Φ660 mm HFW 生產線的工藝裝備特點

邵 毅

（天津天管太鋼焊管有限公司，天津 300301）

天津天管太鋼焊管有限公司（簡稱天管太鋼）Φ660 mm HFW（高頻焊接）生產線于2011 年建成。該生產線采用德國SMS Meer 公司的主機生產線設備，部分設備采用國內聯合制造，一些關鍵環節優選國際領先廠商設備，大大提高了裝備的整體水平?，F對該生產線的優勢和特性進行介紹。

1 工藝特點

Φ660 mm HFW 生產線的工藝特點：

（1） 技術可靠、工藝先進、滿足節能、環保要求；

（2） 適應高鋼級、大壁厚、高標準產品生產；

（3） 1+2 配置，即1 條主機生產線配2 套精整生產線，可以充分匹配前后產能；

（4） 工藝上采用帶活套的連續生產工藝，提高了產能、減少了廢品；

（5） 采用在線帶鋼飛切設備，提高產能；

（6） 全線采用MES 制造執行管理系統，對主機生產線和精整線的的生產進行全面自動化管理，同時對物料運轉和設備狀況進行全程跟蹤；

（7） 精整線驅動系統采用優化變頻控制，實現節能降耗；

（8） 成型采用德國SMS Meer 公司獨有的直緣線性成型技術（圖1）。

圖1 直緣線性成型

2 主機設備

主機生產線引進德國SMS Meer 公司設計的全套成型機組。這條生產線是集先進的成型、液壓、控制于一身的新研發成果。

2.1 帶鋼準備段

帶鋼準備段的設計是為將帶鋼連接對焊的時間縮到最短，保證帶鋼的張力恒定、運行精確。

（1） 根據帶鋼鋼卷的外徑控制帶鋼的張力和運行速度。

（2） 矯平輥快開和位置自動調整的帶鋼矯平機。

（3） 帶鋼自動送進并對頭尾進行自動定位焊接。（4） 矯平機采用小直徑工作輥和大支撐輥相結合的結構，從而獲得優異的矯平效果。

2.2 帶鋼頭尾對焊機

帶鋼頭尾對焊機（圖2）的優點：

（1） 自動監測跟蹤確定帶鋼頭尾的位置；

（2） 帶鋼頭尾自動對中避免錯邊；

（3） 焊接過程自動調整跟蹤焊縫；

（4） 多絲雙頭同步焊接。

圖2 帶鋼頭尾對焊機

2.3 全自動帶鋼螺旋活套

為保證生產過程的連續性和穩定性選擇使用帶鋼螺旋活套（圖3）。螺旋活套在兩個鋼卷對焊時為成型焊接提供帶鋼。使用內進外出的形式即保證了套量又滿足大壁厚鋼帶的需求。螺旋活套采用無人值守的設計，根據工況可以自動在幾種不同的工作模式間切換。帶鋼在活套內的存貯長度和對頭位置都會實時地顯示在對焊和成型焊接崗位的操作臺上。

圖3 全自動帶鋼螺旋活套

2.4 移動式鋼帶橫切剪

通常的生產線在更換規格時，在對頭出活套后都要停車切斷，這樣即浪費時間又影響成材率。因此，天管太鋼在Φ660 mm HFW 生產線上增加了一套在線隨動帶鋼剪切設備（圖4），在更換規格時不需要停車，只需略微降低開車速度，就可以切斷鋼帶；使上一個帶卷的尾端能夠繼續成型而生產不停止，下一卷頭部會停止在成型前，準備下一規格的生產。這樣就不會造成由于生產中斷而產生的材料及時間損失。

2.5 帶鋼銑邊機

以銑邊的方式進行帶鋼的邊部準備是保證高質量、無缺陷焊接的重要的先決條件。避免采用圓盤剪剪邊，剪切唇部分的鋼帶發生變形會影響焊接質量［1-2］。Φ660 mm HFW 生產線采用奧地利林辛格的銑邊機（圖5）。該銑邊機具有如下的優勢：

