直缝焊管成型工艺比较

直缝焊管成型工艺比较直缝埋弧焊管按成型方式分为UO(UOE)、RB(RBE)、JCO（JCOE）等多种。将钢板在成型模内先压成U形，再压成O形，然后进行内外埋弧焊，焊后通常在端部或全长范围扩径（Expanding）称为UOE焊管，不扩径的称为UO焊管。将钢板辊压弯曲成型（RollBending)，然后进行内外埋弧焊，焊后扩径为RBE焊管或不扩径为RB焊管。将钢板按J型-C型-O型的顺序成型，焊后进行扩径为JCOE焊管或不扩径为JCO焊管。在运输业高度发达的今天，管道运输已经成为现代运输体系（公路、铁路、海运、航空、管道运输）的一个重要组成部分，作为现代管线工业技术进步的重要标志，大口径、高输送压力、长距离输送已经成为管线工业发展的总趋势。在此形势下，我国在近几年进行了大规模的大口径制管机组改造和引进，这为高等级、高品质的管线用管的生产提供了一定的基础。对常输管线钢管来说，焊接工艺非常关键。从生产工艺上来分，焊接钢管主要分为电阻焊管ERW（ElectricResistanceWelding）、螺旋埋弧焊管SSAW（SpirallySubmergedArcWelding）和直缝双面埋弧焊管LSAW（LongitudinallySubmergedArcWelding）。虽然近10年来ERW发展很快，但仍然属于中小口径的焊管，例如日本的ERWΦ610、Φ660生产线、我国大庆建成的ERWΦ660生产线。在一定时期内，适应当前发展的大口径焊管仍然要由SSAW和LSAW工艺所生产。螺旋埋弧焊管存在工艺缺陷螺旋焊管一般是以热轧钢带卷作管坯，经螺旋成型，采用高频电阻焊法或埋弧焊接成型。该工艺能用较窄的坯料生产管径较大的焊管，还可以用同样宽度的坯料生产管径不同的焊管。成型工艺如图1所示。在上世纪五六十年代，螺旋焊管在油气管道输送中占据统治地位，但从七八十年代开始，螺旋焊管受到大口径UOE焊管和中小口径ERW焊管的严重挑战。目前，在国外输送管线建设中，从总体上讲，大口径（Φ508mm~610mm以上）直缝埋弧焊管基本上取代了螺旋焊管，特别是海洋用管和输气用管。在国际高压管线工程建设方面，都明确限定应用直缝焊管建造高压输送天然气管线和水下管线.螺旋焊管在油、气输送中之所以受到挑战，是由于其工艺本身存在无法克服的缺陷。主要表现在：焊缝长度比直缝焊管焊缝长增加30%~100%。焊管的缺陷主要在焊缝上，焊缝长就意味着可靠性差，并且成型与焊接同时进行，焊缝缺陷几率明显偏高，焊缝质量不易保证。螺旋焊管生产线普遍不具有扩径工序，无法降低成型和焊接残余应力，致使焊管内部具有较大的残余应力，其残余应力为拉应力（可达200Mpa~300Mpa），而焊管受内压后，管壁亦产生环向拉应力，二者叠加，使焊管承压能力减弱。并且残余拉应力，特别是焊缝位置残余拉应力的存在也大大降低了焊管抗应力腐蚀的能力，在酸性油气输送管线中必须严格限制残余拉应力。螺旋焊管在曲面上进行焊接，焊缝形状欠佳，内焊缝的马鞍形和外焊缝的脊背形难以克服，应力集中难以避免。螺旋焊管焊缝热影响区大，且硬度高，韧性和抗应力腐蚀能力下降。虽然俄罗斯、加拿大允许螺旋焊管用于油气输送管线，但有严格的技术条件和强化无损检测。