国内不锈钢焊接管制管工艺方法及其的发展现状

 1958年我国在宝鸡建设国了内第一条不锈钢焊接管生产线，该项目是我国“一五”期间156个重点建设项目之一。全套设备由前苏联设计制造，成型器为下卷芯棒长辊式，先外焊后内焊，生产规格为245~720mm×4~l0mm。1959年9月宝鸡石油钢管厂生产出我国第一根单面螺旋埋弧焊钢管，规格为426×7mm。1970年初，为解决大庆油田原油外输的问题，我国进行了大规模的管道建设，仅用半年时间，在东北地区的哈尔滨、四平、辽阳、鞍山、大庆、大连等地相继建立7套不锈钢焊接管机组，生产规格219~720mm×10mm，钢种等级为A3、16Mn，输送压力为3~4MPa。1975年随着石油天然气的开发利用，又建成了沙市、资阳、胜利、青县等钢管厂。其中浙江不锈钢焊管厂采用内外壁双面埋弧焊接，生产规格为4720~1420mm×7~16mm，钢种等级为≤X65，基本达到国外70年代初的水平。目前我国有300多套不锈钢焊接管机组，但只有20多套机组从工艺布置、设备设置、制造技术上能够达到油气输送管的要求，且大部分集中在中石油、中石化系统所属的钢管厂。

一、电阻焊接制管法

 以带钢为管坯，成型为管状之后，将结合处用电焊焊接，电焊分为低频电流50~360赫兹的低频焊接法和高频电流20KHz-45KHz的高频焊接法。目前，高频焊已被广泛使用，低频焊不再赘述。高频电阻焊接法，接触片分别与管状皮两边缘部分接触，高频电流从一个接触片通过管状坯的结合部流向另一个接触片由于结合部的接触电阻作用加热了结合部，接着用挤压辊挤压是接触部焊合。这里，它靠高频电流的集肤效应作用，电流在管状皮边缘部表面集中，结合部电流密度很大，瞬时被加热到熔融温度，焊缝质量好。高频感应焊接法，用金属管（常用铜管）制成的感应圈（一般为环状），中间通冷却水冷却。当感应圈中同高频电流时，则管体产生二次感应电流。二次感应电流通过焊接点绕管体圆周流动，这时管坯结合部因接触电阻而发热，随后用挤压辊挤压焊合。为防止高频电流由于集肤效应分散到管体内表面上，都会在管坯内部插入一个两端阻抗元件的磁性材料。此外，高频电阻焊接焊管外径不受限制，但是采用高频感应焊受高频感应线圈大小的限制，此法主要用于焊接外径170毫米以下的钢管。

二、炉焊

 用于制造小直径配管用钢管，有很高的生产率，是焊管中焊接速度最快的方法。具体步骤为：带钢-开卷-带钢对焊（形成一条连续不断的钢带）-加热-成型、焊接、减径-飞锯切断（倍尺长度较长）-定径-切断（较短）-矫直。适合于大批量生产小直径管，生产率高但设备投资费用高，且焊接镇静钢、半镇静钢管较困难。

三、辊式弯板制管法

 自古应用较为广泛的一种制管方法，先将钢板切成规定尺寸，用三个轧辊成型为圆筒形状，焊缝部经预焊后再用埋弧电弧焊焊接成钢管的方法。此方法便于制造大直径钢管，靠调整三个轧辊间距离可容易地变更钢管的外径。设备投资少，能制造厚壁钢管，但生产率低，且不能制造长尺管。

四、UOE制管法

 UOE制管法是把按要求切断后的钢板，预先进行弯曲，然后在U型压力机和O型压力机上将钢板一次压成U型和O型。然偶进行预焊O形管筒的焊缝，用内部外部焊接机对内部外部焊缝进行正式的自动埋弧电弧焊接。焊后进行扩管。扩管后，不但外径尺寸合格还加工了真圆度和真直度，消除了焊缝部位残余应力。

 此方法适合制造直缝大直径焊管，与螺旋焊管比较，因焊缝短，生产效率相对高，每台成型机的生产能力较大，但设备投资费用高。

五、排辊式成型制管法

 该方法主要应用于大直径焊管，因在成型时沿钢管轴线方向在钢板边缘处设置有数组小辊子，所以钢板边缘恰好是在小棍子中间通过而得名排辊式成型法。该方法与辊式法比较因成型过程是连续进行的，因而能够比较圆滑的成型，需要功率小。同时，该法可制造大直径薄壁管，焊接速度相对高，且能制造长尺寸钢管。常用于制造管线用管等大直径钢管。