圖5 帶鋼銑邊機

（1） 可以滿足高質量材料的精度要求；

（2） 可以實現精確的側面成型；

（3） 機加工表面的金屬結構不會改變，且不易產生微裂紋；

（4） 具有高度方向的仿形功能，小的顛簸不會對刀片造成任何麻煩；

（5） 具有橫向的仿形功能，補償帶鋼的彎曲；

（6） 優異的剛度設計使機器的振動很小，在高強度銑切情況下依然保證較長的刀具壽命；

（7） 優化設計銑切參數，避免無謂的提速降低刀具的壽命。

2.6 等剛性機架

Φ660 mm HFW 生產線使用德國SMS Meer 公司專利產品——等剛性設計URD （Uniform Rigid Design）機架，如圖6 所示。

圖6 等剛性機架

包括五輥的焊接擠壓機架和所有的四輥機架，均采用閉合板式框架結構設計，取代了以往的柱式設計。這種URD 等剛性閉合板式框架結構設計保證了機架分別在水平和垂直方向上均勻一致吸收成型承載的能力。與傳統的老式機架柱式結構設計相比，大大改善了水平方面吸收承載的能力。這種結構使URD 等剛性設計閉合板式框架結構能夠實現水平和垂直輥輥徑比1 ∶1，從而使管子的成型和定徑在鋼管周向達到均勻一致。

此外，這種機架設計形式可以真正實現快速換輥。就是將4 個輥子連同輥座一同通過液壓缸從水平方向推出進行換輥。

Φ660 mm HFW 生產線在定徑段配置了全浮動矯直機架，同時肩負定徑和矯直的作用；采用同一截面4 輥同時浮動起到矯直作用。

2.7 快速換輥系統

利用快速換輥系統（圖7）可以將換道時間大大縮短，為廠家帶來非?？捎^的效益［3-4］。針對每種規格的產品，生產線的機架都會根據已經存貯和優化的設定參數進行自動設定，無需人為干預，快速又準確。這一特點保證了調整參數的不斷優化，也使高質量產品生產過程固化重現。

圖7 快速換輥系統

結合一整套的快速換輥機構和工具，能在最短的時間內更換完一套軋輥，提高了效率，使機組更能適應小批量、多規格的生產模式。與在線換輥相配套的離線換輥系統也是該Φ660 mm HFW 機組的一大特點。借助液壓裝置完成離線換輥的操作，保證換輥精度和速度。

擠壓機架也同樣采用URD 等剛性設計機架的原理，故用于精成型機架和定徑機架的換輥車同樣也可用于擠壓機架的快速換輥。

2.8 粗成型

粗成型是由集成柔性粗軋機架預成型和排輥線性成型兩部分組成。

預成型部分也同樣使用了線性成型方法，在彎邊后對鋼帶進行預成型。它分為2 段，是由配備有若干個軋輥的外部直緣線性成型裝置組成的，實現較短的成型距離完成預成型。這種成型裝置可以橫向、縱向和旋轉調節，能適應成型過程中的的任何條件要求。

線性成型部分對進入精成型機架前的帶鋼進一步成型。線性成型部分分為3 段，也同樣具有橫向、縱向和旋轉調節，可以很好地適應不同外徑規格和壁厚的產品變化，有效解決其他成型方式出現的“波紋”、“折皺”、“鼓包”［5-7］。

