一種小口徑薄壁鋼管直線度研究與應(yīng)用

梁 棟，錢 勇，姚洪昆

（渤海裝備南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210061）

1 現(xiàn)狀調(diào)查

對近年來小口徑薄壁鋼管的直線度分布進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，匯總情況見圖1。通過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，小口徑薄壁鋼管的直線度在18 mm 以上的鋼管比例達(dá)到36.0%，鋼管整體直線度較大。CDPS-NGP-PL-006-2019-4《天然氣管道工程用直縫 埋弧焊 管熱軋鋼板技術(shù)規(guī)格書》明確要求鋼管直線度≤0.2%L，L 為鋼管長度，以12 m 長鋼管計算，鋼管最大直線度不應(yīng)超過24 mm。

某年連續(xù)5 個月對小口徑薄壁鋼管的直線度合格率情況進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)連續(xù)5 個月小口徑薄壁鋼管的直線度僅有97.3%滿足直線度≤0.2%L 的要求，合格率較低，即每生產(chǎn)1000 根鋼管就有27 根鋼管因直線度不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求而返工、切除或者降廢。

2 原因分析

影響鋼管擴(kuò)徑后的直線度因素較多，采用頭腦風(fēng)暴法查找問題起因，按照人、機(jī)、料、法、測等5 個方面進(jìn)行分析，得出導(dǎo)致鋼管直線度超標(biāo)的因果圖（圖2）。針對鋼管直線度超標(biāo)要因進(jìn)行逐一確認(rèn)，并做出要因確認(rèn)計劃表（表2）。

表2 影響小管徑鋼管直線度要因確認(rèn)計劃表

圖2 導(dǎo)致鋼管直線度超標(biāo)的因果圖

針對影響小管徑鋼管直線度要因確認(rèn)計劃表的末端因素，進(jìn)行逐一確認(rèn)。

2.1 員工責(zé)任心不強(qiáng)、質(zhì)量意識差因素確認(rèn)

通過對以往培訓(xùn)記錄查詢，公司嚴(yán)格按照相關(guān)管理制度對員工進(jìn)行質(zhì)量風(fēng)險培訓(xùn)，并進(jìn)行考核，崗位工人上崗合格率100%。通過對崗位員工臨時抽查，提問崗位風(fēng)險點(diǎn)、質(zhì)量隱患、工作要點(diǎn)等方式進(jìn)一步確認(rèn)，人員責(zé)任心、質(zhì)量意識較強(qiáng)，屬于非要因。

2.2 人員操作不合格、人員培訓(xùn)不到位因素確認(rèn)

車間所有崗位操作人員上崗前都需經(jīng)過質(zhì)量、安全、操作方面培訓(xùn)且培訓(xùn)考核合格后方可上崗，經(jīng)對培訓(xùn)記錄檢查發(fā)現(xiàn)合格率100%，所有員工經(jīng)過培訓(xùn)后上崗，屬于非要因。

2.3 直線度修正設(shè)備無法滿足需求因素確認(rèn)

對生產(chǎn)設(shè)備設(shè)置及使用情況進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前生產(chǎn)中配置的校直機(jī)無法對小壁厚鋼管進(jìn)行有效校正，使用時影響鋼管外觀質(zhì)量，造成管體局部變形，擴(kuò)徑工序無直線度校正設(shè)備，對直線度的控制方法欠缺，設(shè)備配置不合適，屬于主要要因。

2.4 擴(kuò)徑前鋼管不能滿足工藝要求、撅嘴較大因素確認(rèn)

針對擴(kuò)徑前鋼管管形做統(tǒng)計分析，得出該批次鋼管擴(kuò)徑前直線度、撅嘴、橢圓度有如下規(guī)律：

（1）隨著擴(kuò)徑前撅嘴的增大，擴(kuò)徑后直線度數(shù)值明顯增大且波動范圍增大。

（2）隨著擴(kuò)徑前橢圓度的增大，擴(kuò)徑后直線度變化不明顯。

（3）擴(kuò)徑前直線度對擴(kuò)后直線度無影響。

通過以上分析得出，擴(kuò)徑前鋼管外觀控制對擴(kuò)徑后鋼管直線度有較大影響，主要體現(xiàn)在噘嘴的控制上，擴(kuò)徑前噘嘴對直線度影響較大，屬于主要要因。

