螺旋焊管
螺旋焊管：是將低碳碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼鋼帶按一定的螺旋線(xiàn)的角度（叫成型角）卷成管坯，然后將管縫焊接起來(lái)制成，它可以用較窄的帶鋼生產(chǎn)大直徑的鋼管。螺旋焊管主要用于石油、天然氣的輸送管線(xiàn)，其規(guī)格用外徑*壁厚表示。螺旋焊管有單面焊的和雙面焊的，焊管應(yīng)保證水壓試驗(yàn)、焊縫的抗拉強(qiáng)度和冷彎性能要符合規(guī)定。
螺旋焊管制作及螺旋焊管技術(shù)特性
1、制作方案
在成都租用土地，建立工廠，將設(shè)備搬遷至成都工廠制作。
2、設(shè)備
主機(jī)：英國(guó)WILSON BYAND公司制造的BYAND-2000型制管機(jī)組，該機(jī)組屬分段組裝式，總重量約130噸，可拆分為四個(gè)主要部分而進(jìn)行單體運(yùn)輸，適宜于在現(xiàn)場(chǎng)布置設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)供應(yīng)鋼管。機(jī)組總體性能參數(shù)如下：
鋼管規(guī)格 最小Φ400×5.0mm，最大Φ3048×25.4mm
制管長(zhǎng)度 一般為6～30m，最長(zhǎng)達(dá)80m
原料板寬 最小700mm，最大2000mm
鋼卷重量 最大40噸
材料等級(jí)最高達(dá)API 5L×65
內(nèi)外及時(shí)對(duì)接焊機(jī) LINCOLN DC-1500
主驅(qū)動(dòng)主減速器 DAVID BROWN RADICON
等離式切割機(jī) LINCOLN PRO-CUT 125
液壓系統(tǒng) VICKERS、DENISON
電控系統(tǒng) SIEMENS、ABB
3工藝流程
開(kāi)卷——上卷——校平——對(duì)接焊——銑邊——成型——內(nèi)焊——外焊——切管——破口——后續(xù)焊——水壓試驗(yàn)
4. 檢驗(yàn)工藝
原材料檢驗(yàn)——校平檢驗(yàn)——對(duì)接焊檢驗(yàn)——成型檢驗(yàn)——內(nèi)焊檢驗(yàn)——外焊檢驗(yàn)——切管檢驗(yàn)——超聲波檢驗(yàn)——坡口檢驗(yàn)——外形尺寸檢驗(yàn)——X射線(xiàn)檢驗(yàn)——水壓試驗(yàn)——最終檢驗(yàn)
5.防腐
·國(guó)內(nèi)內(nèi)防腐材料一般采用水泥砂漿，也有的采用無(wú)毒環(huán)氧涂料(厚度0.4mm)。
·國(guó)內(nèi)外防腐涂層電火花試驗(yàn)電壓一般為3000伏，最高不超過(guò)5000伏，技術(shù)含量高的采用10千伏。
要達(dá)到較好的防腐效果，需要注意一下兩點(diǎn)：
·嚴(yán)格打砂工作程序以保證除銹質(zhì)量，并在1小時(shí)內(nèi)完成內(nèi)外底漆的噴涂，這是保證防腐質(zhì)量的根本。
·在制定防腐工藝時(shí)需要特別要求玻璃絲布首先浸透環(huán)氧煤瀝青涂劑，半機(jī)械滾纏，并對(duì)玻璃絲布由人工用滾筒推平的方法操作，以保證外涂層的均勻細(xì)密。
·內(nèi)外防腐的管子，放在露天堆場(chǎng)達(dá)4個(gè)月檢驗(yàn)，內(nèi)涂層沒(méi)有黃色麻點(diǎn)等不良現(xiàn)象，外防腐層電火花試驗(yàn)仍可達(dá)10千伏的要求。
6.螺旋焊管與直縫焊管技術(shù)特性比較
把螺旋焊管與直縫焊管技術(shù)特性做一個(gè)簡(jiǎn)單的比較：
·材料的冶金性能