六、螺旋成型制管法

 该方法是把带钢卷成螺旋管状，焊缝采用埋弧电弧焊接制造大直径钢管的方法，通常焊缝采用内外双面焊接方法。该方法特点在于：用同一宽度的带钢能制造多种外径尺寸的钢管，也因同一螺旋成型机能成型多种外径尺寸的钢管，故设备投资少；能比较简单的制造大直径（像直径2050毫米）的钢管；螺旋状焊缝残余应力小；但是，与直焊缝大直径焊管法相比较，螺旋焊管的焊缝长，故生产率稍低。

七、惰性气体保护电弧焊接

 惰性气体保护电弧焊接法广泛应用于电弧焊接和气体焊接困难的各种金属管焊接中，尤其是在不锈钢管的焊接中占有重要地位。小直径焊管通常采用钨棒做电极的非熔化极钨极氩弧焊（TIG焊），大直径焊管采用金属棒做电极的熔化极气体保护焊焊接（MIG焊）制造。

 1990年前后，通过一系列的设备改造、生产工艺改进，不锈钢焊接管的制管水平进一步提高，宝鸡、沙市、青县钢管厂先后获得美国石油协会（AP）会标使用权，产品质量达到了API标准的要求。西气东输工程使我国的螺旋焊管质量水平迈上了新的台阶，标志着我国螺旋焊管生产技术和装备水平已接近国际先进水平。目前，宝鸡石油钢管有限责任公司、渤海石油装备制造有限公司华油钢管公司等制管企业为西气东输二线工程大批量生产X80钢级 1219×18.4mm螺旋埋弧焊钢管，标志着我国螺旋埋弧焊钢管的生产制造水平已达到国际最高水平。管材研究所对进口UOE 直缝管和国产SSAW管通过力学性能对比试验，证明国产SSAW钢管的力学性能基本与进口UOE直缝管相当，部分指标优于进口直缝管，其主要结论为：

  1. 国产不锈钢焊接管的机械性能与日本、美国的焊接管处于同一水平。硬度实验结果表明，SSAW管焊缝金属的平均硬度和母材平均硬度差均在23HV1o以下，硬度和硬度差值均小于UOE管。这说明在强度方面，国产不锈钢焊接管可以达到UOE直缝管水平，并可做到焊缝与母材相匹配。爆破实验大多在母材破坏，其结果与上述结论相吻合。

  2. 对比管的夏比冲击韧性实验结果表明：国产不锈钢焊接管无论是管体横向还是焊缝、热影响区的夏比冲击功都很高，且三者数值接近，焊缝冲击韧性超过对比UOE管水平。从韧脆转化温度性能指标来看国产不锈钢焊接管管体横向、焊缝以及热影响区的断口形貌转化温度FATT也较UOE管低，而且数值均匀，管子的可靠性更高。

  3. 不锈钢焊接管的残余应力水平大大下降。采用环切法检测弹复量，发现弹复量为零或负值。国产不锈钢焊接管的残余应力水平已与日本某厂UOE 管相当，并优于美国某厂UOE管的水平。

浙江不锈钢焊管厂家将他们对焊缝几何形状的控制要求的内控标准公布在样本上，声称这是公司及其用户多年来制造和使用经验的总结，并且可以写入订货合同。该规范对钢管内外焊缝余高、内外焊缝与钢管表面过渡的角度、内外焊中心线的重合度、内外焊缝的熔合度、HAZ的宽度、焊缝最大硬度等都提出了明确的要求，尤其强调控制焊缝的过渡角对于高压输气管道极为关键，是防止产生切口性缺陷的重要参数。浙江不锈钢焊管厂家的焊缝形貌控制规范参数中除规定外焊缝余高最大2.0mm，过渡角最小145°；内焊缝余高最大1.8mm，过渡角最小130°；内外焊道中心偏离最大3.0mm以外，还要求HAZ的最大宽度应控制7mm以内；内外焊缝的熔合度大于壁厚的20%、焊缝最大硬度应小于等于260HV。在温州不锈钢弯管厂，也对作为热弯管的母管的焊缝形状进行控制。该厂认为不锈钢焊接管可以用作感应加热弯管的母管，但对焊缝的几何形状应提出要求，其中焊缝与母材的过渡角应大于等于135°。而丽水不锈钢弯管厂则要求螺旋缝焊管的外焊缝的过渡角应大于110°。松阳不锈钢焊管厂家还使用一个专用软件进行焊接工艺设计。主要是先确定所需焊缝的形状，然后选择工艺参数，再计算输入的线能量和焊丝熔化量，以确定焊缝形状是否达到要求。如果发现超标，可以通过调整电流、电压、焊丝直径和焊速等参数，得到要求的焊缝形状。此外，各厂家一致认为焊剂对焊缝形状影响至关重要，要慎重选择。