2.5 原材料屈服強(qiáng)度不均勻、整體不穩(wěn)定因素確認(rèn)

該批次鋼管理化性能能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且對當(dāng)班樣性能數(shù)據(jù)比較得出屈服強(qiáng)度數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定，波動范圍較小，對直線度的影響有限，屬于非要因。

2.6 原材料薄厚不均勻因素確認(rèn)

通過記錄查詢及數(shù)據(jù)測量，鋼板實(shí)際厚度為11.0～11.7 mm（標(biāo)準(zhǔn)要求10.835～11.770 mm）且同板差最大為0.5 mm（標(biāo)準(zhǔn)要求≤0.6 mm），完全滿足工藝要求，對直線度的影響較小，屬于非要因。

2.7 測量方法及測量位置不正確因素確認(rèn)

檢查鋼管測量記錄并組織技術(shù)人員、測量人員到現(xiàn)場測量，發(fā)現(xiàn)測量方法及精確度誤差值較小，測量方法及測量位置正確，屬于非要因。

2.8 測量用具不合格、未經(jīng)過校驗(yàn)因素確認(rèn)

對實(shí)際使用量具進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，量具完好并經(jīng)過了計量鑒定合格有效，且以往過程的校驗(yàn)記錄無問題，量具使用合格，屬于非要因。

2.9 工藝執(zhí)行率低因素確認(rèn)

技術(shù)部門及車間工藝技術(shù)人員定期對車間工藝執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)督檢查，崗位檢查時未發(fā)現(xiàn)工藝執(zhí)行不合格情況，且對現(xiàn)場生產(chǎn)進(jìn)行抽查，發(fā)現(xiàn)工藝設(shè)置及設(shè)備操作均按照工藝要求執(zhí)行，無偏差，屬于非要因。

2.10 工藝設(shè)定不全面因素確認(rèn)

通過對工藝進(jìn)行逐條排查，發(fā)現(xiàn)崗位執(zhí)行的只是正常生產(chǎn)時的工藝參數(shù)，當(dāng)鋼管撅嘴、直線度出現(xiàn)較大波動，工藝中并未做出明確的應(yīng)對措施及調(diào)整方法，崗位調(diào)整主要依靠工藝人員現(xiàn)場解決及崗位操作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，人員的經(jīng)驗(yàn)有偏差，往往不能在第一時間采用最合理的方案對問題鋼管進(jìn)行處理，工藝文件實(shí)際使用情況有待改進(jìn)，屬于要因。

3 制定對策

通過要因確認(rèn)將主要問題進(jìn)行逐條梳理，為尋求應(yīng)對措施，對要因中的影響因素進(jìn)行逐條分析，得出對策方案，對策評價選擇見表3。

4 改進(jìn)措施

通過原因分析確認(rèn)了影響小口徑薄壁鋼管直線度的主要原因是：①直線度修正設(shè)備無法滿足需求；②擴(kuò)徑前鋼管不能滿足工藝要求，鋼管撅嘴較大；③工藝設(shè)定不全，不能對鋼管生產(chǎn)中發(fā)生的個別情況進(jìn)行有效控制。針對主要原因，經(jīng)過反復(fù)分析與研究，制定如下措施（表3）：

表3 對策評價選擇表

4.1 直線度修正設(shè)備無法滿足需求改進(jìn)措施

增加直線度修正輥，更改鋼管與擴(kuò)徑頭相對位置，圖3 位鋼管與擴(kuò)徑頭示意圖。擴(kuò)徑前鋼管管型滿足要求的情況下，擴(kuò)徑模具與鋼管采用如圖3a）所示的相對位置（鋼管與擴(kuò)徑頭同心），可以得到比較好的擴(kuò)徑后直線度；擴(kuò)徑前鋼管噘嘴值較大時，如果使用正常方式擴(kuò)徑會造成鋼管反彎，可以通過設(shè)備的調(diào)整實(shí)現(xiàn)如圖3b）所示的鋼管與擴(kuò)徑頭的相對位置，增加焊縫相對180°位置變形量，修正擴(kuò)徑后鋼管反彎；擴(kuò)徑前鋼管噘嘴值較小時，擴(kuò)徑后容易出現(xiàn)正彎超標(biāo)，可以通過設(shè)備的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)如圖3c）所示的鋼管與擴(kuò)徑頭的相對位置，增加焊縫位置的變形量，保證擴(kuò)徑后鋼管正彎減少。