直縫埋弧焊管是用鋼板生產(chǎn)的，而螺旋焊管是用熱軋卷板生產(chǎn)的。熱軋帶鋼機(jī)組軋制工藝具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，具有獲得生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)管線(xiàn)鋼的冶金工藝能力。例如，在輸出臺(tái)架上裝有水冷卻系統(tǒng)以加速冷卻，這就允許使用低合金成分來(lái)達(dá)到特殊的強(qiáng)度等級(jí)和低溫韌性，從而改進(jìn)鋼材的可焊性。但這一系統(tǒng)在鋼板生產(chǎn)廠基本沒(méi)有。卷板的合金含量(碳當(dāng)量)往往低于相似等級(jí)的鋼板，這也提高了螺旋焊管的可焊性。
更需要說(shuō)明的是，由于螺旋焊管的卷板軋制方向不是垂直鋼管軸線(xiàn)方向(其夾解取決于鋼管的螺旋角)，而直縫鋼管的鋼板軋制方向垂直于鋼管軸線(xiàn)方向，因而，螺旋焊管材料的抗裂性能優(yōu)于直縫鋼管。
·焊接工藝
從焊接工藝而言，螺旋焊管與直縫鋼管的焊接方法一致，但直縫焊管不可避免地會(huì)有很多的丁字焊縫，因此存在焊接缺陷的機(jī)率也大大提高，而且丁字焊縫處的焊接殘余應(yīng)力較大，焊縫金屬往往處于三向應(yīng)力狀態(tài)，增加了產(chǎn)生裂紋的可能性。
而且，根據(jù)埋弧焊的工藝規(guī)定，每條焊縫均應(yīng)有引弧處和熄弧處，但每根直縫焊管在焊接環(huán)縫時(shí)，無(wú)法達(dá)到該條件，由此在熄弧處可能有較多的焊接缺陷。
·強(qiáng)度特點(diǎn)
管子在承受內(nèi)壓時(shí)，通常在管壁上產(chǎn)生兩種主要應(yīng)力，即徑向應(yīng)力δY和軸向應(yīng)力δX。焊縫處合成應(yīng)力δ=δY(l/4sin2α+cos2α)1/2，其中，α為螺旋焊管焊縫的螺旋角。
螺旋焊管焊縫的螺旋角一般為50-75度，因此螺旋焊縫處合成應(yīng)力是直縫焊管主應(yīng)力的60-85%。在相同工作壓力下，同一管徑的螺旋焊管比直縫焊管壁厚可減小。
根據(jù)以上特點(diǎn)可知：
A螺旋焊管發(fā)生爆破時(shí)，由于焊縫所受正應(yīng)力與合成應(yīng)力比較小，爆破口一般不會(huì)起源于螺旋焊縫處，其安全性比直縫焊管高。
B.當(dāng)螺旋焊縫附近存在與之相平行的缺陷時(shí)，由于螺旋焊縫受力較小，故其擴(kuò)展的危險(xiǎn)性不如直焊縫大。
C.由于徑向應(yīng)力是存在于鋼管上的最大應(yīng)力，所以焊縫處于垂直應(yīng)力這一方向時(shí)承受最大載荷。即直縫承受的載荷最大，環(huán)向焊縫承受的載荷最小，螺旋縫介于二者之間。
·靜壓爆破強(qiáng)度
經(jīng)有關(guān)對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證了螺旋焊管與直縫焊管的屈服壓力與爆破壓力實(shí)測(cè)值和理論值基本吻合，偏差接近。但無(wú)論是屈服壓力還是爆破壓力，螺旋焊管均低于直縫焊管。爆破試驗(yàn)還顯示出螺旋焊管爆破口的環(huán)向變形率明顯大于直縫焊管。由此證實(shí)，螺旋焊管的塑性變形能力優(yōu)于直縫焊管，爆破口一般只局限于一個(gè)螺距內(nèi)，這是螺旋焊縫對(duì)裂口的擴(kuò)展起了有力的約束作用所致。
·韌性和疲勞強(qiáng)度
管道發(fā)展的趨勢(shì)是大口徑、高強(qiáng)度。隨著鋼管直徑的加大、所用鋼級(jí)的提高，產(chǎn)生韌性斷裂尖穩(wěn)擴(kuò)展的趨勢(shì)越大。根據(jù)美國(guó)有關(guān)研究機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)表明，螺旋焊管與直縫焊管雖然同為一個(gè)級(jí)別，但螺旋焊管具有較高的沖擊韌性。