在我国，螺旋焊管输送管线技术已达到很高水平，但由于螺旋焊管的上述不足，在重要交通枢纽、地质条件复杂、人口稠密地区以及海洋方面，仍然要用直缝埋弧焊管。管道工业的发展对管线的可靠性要求越来越高，螺旋焊管面临严峻的考验。因此，我国在最近几年加速了大口径直缝埋弧焊管的建设。直缝埋弧焊管工艺渐成主流大口径直缝埋弧焊管（LSAW）一般是以钢板为原料，经过不同的成型工艺，采用双面埋弧焊接和焊后扩径等工序形成焊管。直缝埋弧焊管技术基本上克服了螺旋焊管技术的不足。直缝埋弧焊管生产工艺不管采用哪种生产方法，在钢板准备工序，如钢板超声波检查、切边、边缘处理和成型后的管坯点焊、内、外埋孤焊、超声波探伤、扩径、水压试管等工序基本上是大同小异，关键是成型工序不同。因此，根据成型工序，LSAW又可以具体分为辊弯成型工艺（RBE）、JCOE成型工艺、C成型工艺、连续扭转成型工艺和UOE成型工艺五种，其中JCOE和C成型法基本相同。排辊成型工艺（CFE）也可用于直缝埋弧焊钢管的成型.但其主要用于电阻焊钢管的成型。LSAW焊管的主要成型方式及机组特点如表1所示。下面简要介绍一下RBE辊弯成型工艺、JCOE成型工艺、连续扭转成型工艺和UOE成型工艺。RB辊弯成型工艺RB（RollerBending）辊弯成型法是一种比较传统的成型工艺，如图2所示。该成型法是将钢板压边后（或者将压边放在辊弯成型后），在三辊或四辊之间经多次滚压卷制成圆筒型，然后采用埋弧双面焊接成型。如不采用胀管整形，则称为RB焊管；如采用胀管整形，则称为RBE焊管。由于胀管后改善了内应力分布和大小，此种方法生产出的焊管在使用性能和可靠性上均接近UOE焊管。该成型方式的优点是设备小、重量轻、投资少、管径范围大、产量适中且生产灵活，对市场适应性强，但也存在管筒开口大、易错边、不易控制等缺点。并且由于该成型法成型上辊中部无支撑，受其刚度的限制，对于高钢级产品，往往出现中间宽，两头窄的现象，成型钢管直径不能小于508mm（20inch）。JCOE成型工艺JCOE成型法是台湾远东机械工业股份有限公司在上世纪90年代初推出的一种焊管成型工艺。其生产过程是首先在水压机上把已经预弯边的钢板压成J形，然后对另一边进行冲压，使整块钢板成C形，再将C形压成开口的O形，后经焊接和冷扩径（Expanding）等工序成型。JCOE法其产品质量与UOE焊管接近，而生产线价格远低于UOE机组，但其生产效率较低，模压成型和JCO成型后的管筒开口较大，焊后宏观整体应力较大。在我国已有多家企业引进JCOE大口径直缝埋弧焊管机组，是国内生产大口径管线用管的主要制造方法。JCOE生产线板料弯曲成型工艺如图3所示。连续扭转成型工艺连续扭转成型工艺采用芯棒扭转成型，区别于其他直缝焊管成型工艺。连续扭转成型生产线的扭转成型工艺如图4所示。其技术核心是用卷制法将平整的钢板通过一个纵向夹钳夹住及三辊卷板，加工成较长节段的圆管筒。卷板成型机由三辊组成，上辊为成型辊，固定着纵向夹钳，为主动辊，其直径大小需按生产规格而变换。下辊为两个从动辊，其直径一定，位置固定，不随生产钢管规格而变动，起着限位、固定、支撑等作用。该法生产率较高，投资较小。连续扭转生产线由于本身具有更换规格快而简单，品种灵活，产品规格范围大，可生产规格范围内的任意直径尺寸的钢管等特点，因而在大口径直缝焊管生产方面具有一定的优势。