2.9 高頻焊機

高頻焊機應用穩定可靠的IGBT 逆變專利技術，可以實現高質量的高頻輸出，可以在焊接過程中形成良好的腰鼓形［8-9］。該高頻焊機具有以下優勢：

（1） 主輸入端到工作線圈端的效率∧85%；

（2） 在變化很大的管徑范圍內，持續實現自動負載匹配，消除額外損耗。確保在改變鋼管尺寸時，達到最佳的焊接性能；

（3） 在所有輸出功率上，功率因數都高達0.95以上，使無功功率消耗降到最??；

（4） 配置專門的保護系統，防止由于工作線圈引起短路或開路造成的破壞；

（5） 特大型的電流模塊防止因一個模塊斷開所造成的停機，多余電流會被剩余模塊分擔，從而使焊接速度保持不變；

（6） 光滑的整流輸出電流，產生高質量的焊縫；

（7） 故障自我診斷系統，使故障檢測變得容易；

（8） 采用了模塊化設計，大大減少用戶所需儲存備品、備件；

（9） 感應器可以通過兩個螺栓快速更換。

3 無損檢測系統

全線配置完善的無損檢測技術。包括鋼板超聲波探傷、在線焊縫超聲波探傷、離線管端超聲波探傷、離線焊縫超聲波探傷、離線全管體超聲波探傷和內毛刺刮除監測設備。

（1） 鋼板探傷可以全幅面的檢驗成型前的鋼板，并自動標記缺陷，記入生產管理系統，實現缺陷全線自動跟蹤。

（2） 在線超聲波探傷系統可檢查焊縫和熱影響區中的缺陷，包括冷焊、裂紋等。

（3） 離線超聲波探傷系統可檢查管體和管端的缺陷，具有焊縫位置自動跟蹤系統，防止焊縫跑偏［10］。

（4） 系統具有聲光報警功能并可提供缺陷準確位置的報告。

（5） 系統具有設備報警功能。

（6） 對焊縫、管端、管體和內毛刺檢測檢驗分工同時進行，提高效率。

4 焊縫熱處理系統

（1） 該系統的頻率和電流輸出可根據不同負載（鋼管尺寸以及壁厚）進行自動匹配，以保證更高的焊接效率［11］。

（2） IGBT 電源可以實現恒定功率因數0.95。

（3） 根據不同壁厚鋼管的生產，可優化選擇不同頻率。

（4） 焊縫熱處理配置8 臺獨立的焊縫熱處理裝置，功率總計6 800 kW，可實現淬火+回火、正火、淬火+正火等熱處理工藝，不僅可以消除焊縫熱影響區應力，還細化了晶粒［12］。

（5） 感應器的支撐機構具有二維移動和旋轉功能，可根據標記線自動跟蹤焊縫，防止焊縫偏轉［10］。

5 銑切飛鋸

Φ660 mm HFW 生產線配置銑切式飛鋸（圖8），能保證精確的鋼管定尺和切口質量。

圖8 銑切式飛鋸

（1） 具有高精度仿形功能，對鋼管的適應性較好。

（2） 具有精確的周向仿形功能，可以滿足各種鋼管（包括方管）截面的形狀變化。

（3） 可以實現對頭和缺陷的優化切割，提高成材率。

6 精整線

為了解決主機和精整能力匹配的問題，Φ660 mm HFW 生產線采用雙精整線配置。1 條主機生產線配置2 臺水壓機、2 套離線探傷、2 套平頭機和測量裝置。為了提高鋼管表面的涂油質量，配置2條UV 紫外光涂漆裝置。同時精整處理鋼管的最大長度為18.5 m，滿足各種管線鋼管的需求。負荷率在69%時，Φ660 mm HFW 生產線的產能可達30 萬t。

7 理化檢測設備

（1） 為了滿足主機速度在45 m/s 的情況下連續取樣試驗，選用了國內壓扁速度最快的壓扁機，并實現了自動送樣和自動壓下試驗，提高了檢驗速度。

（2） 采用德國進口的光譜儀，為快速檢驗原料化學成分提供了保障。

（3） 采用蔡司金相顯微鏡、大能量落錘試驗機，為提高檢測精度、控制產品質量提供了設備支持。

（4） 配備了先進的拉伸、沖擊、硬度計等檢驗設備。

（5） 配置齊全的試樣加工機床。

8 生產管理系統

為了提高質量管理水平，引進了整套的鋼管生產管理系統，以物流跟蹤系統為主線，實現鋼管實時數據庫管理。生產過程中的每根鋼管都附有完整的生產、質量、工藝數據［13-15］。這些數據的追蹤和采集均由系統自動完成，并在PLC 層面實現網絡通信。該生產管理系統可以實現訂單、工藝規程、檢驗、設備、軋輥工具、備品備件、計量、試驗、統計等管理工作。

9 結 語

Φ660 mm HFW 生產線的優勢在后續生產和新品種開發中逐漸顯現出來。該生產線分別進行了各種規格極限品種的試生產，其中包括X70 鋼級Φ660.0 mm×17.5 mm 、X52 鋼級Φ660.0 mm×22.2 mm 、P110 及N80 鋼級Φ244.48 mm×11.00 mm 套管［16］；這些產品均在中國石油天然氣集團公司管材研究所進行產品性能評定，完全符合API Spec 5L—2013《管線管規范》和API Spec 5CT—2011《套管和油管規范》要求。此外，該生產線也生產了超大徑厚比X52 鋼級Φ610.0 mm×6.3 mm、X42 鋼級Φ508 mm×5 mm 管線鋼管，經嚴格檢驗完全滿足客戶和標準要求；并批量生產了多種高鋼級、大壁厚油缸管。

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