【正文】 管的焊接方式有顯著的不同，采用的是無填充金屬的壓力焊接方式，焊縫中沒有填充其他成分，靠高頻電流的集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)，使板邊瞬間加熱到焊接溫度，由擠壓輥擠壓形成鍛造組織的焊縫。焊縫的質(zhì)量直接決定著焊管的質(zhì)量，也是焊管與無縫管最大差異所在。直縫焊管在高頻焊接后，如果不采取適當(dāng)?shù)姆椒ɑ蛱幚泶胧笨p中集碳不能消除，焊縫與母體只是銜接在一起，并沒有完全熔為一體，經(jīng)不住時間和高壓的考驗。熱張力減徑鋼管是鋼管在高頻焊接后再進(jìn)行800度高溫的整體加熱、整體退火，經(jīng)過此一系列的工藝后，焊縫與母體組織性能基本一致，熔為一體，可很好地完成從有縫到無縫的過渡。優(yōu)質(zhì)ERW焊管的焊縫可以達(dá)到與母材相同的韌性水準(zhǔn)，這是埋弧焊接工藝無法達(dá)到的。與無縫鋼管相比，ERW焊管具有如下特點：a）尺寸精度高。由于鋼帶軋制和焊管成形易于控制，ERW焊管的直徑和壁厚偏差比無縫鋼管小得多。b）力學(xué)性能好。因為直縫電阻焊鋼管的含碳量比無縫管低1?2左右，直縫電阻焊鋼管的延伸率比無縫管高8%～10%。隨著焊接技術(shù)、在線熱處理技術(shù)和無損檢測技術(shù)的發(fā)展，焊縫性能得到很大提升。焊縫熱處理示意圖如圖318所示。c）直縫電阻焊鋼管的同心度高、壁厚偏差小，殘余應(yīng)力低，組織均勻，具有較高的抗擠毀強(qiáng)度。d）由于鋼材的延伸性好，直縫焊管的沖擊韌性要高于無縫管。e）直縫電阻焊管沒有焊條等異種金屬滲入，經(jīng)過嚴(yán)格的在線熱處理后，焊縫性能與基體材料性能一致。因此ERW鋼管已由流體輸送、結(jié)構(gòu)領(lǐng)域向無縫管應(yīng)用領(lǐng)域的油井管領(lǐng)域快速滲透發(fā)展，國外的油井管ERW焊管所占比例已超過50%。國內(nèi)鋼管行業(yè)必須下大氣力徹底解決消除ERW焊管的灰斑缺陷等關(guān)鍵技術(shù)，使新投產(chǎn)的大口徑ERW焊管機(jī)組的產(chǎn)品質(zhì)量盡快達(dá)到國際先進(jìn)水平，避免重蹈我國ERW焊管發(fā)展過程中因出現(xiàn)重大質(zhì)量事故而走入低谷的覆轍，使我國ERW焊管走上健康發(fā)展的軌道。圖318 焊縫熱處理的示意圖ERW焊管在高頻焊接后還進(jìn)行了在線清除內(nèi)外毛刺。毛刺的存在會影響管內(nèi)流體的流量，毛刺阻擋了流體的正常流動，從而產(chǎn)生漩渦。根據(jù)流體力學(xué)原理，焊縫局部受壓必然增大，受力不均勻使焊管的保險系數(shù)也大大減少，ERW鋼管生產(chǎn)工藝中充分考慮了毛刺存在的危險性，進(jìn)行限毛刺清除，從而使其壁厚均勻，外觀上與無縫管無差異。ERW焊管的生產(chǎn)工藝流程如圖319所示。圖319 ERW焊管生產(chǎn)工藝流程二、生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)1．板邊加工90年代之前制造的焊管機(jī)組，都是采用刨邊機(jī)對帶鋼邊緣進(jìn)行加工。進(jìn)入90年代之后，對高鋼級焊管要求也越來越高，刨邊機(jī)加工的板邊邊緣已不能滿足焊接發(fā)展的要求，因此新建的企業(yè)都采用銑邊機(jī)。2．成型排輥成型法出現(xiàn)在80年代，經(jīng)過了近20年的應(yīng)用和改進(jìn)后，設(shè)備的強(qiáng)度、剛度及成型方式均有很大改善，保證了在生產(chǎn)薄壁鋼管及高鋼級厚壁鋼管時獲得良好的產(chǎn)品質(zhì)量。