輸送管線(xiàn)由于輸量的變化，在實(shí)際操作過(guò)程中，鋼管是承受隨機(jī)交變載荷的作用。了解鋼管的低循環(huán)疲勞強(qiáng)度，對(duì)判斷管線(xiàn)的使用壽命具有重要的意義。
按測(cè)定結(jié)果，螺旋焊管的疲勞強(qiáng)度與無(wú)縫管和電阻焊管相同，試驗(yàn)的數(shù)據(jù)與無(wú)縫管和電阻管分布在同一區(qū)內(nèi)，而比一般的埋弧直縫焊管要高。
·現(xiàn)場(chǎng)可焊性
現(xiàn)場(chǎng)的可焊性主要是由鋼管的 材質(zhì)和端口配合尺寸公差決定的。 考慮到鋼管安裝施工的要求，鋼管加工生產(chǎn)的連續(xù)性的和外形幾何尺寸的一致性尤為重要。
螺旋焊管的生產(chǎn)是基本上在同一工況條件下穩(wěn)定的連續(xù)流程：而直縫焊管制作工序是分段的，包括整板/壓頭/預(yù)卷/點(diǎn)焊/焊接/精整/組對(duì)等多道工序過(guò)程。這是螺旋焊管生產(chǎn)區(qū)別于直縫焊管生產(chǎn)的重要特征。
穩(wěn)定的生產(chǎn)工況非常便于焊接質(zhì)量的控制和幾何尺寸的保證。由于螺旋焊管管型規(guī)整、焊縫均勻分布，相對(duì)于直縫焊管，螺旋鋼管有非常好的管口橢圓度和端面垂直度，保證了現(xiàn)場(chǎng)鋼管焊接組對(duì)時(shí)的組對(duì)精度。
·對(duì)輸送介質(zhì)流動(dòng)特性的影響
輸送管線(xiàn)中的壓降和管子的長(zhǎng)度、流體粘滯系數(shù)、流體速度、流體阻力系數(shù)都成正比，而和管子的內(nèi)徑成反比。而流體阻力系數(shù)既與雷諾數(shù)有關(guān)，又與管子內(nèi)壁表面的粗糙度有關(guān)。經(jīng)測(cè)定，管子內(nèi)壁表面的粗糙度所起的影響要比局部隆起的面積(如螺旋形的焊縫或縱長(zhǎng)的焊縫、甚至包括內(nèi)環(huán)形焊縫)所起的影響大十倍。
·生產(chǎn)與管理
螺旋焊縫鋼管的生產(chǎn)能體現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)高效的優(yōu)勢(shì)。一臺(tái)螺旋焊管機(jī)組的生產(chǎn)量相當(dāng)于5-8臺(tái)直縫焊管設(shè)備，如何使多臺(tái)卷管設(shè)備生產(chǎn)線(xiàn)都能夠達(dá)到同一制作標(biāo)準(zhǔn)，即按統(tǒng)一的生產(chǎn)工藝規(guī)范和質(zhì)量保證體系生產(chǎn)以滿(mǎn)足焊接質(zhì)量要求與管道制造等級(jí)將是一項(xiàng)繁重的工作。
多頭生產(chǎn)勢(shì)比增加工程管理與質(zhì)量監(jiān)督的工程量。多臺(tái)直縫卷管機(jī)組及相應(yīng)的焊接設(shè)備，其操作人員的操作技能、質(zhì)量意識(shí)、分布的點(diǎn)和控制程序的差異將帶來(lái)生產(chǎn)管理、計(jì)劃進(jìn)度、檢查驗(yàn)收、交付協(xié)調(diào)等方面的諸多困難，極易造成管理與協(xié)調(diào)上的忙亂和生產(chǎn)廠家與施工單位的質(zhì)量推諉。
·質(zhì)量保證
按照螺旋焊管生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，螺旋焊縫鋼管的主要檢驗(yàn)/控制項(xiàng)目包括：
外形尺寸：鋼管外徑、壁厚、橢圓度、彎曲度、管端垂直度、
長(zhǎng)度外觀質(zhì)量：焊縫余高、錯(cuò)邊、鋼管表面、分層、夾雜、焊縫缺陷判定
化學(xué)成分
焊接接頭拉伸試驗(yàn)
靜水壓試驗(yàn)
酸蝕檢驗(yàn)
無(wú)損檢驗(yàn)