圖3 鋼管與擴(kuò)徑頭示意

為達(dá)到調(diào)整目的，在現(xiàn)有擴(kuò)徑機(jī)上增加一個直線度修正輥，位置為夾送輥與擴(kuò)徑桿支撐裝置之間，通過對修正輥高度的調(diào)節(jié)，改變鋼管位置從而改變鋼管與擴(kuò)徑頭相對位置，可以在一定程度上影響鋼管直線度。

4.2 擴(kuò)徑前鋼管不能滿足工藝要求、鋼管撅嘴較大改進(jìn)措施

將擴(kuò)徑前鋼管撅嘴控制在合理范圍內(nèi)，主要控制措施：①減少預(yù)彎直邊量調(diào)節(jié)范圍，控制板邊弦高值；②固定成型壓制參數(shù)，減少來自原料的影響，固定前三步下壓量，根據(jù)前三步情況調(diào)整后面壓制參數(shù)；③調(diào)整預(yù)焊合攏輥伸出量，減少來自預(yù)焊的影響；④根據(jù)焊接前后鋼管管型變化量控制預(yù)焊后鋼管噘嘴控制范圍（按照外焊后鋼管噘嘴控制在+0.5～+2.0）。

4.3 工藝設(shè)定不全面控制改進(jìn)措施

針對整體趨勢為擴(kuò)徑后鋼管反彎較多，正彎情況較少，從以下6 個方面對設(shè)備工藝參數(shù)進(jìn)行控制。

（1）逐根測量鋼管的撅嘴，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，直到連續(xù)測量3 根鋼管均滿足工藝參數(shù)表控制要求后，方可恢復(fù)正常的測量頻次，撅嘴值超過3.0 需對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

（2）將鋼管送進(jìn)擴(kuò)徑頭，若鋼管反彎，在工藝允許范圍內(nèi)提高夾持車夾鉗高度或降低擴(kuò)徑桿基座高度（若鋼管正彎，則反向調(diào)整）。

（3）若鋼管反彎，通過分步降的方法調(diào)型：將“機(jī)器參數(shù)”界面中的“直度”調(diào)整為：10（mm）×2，“步長”調(diào)整為：2（mm）×10。此時使用自動模式擴(kuò)管時，“夾鉗高度”在設(shè)定高度的基礎(chǔ)上上升20 mm，且每擴(kuò)一步，夾鉗下降2 mm，直至“夾鉗高度”降至設(shè)定值。

（4）直度調(diào)型還可通過夾送輥墊片厚度來調(diào)整（正彎加墊片；反之減墊片），此種方法的調(diào)型效果最為明顯。

（5）為保證較高的鋼管橢圓度一通率，擴(kuò)徑多采用分步擴(kuò)徑方式，如出現(xiàn)撅嘴較大直線度不理想的情況，需使用一次擴(kuò)徑方式擴(kuò)徑且將鋼管前支撐適當(dāng)降低，此方法對直線度有較理想的修正作用，經(jīng)過試驗(yàn)整管修正值為4～5 mm。

（6）對于撅嘴值特別大的鋼管，需使用手動方式由管中向兩端擴(kuò)徑。

5 應(yīng)用效果

（1）通過對設(shè)備的調(diào)整，修正擴(kuò)徑頭與鋼管的高度，鋼管擴(kuò)徑前噘嘴的控制，工藝合理的設(shè)定，比以前小口徑薄壁鋼管直線度合格率明顯提高，小口徑薄壁鋼管的直線度合格率從97.34%提高到100%。

（2）通過項目實(shí)施后鋼管直線度控制在18 mm 以內(nèi)，鋼管直線度大幅下降。