排輥成型的變形重點不在粗成型階段的邊部成型質(zhì)量，而把精成型尤其是定徑段當(dāng)作變形的重點。這種技術(shù)設(shè)備的特點是粗成型架次少，而精成型架次多（3架），定徑段架次多（4～5架），除排輥段外軋輥沒有公共性，軋輥數(shù)量大，換輥頻次多，而時間較長。其軋輥總重量比日本FFX成型軋輥總重量要重許多，成型段的總功率大，其投資費(fèi)用及運(yùn)營費(fèi)用要高。FFX成型機(jī)是由日本中田制造所90年代新開發(fā)的，其設(shè)計理念不同于排輥成型，它把變形重點放在粗成型階段的邊部成型質(zhì)量，使邊部彎曲達(dá)到鋼帶寬度的30%左右，同時，在粗成型階段均勻地完成鋼帶全部變形量的80%以上；而且在粗成型階段每架次軋輥孔型均采用一組連續(xù)變化的多曲率曲線，這段曲線上含有所能生產(chǎn)的焊管孔型，用帶有組合曲線的公共軋輥以生產(chǎn)各種規(guī)格的產(chǎn)品；同時，利用微機(jī)控制技術(shù)，實現(xiàn)輥位數(shù)據(jù)管理，不需換輥。FFX成型設(shè)備的特點是粗成型機(jī)只要一套軋輥，不需換輥；精成型架次少（2架），定徑機(jī)架次少（2架），整個機(jī)組由3架對中機(jī)架、5架水平機(jī)架、3架立輥機(jī)架組成，共計30余只漸開線型輥，設(shè)備的核心是一套輥位控制軟件和相應(yīng)的執(zhí)行單元，只要輸入相應(yīng)的石油專用管參數(shù)，如鋼級、壁厚、規(guī)格等，F(xiàn)FX成型機(jī)即可在10余分鐘內(nèi)自動完成輥位的調(diào)整，生產(chǎn)出滿足石油專用鋼管要求的鋼管。3．大功率高頻感應(yīng)焊大功率高頻感應(yīng)焊是90年代未開發(fā)的技術(shù)，在此之前均采用高頻接觸焊。進(jìn)入90年代后，海洋石油公司對海洋專用油氣管的要求越來越高，對接觸焊所引起的電火花燒痕，接觸塊的擦傷都有嚴(yán)格的規(guī)定。90年代中期以后建設(shè)的ERW焊管廠都在尋求大功率高頻感應(yīng)焊接技術(shù)，尤其是生產(chǎn)各類高端產(chǎn)品時高頻接觸焊將逐漸被高頻感應(yīng)焊所取代。新日鐵研究開發(fā)的PWP（PerfectWeldingProcess）焊接控制技術(shù)是當(dāng)今世界上比較先進(jìn)的焊接控制技術(shù)，包含了新日鐵幾十年焊管生產(chǎn)的經(jīng)驗，根據(jù)各種規(guī)格、焊接速度、壁厚、鋼種等參數(shù)可自動設(shè)置所需的焊接熱量，PWP技術(shù)還包括新日鐵開發(fā)的控制元件。使用這一焊接控制技術(shù)，可保證整個焊接流程參數(shù)基本被控制在最佳范圍內(nèi)，以達(dá)到最佳焊接質(zhì)量。除新日鐵之外的其他著名焊管企業(yè)，基本都是采用高頻焊機(jī)生產(chǎn)廠商提供的溫度檢測系統(tǒng)，檢測焊縫區(qū)域的表面溫度，然而反饋到焊機(jī)的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)高頻電流的大小來控制焊縫區(qū)域的溫度。由于在焊管生產(chǎn)中，各類材質(zhì)、壁厚及焊接速度所需的焊接熱量是不同的，而鋼管焊接時，最佳化焊接所需的熱量值的波動范圍要求很窄，而開發(fā)商提供的焊接溫度控制元件僅是在實驗室中對各常規(guī)鋼種在設(shè)定的焊接速度下實驗得出的數(shù)據(jù)加以歸納分析處理后，做成控制元件提供給客戶的。