螺旋焊方管

　　螺旋焊管：是將低碳碳素結構鋼或低合金結構鋼鋼帶按一定的螺旋線的角度(叫成型角)卷成管坯，然后將管縫焊接起來制成，它可以用較窄的帶鋼生產大直徑的鋼管。其規格用外徑*壁厚表示，焊管應保證水壓試驗、焊縫的抗拉強度和冷彎性能要符合規定。

　　概述內容

　　工業電視內檢設備：檢驗內焊焊縫外觀質量。

　　磁粉探傷儀：檢驗大口徑鋼管近表缺陷。

　　超聲波自動連續探傷儀：檢驗螺旋鋼管全長焊縫的橫向和縱向缺陷。

　　超聲波手動探傷儀：對大口徑鋼管缺陷的復檢、補焊焊縫的檢驗及水壓后焊縫質量。

　　X射線自動探傷機及工業電視顯像設備：檢驗螺旋鋼管全長焊縫的內部質量，靈敏度不低于4%。

　　X射線拍片設備：對原始焊縫及補焊焊縫進行檢驗，靈敏度不低于2%。

　　2200噸水壓機及微機自動記錄系統：檢驗每根大口徑鋼管的承壓質量。

　　檢驗工藝

　　原材料檢驗——校平檢驗——對接焊檢驗——成型檢驗——內焊檢驗——外焊檢驗——切管檢驗——超聲波檢驗——坡口檢驗——外形尺寸檢驗——X射線檢驗——水壓試驗——最終檢驗

　　為保證產品質量，我們制定了完善的質量計劃，現場工作程序及檢驗、試驗計劃。

　　防腐

　　本項目的防腐要求與國內其它項目相比有較大不同，其主要區別在于：

　　內防腐材料國內一般采用水泥砂漿，本項目采用無毒環氧涂料(厚度0.4mm)。

　　外防腐涂層電火花試驗電壓國內一般為3000伏，最高不超過5000伏，本項目為10千伏。針對以上要求，我們著重抓好以下二方面的工作：

　　嚴格打砂工作程序以保證除銹質量，并在1小時內完成內外底漆的噴涂，這是保證防腐質量的根本。

　　在制定防腐工藝時我們特別要求玻璃絲布首先浸透環氧煤瀝青涂劑，半機械滾纏，并對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密。

　　內外防腐的管子，放在露天堆場達4個月檢驗，內涂層沒有黃色麻點等不良現象，外防腐層電火花試驗仍可達10千伏的要求。

　　技術比較

　　螺旋焊管與直縫焊管技術特性做一個簡單的比較：

　　材料的冶金性能

　　直縫埋弧焊管是用鋼板生產的，而螺旋焊管是用熱軋卷板生產的。熱軋帶鋼機組軋制工藝具有一系列的優點，具有獲得生產優質管線鋼的冶金工藝能力。例如，在輸出臺架上裝有水冷卻系統以加速冷卻，這就允許使用低合金成分來達到特殊的強度等級和低溫韌性，從而改進鋼材的可焊性。但這一系統在鋼板生產廠基本沒有。卷板的合金含量(碳當量)往往低于相似等級的鋼板，這也提高了螺旋焊管的可焊性。

　　更需要說明的是，由于螺旋焊管的卷板軋制方向不是垂直鋼管軸線方向(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方向，因而，螺旋焊管材料的抗裂性能優于直縫鋼管。

　　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有很多的丁字焊縫，因此存在焊接缺陷的機率也大大提高，而且丁字焊縫處的焊接殘余應力較大，焊縫金屬往往處于三向應力狀態，增加了產生裂紋的可能性。

　　而且，根據埋弧焊的工藝規定，每條焊縫均應有引弧處和熄弧處，但每根直縫焊管在焊接環縫時，無法達到該條件，由此在熄弧處可能有較多的焊接缺陷。

　　強度特點

　　管子在承受內壓時，通常在管壁上產生兩種主要應力，即徑向應力δY和軸向應力δX。焊縫處合成應力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力是直縫焊管主應力的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。

