成巨大损伤；在成型岗位，压下辊下压困难、管径控制不佳。这些情况下，即使能试制出相应规格品种的焊管，但在大批量生产时，成型辊损坏的频率必将大为增加，为设备维护、保养和生产埋下严重隐患。

即将规划生产线或进行升级改造的企业，应通过认真调研，根据企业预设规模及发展前景，做到设备的高起点和经济性、先进性和实用性、当前性和长远性相统一。调研工作不但需面向同行业，而且要面向非同行业、大专院校和科研院（所）［1］，了解当前国内外同领域产品的生产、焊接、检测设备状况和水平，为选择购置或升级改造设备做准备［2］，尽可能保证设备的设计和实际生产检验能力大于今后新产品所需生产检验能力的要求，这样才能极大地减少新产品试制时对设备的损伤，同时为批量生产做好准备。

1.1 生产能力

根据我国对石油天然气能源的激增需求，国内主要焊管制造企业必然朝着生产大直径、高钢级焊管方向进行生产线的规划或升级改造，这更需要在规划时注意设备的机械控制能力、机械整体刚性、最大成型焊管直径及辅助设备和工装能通过的最大管径等方面问题。经费允许的条件下，应尽最大可能使设备保障有力、控制可靠、空间足够。

应重视成型焊接前几个工序设备的综合能力，包括拆卷矫平能力（最大拆卷质量和液压系统最高工作压力、矫平机械压力和矫平速度）、铣边能力（铣边功率、坡口刀具硬度和使用寿命）、递送能力（递送力和速度、导板刚性）等，工作尺寸（工作宽度、高度调节量）应保证足够，并且在生产运行中稳定可靠、速度均匀可控；重视各工序设备综合能力的资金投入比例和改造力度，以保证在成型工序前的“预成型”钢板平直、铣边到位和均匀、导进速度稳定，确保后续成型焊接工序稳定可靠［3-5］。

成型焊接能力主要包括成型空间（底座、转盘、立柱）尺寸足够，基准边定位准确稳定，功能辊（成型辊、外控辊、焊垫辊）压力足够和稳定，内外焊机电流电压足够且稳定均匀，焊接速度稳定均匀可控，焊缝自动定位跟踪系统精准可靠等［6-7］。在一定的设备规模条件下，主要关注设备综合的稳定性、均匀性、可控性。

1.2 检验试验能力

X射线工业电视系统应输出电压稳定连续可调，实时成像稳定精准，机械执行机构刚性足［8］、定位准，探伤穿透钢管厚度足够，动/静态灵敏度高，焦点尺寸小。洗片机的洗片通道应足够（至少4个）并且同时连续工作，具有显影、定影、烘干自动加热，温度自动控制，药液、水洗自动补液等功能。

全自动超声波探伤系统探伤通道应足够、分层探伤覆盖面积至少50%［9］，其水平线性、垂直线性、灵敏度余量、分辨率应足够。激光焊缝自动跟踪应稳定和精准。

水压机端部密封稳定可靠［10］，主缸柱塞直径及主缸最高使用压力应足够。另外，为保证检验工序通畅，X射线工业电视最好并行配置至少2台。必须注意的是，X射线检测进管高度、水压机上面横梁高度及连续探伤等工序通管高度也要足够，因为其直接影响着生产检验和生产效率。

夏比冲击试验机、落锤撕裂试验机、拉伸试验机试验能力要足够。特别要注意拉伸试验机上下钳口的同轴度、检测软件中应变速率控制的试验速率与GB/T 228.1—2010《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》的符合性和可靠性，否则金属材料的屈服强度就无法测试可靠和准确。

2 自动化水平

埋弧焊管生产线自动化水平要与设备的能力、特性和刚性相匹配。在焊管机组的成型等重要环节应向机器自动化调节进给尺寸的方向发展，技术人员或操作人员只需事先确定和输入有关成型工序的重要参数后、就位按键完成生产。

目前，在某些工序焊管制造已经实现了设备自动化，如焊接过程的内外焊缝自动跟踪系统，焊缝超声波探伤自动跟踪系统，横移小车的自动跟进与就位系统，维氏硬度打点和水平垂直位移自动跟进与就位系统，防腐后钢管的自动喷标系统等。设备仪器不同程度的自动化应用，大大提高了生产效率，有效提升了焊接水平，促进了对产品质量的把控能力。但是，在螺旋缝埋弧焊管生产线上，设备自动化程度不够，除应提高已用自动化设备的自动化程度和精准度外，还应开展以下工作：①矫平机矫平力和矫平速度的自动化控制；②铣边机进给量的自动化控制；③成型机功能辊各自压力和定位、成型空间（底座、转盘、立柱）尺寸定位的自动化控制；④焊接系统朝着“多丝数字埋弧焊接系统”［11］方向改进和发展，掌握焊接过程中的电源特性，精准跟踪焊点和焊缝形貌、准确输出焊接时的电流和电压，查找对应出优良焊接质量下的电流和电压参数，促进焊管焊接质量的提升和把控。