在實際生產(chǎn)操作中，操作人要根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況及自己的經(jīng)驗，觀察焊接區(qū)的金屬融溶焊接狀態(tài)，對焊機(jī)輸出的熱量及時進(jìn)行調(diào)整，才能生產(chǎn)合格的焊接鋼管。4．焊縫熱處理為了改善焊接的質(zhì)量，提高焊縫及熱影響區(qū)性能，必須對焊縫進(jìn)行熱處理，或者整管進(jìn)行熱處理。如果采用焊縫雙重?zé)崽幚硌b置，既可對焊縫實行正火（N）又可對焊縫實行淬火+正火（Q+N）或淬火+回火（Q+T）。利用第一套加熱裝置對焊縫進(jìn)行加熱至淬火溫度后，焊管進(jìn)入快速水冷區(qū)，噴注乳化液對焊縫進(jìn)行快速冷卻，然后在第二套加熱裝置中再進(jìn)行加熱以達(dá)到回火或正火目的。焊縫熱處理提高了焊縫及熱影響區(qū)的材料性能，基本實現(xiàn)了ERW焊接鋼管“無縫化”。但對高鋼級ERW焊管，僅對焊縫進(jìn)行熱處理是不夠的，為了保證整個焊管性能均勻一致，必須對整管進(jìn)行熱處理，或其他工藝處理。5．去毛刺去外毛刺系統(tǒng)由兩塊刮刀組成，具有自動卷曲外毛刺及自動切斷功能。去內(nèi)毛刺系統(tǒng)采用圓弧形硬質(zhì)合金刀片，刮除后的內(nèi)毛刺經(jīng)刀頭打斷隨鋼管帶出。焊縫和內(nèi)毛刺經(jīng)過超聲波焊縫探傷，以保證焊縫質(zhì)量和內(nèi)毛刺符合規(guī)定要求。三、質(zhì)量控制ERW焊管常見的質(zhì)量問題有焊縫韌性不足、灰斑、外觀機(jī)械損傷和加工的螺紋上扣過程中易出現(xiàn)粘扣等，如圖320~圖322所示。1．保證焊縫韌性為了防止管線的脆性斷裂及要求管線在塑性開裂后具有良好的止裂性能，對鋼管焊縫的韌性提出了越來越高的要求。焊縫處的夏比沖擊吸收功一方面是衡量鋼管焊縫處材料韌、脆性的指標(biāo)，更重要的是它綜合地反映了ERW鋼管焊縫質(zhì)量的控制水平。以往的試驗結(jié)果表明，鋼管不論是進(jìn)行或是未進(jìn)行焊后熱處理，韌性表現(xiàn)最薄弱的部位絕大多數(shù)是在焊縫的熔合線處。在加工ERW焊縫夏比沖擊試樣時，必須保證缺口位置與焊縫熔合線的對中，稍微的偏離（亮線位置偏離沖擊韌性試樣缺口底部的圓?。┚蜁乖囼灁?shù)據(jù)發(fā)生很大的突變，這時所得的數(shù)據(jù)已非焊縫而基本為鋼管母材的沖擊吸收功。解決焊縫沖擊功值低的問題，可以從以下方面來考慮：①板邊的準(zhǔn)備情況，鋼板是剪邊還是銑邊，板邊準(zhǔn)備得是否齊整光滑，鋼板板邊是否潔凈、規(guī)則等對ERW焊縫質(zhì)量有重要的影響。有的生產(chǎn)廠采取加大焊接時擠壓力擠出初始熔融金屬的方法解決板邊缺陷帶來的焊縫問題。②焊接前的成型狀態(tài)，鋼管待焊接部位有無錯邊、鼓包等明顯外觀缺陷，焊縫待焊部位的不規(guī)則將引起焊接狀態(tài)的即時變化，從而影響該部位的焊接質(zhì)量；③以上問題解決以后，再考慮焊接工藝參數(shù)，如焊接成型角、焊接電流、電壓、功率、速率、熱輸入量、溫度、擠壓力等的影響。④焊接問題解決后，再考慮焊后熱處理的問題，如熱處理溫度、加熱時間、加熱頻率等。2．?dāng)D壓量—加熱溫度之間的配合擠壓量—加熱溫度之間的配合是否適當(dāng)將會最終影響焊縫接合面的強(qiáng)度和焊縫外觀質(zhì)量。通常的焊接過程中會出現(xiàn)以下情況：當(dāng)要求外觀質(zhì)量時，往往出現(xiàn)焊接溫度過低；當(dāng)強(qiáng)調(diào)焊接強(qiáng)度時，通常就會出現(xiàn)焊接溫度過高；或者焊接溫度適當(dāng)，擠壓量控制不當(dāng)?shù)?。