但在生产不同钢管直径和壁厚尺寸的组合时，需要很多成型芯辊，并且小直径大长度的焊管成型精度较差，防偏装置接触处的质量要严加控制。由于是连续扭转成型，成型内应力均匀，经扩径后，残余应力分布要优于步进式JCOE压弯成型法生产的焊管。UOE成型工艺UOE法是生产大口径直缝焊管的主要方法。伴随着石油天然气工业的发展，UOE焊管生产方法发展很快。UOE法是以热轧厚钢板为原料，经过刨边、开坡口和预弯边等预处理工序后，依次进入U成型压力机和O成型压力机压制成管筒，经焊接后，对焊接管坯进行扩径（E）等制造大口径直缝焊管的一种工艺，其成型工艺原理如图5所示。将预弯边的钢板在U压力机的成型模内压成U型，然后在O压力机的成型模内再压成O型焊接成管后再整体扩径。UOE法是当今国际上最先进的成型方法之一，至今世界上已有这种成型焊管机组40多套，UOE法以生产效率高和产品质量稳定著称。UOE制管法的O成型压力机吨位由上世纪五十年代的18000吨发展到现在的60000吨。随着压力机吨位的提高，UOE焊管也向大口径、大壁厚和高强度方向发展。近年来，我国也有数家企业引进UOE生产线，研制出具有国际先进水平的大口径高刚级的管线用钢管，满足国内管线建设的需要。UOE成长输钢管主要工艺UOE焊管生产工序主要包括：板边加工：板边加工一般用铣边机或刨边机，其目的是将钢板加工成所需要的宽度，且根据焊接工艺要求，加工出一定形状的坡口。弯边：弯边是在弯边机上实现的，弯边机又称为C压力机。在O成型压力机上成型时，一般在圆周方向用1%以下的压缩量加工，但边缘部分容易残留有直线段，得不到良好的管型，因而在O成型前预先进行弯边。辊式弯边机一般用于较薄钢板的弯曲成型。压力弯边机适用于厚板的弯曲成型。后者根据成品管的外径、壁厚和钢级分别选择模具和使用压力，按钢板的长度，一块钢板一般需压3次~5次。U成型：经过弯边后的钢板进入下一工序，即U成型。钢板首先在U成型机上定位后，钢板在竖直压模和模具的作用下，弯曲成U形断面。O成型：U形钢板随后送到O成型压力机上，O成型压力机上装有两个对开的带半柱面的压模，将U形钢板压成O形。其加工过程是先将U形两侧弯曲，使其沿压模变形为O型，再进行压缩和减径等变形，并控制成型后的弹复程度。焊接：在焊接开始和结束时，焊接电流不稳定等原因，易出现缺陷，故正式焊接前须两端焊上相应形状的引弧板，然后在钢管内面和外面分别施以自动埋弧焊。为提高焊接速度，多采用三丝电焊法，先内焊后外焊。焊接以后，切去引弧板，并将管端约100mm处的焊缝磨平，以利于钢管的环向对接焊接。扩径（Expanding）：扩径是通过扩径机来实现的，其作用为：矫正由焊接热造成的钢管变形，使钢管的椭圆度和平直度达到要求的精度；消除由O型压力机压缩加工所产生的包申格效应，增加钢管的强度；减小焊接时造成的焊缝部位的残余应力和成型过程产生的成型残余应力。在线质量检测是严格保证钢管质量，检测是不可缺少的手段。质量检查贯穿于从原料到成品整个生产过程中。随着管线建设向着长距离、高压力方向发展，对管线用钢管的要求越来越高，大口径直缝焊接钢管成为主要管线用管。大口径直缝焊接钢管制造工艺多种多样，各有特点，根本区别在于成形方式不同，从成形质量、效率、经济性和成形能力看，目前JCOE和UOE仍是长输管线用管的主要制造工艺。聚焦长输管线钢管焊接技术