　　根據以上特點可知：

　　A.螺旋焊管發生爆破時，由于焊縫所受正應力與合成應力比較小，爆破口一般不會起源于螺旋焊縫處，其安全性比直縫焊管高。

　　B.當螺旋焊縫附近存在與之相平行的缺陷時，由于螺旋焊縫受力較小，故其擴展的危險性不如直焊縫大。

　　C.由于徑向應力是存在于鋼管上的最大應力，所以焊縫處于垂直應力這一方向時承受最大載荷。即直縫承受的載荷最大，環向焊縫承受的載荷最小，螺旋縫介于二者之間。

　　靜壓爆破強度

　　經有關對比試驗，驗證了螺旋焊管與直縫焊管的屈服壓力與爆破壓力實測值和理論值基本吻合，偏差接近。但無論是屈服壓力還是爆破壓力，螺旋焊管均低于直縫焊管。爆破試驗還顯示出螺旋焊管爆破口的環向變形率明顯大于直縫焊管。由此證實，螺旋焊管的塑性變形能力優于直縫焊管，爆破口一般只局限于一個螺距內，這是螺旋焊縫對裂口的擴展起了有力的約束作用所致。

　　韌性和疲勞強度

　　管道發展的趨勢是大口徑、高強度。隨著鋼管直徑的加大、所用鋼級的提高，產生韌性斷裂尖穩擴展的趨勢越大。根據美國有關研究機構的試驗表明，螺旋焊管與直縫焊管雖然同為一個級別，但螺旋焊管具有較高的沖擊韌性。

　　輸送管線由于輸量的變化，在實際操作過程中，鋼管是承受隨機交變載荷的作用。了解鋼管的低循環疲勞強度，對判斷管線的使用壽命具有重要的意義。

　　按測定結果，螺旋焊管的疲勞強度與無縫管和電阻焊管相同，試驗的數據與無縫管和電阻管分布在同一區內，而比一般的埋弧直縫焊管要高。

　　現場可焊性

　　現場的可焊性主要是由鋼管的材質和端口配合尺寸公差決定的。

　　考慮到鋼管安裝施工的要求，鋼管加工生產的連續性的和外形幾何尺寸的一致性尤為重要。

　　螺旋焊管的生產是基本上在同一工況條件下穩定的連續流程：而直縫焊管制作工序是分段的，包括整板/壓頭/預卷/點焊/焊接/精整/組對等多道工序過程。這是螺旋焊管生產區別于直縫焊管生產的重要特征。

　　穩定的生產工況非常便于焊接質量的控制和幾何尺寸的保證。由于螺旋焊管管型規整、焊縫均勻分布，相對于直縫焊管，螺旋鋼管有非常好的管口橢圓度和端面垂直度，保證了現場鋼管焊接組對時的組對精度。

　　對輸送介質流動特性的影響

　　輸送管線中的壓降和管子的長度、流體粘滯系數、流體速度、流體阻力系數都成正比，而和管子的內徑成反比。而流體阻力系數既與雷諾數有關，又與管子內壁表面的粗糙度有關。經測定，管子內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的焊縫、甚至包括內環形焊縫)所起的影響大十倍。

　　生產與管理

　　螺旋焊縫鋼管的生產能體現出優質高效的優勢。一臺螺旋焊管機組的生產量相當于5-8臺直縫焊管設備，如何使多臺卷管設備生產線都能夠達到同一制作標準，即按統一的生產工藝規范和質量保證體系生產以滿足焊接質量要求與管道制造等級將是一項繁重的工作。

　　多頭生產勢比增加工程管理與質量監督的工程量。多臺直縫卷管機組及相應的焊接設備，其操作人員的操作技能、質量意識、分布的點和控制程序的差異將帶來生產管理、計劃進度、檢查驗收、交付協調等方面的諸多困難，極易造成管理與協調上的忙亂和生產廠家與施工單位的質量推諉。

　　質量保證

　　按照螺旋焊管生產標準的規定，螺旋焊縫鋼管的主要檢驗/控制項目包括：

　　外形尺寸：鋼管外徑、壁厚、橢圓度、彎曲度、管端垂直度、

　　長度外觀質量：焊縫余高、錯邊、鋼管表面、分層、夾雜、焊縫缺陷判定

　　化學成分

　　焊接接頭拉伸試驗

　　靜水壓試驗

　　酸蝕檢驗

　　無損檢驗

　　而直縫焊管沒有相應的生產標準。

　　一般螺旋焊管機組均采用在線連續檢驗方式來保證焊縫的的焊接質量，這是螺旋焊管生產區別于直縫焊管生產的另一重要特征。連續檢驗有利于焊接缺陷的監控、焊接質量的穩定、焊接等級的保證。