而直縫焊管沒(méi)有相應(yīng)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。
一般螺旋焊管機(jī)組均采用在線(xiàn)連續(xù)檢驗(yàn)方式來(lái)保證焊縫的的焊接質(zhì)量，這是螺旋焊管生產(chǎn)區(qū)別于直縫焊管生產(chǎn)的另一重要特征。連續(xù)檢驗(yàn)有利于焊接缺陷的監(jiān)控、焊接質(zhì)量的穩(wěn)定、焊接等級(jí)的保證。
由于生產(chǎn)工藝的限制，直縫焊管極難實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷檢驗(yàn)。這將使焊接隱患與質(zhì)量問(wèn)題的出現(xiàn)機(jī)率增加，甚至影響將來(lái)管線(xiàn)運(yùn)行的整體工作可靠性。
·生產(chǎn)資質(zhì)
螺旋焊管生產(chǎn)廠家應(yīng)持有國(guó)家頒發(fā)的工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證。許可證制度要求螺旋焊管的生產(chǎn)廠家首先應(yīng)通過(guò)國(guó)家認(rèn)定的權(quán)威檢定機(jī)構(gòu)的審查考核，具備相應(yīng)的生產(chǎn)手段、檢驗(yàn)設(shè)備，質(zhì)量保證體系運(yùn)行良好有效，產(chǎn)品應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)和質(zhì)量規(guī)范的要求，經(jīng)國(guó)家工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證辦公室確認(rèn)后發(fā)證。所以螺旋焊管生產(chǎn)廠家均有較為完善的質(zhì)量保證體系和質(zhì)量控制的運(yùn)作程序。
而直縫焊管生產(chǎn)廠家沒(méi)有工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證的要求。
由于熱軋卷板的材質(zhì)技術(shù)性能和生產(chǎn)技術(shù)工藝要求較高，故一方面國(guó)內(nèi)符合標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)廠家比鋼板生產(chǎn)廠家要少，另一方面其生產(chǎn)工藝和品質(zhì)等級(jí)決定其市場(chǎng)價(jià)位亦高于熱軋鋼板。這是螺旋焊管的市場(chǎng)售價(jià)高于直縫焊管的主要原因。對(duì)于鋼管銷(xiāo)售價(jià)格的組成，材料價(jià)格是主導(dǎo)甚至是決定性因素。
認(rèn)真考察螺旋焊管與直縫焊管的價(jià)格差異，螺旋焊管的價(jià)位略高于直縫焊管是由于生產(chǎn)主材的價(jià)格差異所致。然而鋼管制作僅只是項(xiàng)目工程的一部份，若考慮到工程整體質(zhì)量、項(xiàng)目綜合造價(jià)等因素，螺旋焊管仍具有整體優(yōu)勢(shì)。
螺旋焊管的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) CB/T9711.1 — 1997
石油工業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T5037-2000
美國(guó)焊接鋼管標(biāo)準(zhǔn) APISPEC 5L
螺旋管執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)表
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