应说明的是，不建议在生产线上处处搞自动化、设置过多的急停和限位装置。如在空间较小的工序之间，用手动开关并加装限位开关即可，灵活实用、效率较高。另外，应重视设备机械部分刚性和自动化的衔接和匹配，如果刚性不足，设备自动化程度再高也无法做到精准把控；如果自动化不能及时跟进，则应在设备刚性较好的适当部位预留相应传感器等自动化（辅助）装置的空间。

3 布 局

焊管生产企业必须对生产工序进行合理布局，才能最大化提高产能，新建或计划新建的企业对这个问题应提高重视。如果水压试验、超声波连续探伤、倒棱及其他后续相邻工序所在区域间隔较近，那么一旦探伤设备出现故障，不能将水压后的钢管及时运走，也不能进行倒棱等后续工作，极大地耽误检验流程、降低检验效率；而且在水压过程中，操作人员存在一定风险。某些企业X射线室设置在车间外部，每次需用横向辊道倒运几根钢管进行X射线焊缝检查，之后再倒运出来，费时费力，生产效率很难提高。因此，在规划和升级改造时，应使生产流程尽可能通畅。现提出以下建议：

（1）根据生产线生产能力合理配置X射线探伤设备，必要时配置2台，且其布局为直进直出式，即钢管经X射线检验完毕后，直接向前进入下个流程或反流程工序。

（2）合理布置生产线的缓冲区。对于效率较高的生产线，在厂房空间允许下，尽量增大生产检验工序中管道的运送长度或工序间的预留空间。

（3）生产线布置要考虑方便过跨反流程。例如在生产线厂房高度允许的条件下，至少增加一部与焊管生产线相垂直的天车，便于反流程钢管的吊运和倒运。

（4）在用水区域应考虑易于清洁以及操作人员的安全。例如水压、超声波连续探伤等有试验用水区域地面的标高，做成比生产线厂房地面零标高位置低300～400 mm，并用金属网格罩住低于零标高区域，这样在工序检验时，区域易于清洁卫生、操作人员较为安全。

4 结 论

（1）在规划或升级改造埋弧焊管生产线时，生产企业应根据自身规模和发展前景进行充分调研，切忌全盘“照搬”其他企业现有的生产线格局。

（2）生产、检验设备的设计能力应足够、稳定、可靠，布局应务实、流畅、人性化。

（3）根据需要进行埋弧焊管生产线自动化的设计和配置，同时相关联设备的刚性、空间及接口连接等应相互匹配。

［1］王旭，张晨鹏，韩秀林，等.高钢级管线钢管研制过程中的几点注意事项［J］.焊管，2009，32（1）：56-60.

［2］张晨鹏，孟庆云.在建实验室应需考虑的几个问题［J］.现代测量与实验室管理，2006（2）：46，54.

［3］程绍忠，陈英莲.高强度大直径厚壁焊管机组在线矫平机设计［J］.焊管，2007，30（5）：66-69.

［4］刘成坤，崔远洋.模块式铣边机刀盘的研制与应用［J］.焊管，2011，34（10）：33-36.

［5］刘洪飞.螺旋埋弧焊管机组铣边机刀片的使用寿命［J］.焊管，2010，33（4）：40-44.

［6］刑立坤.螺旋焊管成型机组技术改造与分析［J］.焊管，2009，32（8）：44-46.

［7］王蕊.SC-NH1螺旋焊管激光自动跟踪系统的应用［J］.钢管，2007，36（4）：51-53.

［8］漆曙蓉，李佩娟，李少云，等.焊接钢管X射线探臂升降调整装置的改进设计［J］.钢管，2013，42（2）：67-69.

［9］CDP-S-NGP-PL-006-2011-2天然气管道工程钢管通用技术条件［S］.2011：42.

［10］赵剑雄，谭赟，刘刚.焊管水压机单向阀组的改造［J］.焊管，2010，33（6）：52-53.

［11］张红，刘克永，胡海朝，等.多丝埋弧焊管焊接接头硬度与冲击韧性统计分析［J］.焊管，2013，36（2）：63-66.