　　由于生產工藝的限制，直縫焊管極難實現連續不間斷檢驗。這將使焊接隱患與質量問題的出現機率增加，甚至影響將來管線運行的整體工作可靠性。

　　生產資質

　　螺旋焊管生產廠家應持有國家頒發的工業產品生產許可證。許可證制度要求螺旋焊管的生產廠家首先應通過國家認定的權威檢定機構的審查考核，具備相應的生產手段、檢驗設備，質量保證體系運行良好有效，產品應符合國家標準的等級和質量規范的要求，經國家工業產品生產許可證辦公室確認后發證。所以螺旋焊管生產廠家均有較為完善的質量保證體系和質量控制的運作程序。

　　直縫焊管生產廠家沒有工業產品生產許可證的要求。

　　價格分析

　　由于熱軋卷板的材質技術性能和生產技術工藝要求較高，故一方面國內符合標準的生產廠家比鋼板生產廠家要少，另一方面其生產工藝和品質等級決定其市場價位亦高于熱軋鋼板。這是螺旋焊管的市場售價高于直縫焊管的主要原因。對于鋼管銷售價格的組成，材料價格是主導甚至是決定性因素。

　　認真考察螺旋焊管與直縫焊管的價格差異，螺旋焊管的價位略高于直縫焊管是由于生產主材的價格差異所致。然而鋼管制作僅只是項目工程的一部份，若考慮到工程整體質量、項目綜合造價等因素，螺旋焊管仍具有整體優勢。

　　定尺長度與價格

　　生產定尺長度管比通常長度管的成材率下降幅度較大，生產企業提出加價要求是合理的。加價幅度各企業不盡一致，一般為基價基礎上加價10%左右。定尺長度應在通常長度范圍內，是合同中要求的某一固定長度尺寸。但實際操作中都切出絕對定尺長度是不大可能的，因此標準中對定尺長度規定了允許的正偏差值。若標準中無倍尺長度偏差及切割余量規定時，應由供需雙方協商并在合同中注明。倍長尺度同定尺長度一樣，會給生產企業帶來成材率大幅度降低，因此生產企業提出加價是合理的，其加價幅度同定尺長度加價幅度基本相同。

　　等離子切割煙塵

　　等離子在切割工件過程中會產生大量的化金屬蒸氣、臭氧、氮氧化物煙塵，會嚴重污染周圍環境。解決煙塵問題的關鍵是如何把等離子煙塵全部吸入到除塵設備中，從而防止空氣污染。

　　而對于螺旋焊管等離子切割，除塵的難點是：

　　1、等離子槍的噴嘴在切割時空氣同時向兩個反方向吹出，從而使煙塵從螺旋鋼管的兩端冒出，而安裝在螺旋鋼管的一個方向的吸氣口是很難將煙塵很好回收。

　　2、吸入口外圍冷空氣從機器空隙外進入吸入口且風量很大，使螺旋鋼管內煙塵和冷空氣的總量大于除塵器吸入的有效風量，從而切割煙塵徹底吸收變得不可能完成。

　　3、由于切割部位距離除塵吸入口較遠，到達吸入口處的風力難以抽動煙塵。

　　為此，吸塵罩的設計原則是：

　　1、除塵器吸入的風量要大于等離子切割所產生的煙塵和管道內部空氣的總量，應該是在螺旋鋼管內部形成一定量的負壓腔，而且盡量不讓外界的空氣大量進入螺旋鋼管，才能有效地將煙塵吸進除塵器。

　　2、在螺旋鋼管切割點以后的位置將煙塵堵住，吸入口處盡量避免冷空氣進入螺旋鋼管內部，在螺旋鋼管內部空間形成一個負壓

　　將煙塵擋板安裝在螺旋鋼管內部隨行小車上并置于等離子槍切割點大約500mm處，在螺旋鋼管切斷后停留一下，達到將煙塵全部吸收。注意煙塵擋板需準確定位在切斷后的位置。此外為使支撐煙塵擋板的隨行小車與螺旋鋼管轉動相互吻合，必須讓隨行小車的走輪角度與內輥角度保持一致。

　　對于直徑大約800mm的大口徑螺旋焊管等離子切割，可以采用該方法;對于直徑小于800mm，管徑小煙塵不能從出管方向冒出，不必安裝內部擋板。但在成型器煙塵吸入口處，必須有遮擋冷空氣進入的外部擋板。

　　螺旋焊管的優點：

　　(1)使用同一寬度的帶鋼能夠生產出不同直徑的鋼管，尤其是可用窄帶鋼生產大直徑的鋼管。

　　(2)同等壓力條件下，螺旋形焊縫所承受的應力比直縫小，為直縫焊管的75%～90%，因而能夠承受較大的壓力。與相同外徑的直縫焊管相比較，在承受同等壓力的情況下，壁厚可減小10%～25%。

　　(3)尺寸精確，一般直徑公差不超過0.12%，撓度小于1/2000，橢圓度小于1%，一般可以省去定徑和矯直工序。

　　(4)可連續生產，理論上可以生產無限長鋼管，切頭、切尾損失小，可提高金屬利用率6%～8%。

　　(5)和直縫焊管相比其操作靈活、更換品種調整方便。

　　(6)設備重量輕、初投資少。可做成拖車式流動機組，直接在敷設管道的施工工地生產焊管。

　　(7)易于實現機械化、自動化。

　　螺旋焊管的缺點是：由于使用成卷帶鋼為原料，有一定的月牙彎，且焊接點是在具有彈性的帶鋼邊緣區，因此不易對準焊炬，影響焊接質量。為此，要設置復雜的焊縫跟蹤和質量檢查設備。

　　發展方向

　　因管線的承載壓力日益增高，使用條件日益苛刻，并且要盡量延長管線的使用壽命，所以螺旋焊管的主要發展方向是：

　　(1)生產大直徑厚壁管以提高耐壓能力;

　　(2)設計生產新結構的鋼管，如雙層螺旋焊管，即用厚度為管壁一半的帶鋼焊成雙層管，不僅強度比同厚度的單層管高，且不會出現脆性破壞;

　　(3)開發新鋼種，提高冶煉工藝技術水平，廣泛采用控制軋制和軋后余熱處理工藝，以不斷提高管體的強韌性和焊接性能;

　　(4)大力發展涂層管，如在管內壁涂以防腐層，不僅可延長使用壽命，且可改善內壁的光滑度，降低流體摩擦阻力，減少積蠟和污垢，減少清管次數，降低維修費用。

　　螺旋焊管在輸送燃氣，運輸方面發揮了很大的作用。隨著國內外多項重大管道工程的規劃及建設，大變形管線鋼、高強度級別熱煨彎管和厚規格低溫管件等高附加值產品，顯現出良好的市場競爭能力和較大的市場需求，而國內企業在開發該系列產品方面進度比較緩慢，應盡快開發出適用于工業應用的高附加值大變形管線鋼、熱煨彎管用鋼、管道站場用低溫管件用鋼，X100直縫埋弧焊管、螺旋縫埋弧焊管和熱煨彎螺旋焊管。

　　執行標準

　　承壓流體輸送用螺旋縫埋弧焊鋼管SY5036-83主要用于輸送石油、天然氣的管線;承壓流體輸送用螺旋縫高頻焊鋼管SY5038-83，用高頻搭接焊法焊接的，用于承壓流體輸送的螺旋縫高頻焊鋼管。鋼管承壓能力強，塑性好，便于焊接和加工成型;一般低壓流體輸送用螺旋縫埋弧焊鋼管SY5037-83，采用雙面自動埋弧焊或單面焊法制成的用于水、煤氣、空氣和蒸汽等一般低壓流體輸送用埋弧焊鋼管。

　　螺旋鋼管的常用標準一般分為:SY/T5037-2000(部標、也叫 普通流體輸送管道用螺旋縫埋弧焊鋼管)、GB/T9711.1-1997(國標、也叫石油天然氣工業輸送鋼管交貨技術條件第一部分：A級鋼管(要求嚴格的有GB/T9711.2 B級鋼管))、API-5L(美國石油協會、也叫管線鋼管;其中分為PSL1和PSL2兩個級別)、SY/T5040-92(樁用螺旋縫埋弧焊鋼管)。