一般，擠壓量可以有一個適當(dāng)?shù)姆秶?，?dāng)擠壓量較大時，適當(dāng)降低加熱溫度；當(dāng)擠壓量較小時，適當(dāng)提高加熱溫度，這樣可以確保焊接強(qiáng)度和焊縫形態(tài)達(dá)到較好的綜合效果。金相手段可以較好判斷擠壓量和焊接溫度是否適當(dāng)，但在線適時指導(dǎo)生產(chǎn)靈活性稍差。實際操作時可通過觀察焊接火花噴濺、焊縫形態(tài)及去毛刺后的熱影響區(qū)顏色來調(diào)整焊接工藝。通常既沒有多少火花噴濺又不發(fā)暗的焊接狀態(tài)往往較正常。3．外觀及幾何尺寸質(zhì)量國內(nèi)在鋼管外觀及幾何尺寸控制方面最大的問題是管理、控制粗放。外觀缺陷主要有劃傷、碰傷、燒傷（接觸式電阻焊大口徑、大壁厚鋼管時產(chǎn)生）等。外觀缺陷的存在會減少鋼管的有效壁厚，從而影響管線的使用壽命；而且與腐蝕有關(guān)的破壞也往往從有局部外觀損壞的部位開始。產(chǎn)品在幾何尺寸方面的問題主要表現(xiàn)在對管端部分幾何尺寸的控制，鋼管的不圓度、不直度、外徑控制超差，管端切斜大，鈍邊尺寸不均勻等，這些問題對鋼管的內(nèi)在質(zhì)量沒什么影響，但對管線施工的裝配質(zhì)量、裝配效率、成本都有很大的影響。4．表面硬度控制利用ERW焊管加工的油井管，接頭螺紋容易發(fā)生粘扣現(xiàn)象，如圖322所示。原因主要是制作ERW焊管的原材料含碳量較低，致使焊管表面硬度不足。為了解決這個問題，可采取合適的熱處理或表面處理方法提高焊管接頭螺紋表面的硬度。5．加強(qiáng)自動化控制國外較先進(jìn)的鋼管生產(chǎn)廠家生產(chǎn)自動化程度很高，并且都很重視生產(chǎn)、檢驗、控制、管理各個環(huán)節(jié)的信息溝通，普遍使用了計算機(jī)管理系統(tǒng)。與此相比，國內(nèi)制管行業(yè)在計算機(jī)的信息管理方面還存在較大的差距，在某些單個崗位可能采用了計算機(jī)自動控制或管理，但整個生產(chǎn)、檢驗環(huán)節(jié)沒有聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，在信息的查詢共享中與國外的先進(jìn)水平有差距。因此，國內(nèi)制管行業(yè)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備自動化等技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用上還需加強(qiáng)，有了網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)，不僅可以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，而且可以加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量信息的采集密度和有效保存，便于產(chǎn)品事故的追溯和責(zé)任的落實。不僅是ERW焊管，所有的管加工企業(yè)都應(yīng)加強(qiáng)生產(chǎn)線的自動化控制系統(tǒng)，保證生產(chǎn)、檢驗、控制、管理各個環(huán)節(jié)的信息溝通，提升產(chǎn)品質(zhì)量。四、使用狀況ERW焊管在石油天然氣開采、地礦、化工、電站、機(jī)械、化工和城市管網(wǎng)等介質(zhì)輸送及汽車、建筑及油井管管柱等結(jié)構(gòu)用管領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。中國鋼管發(fā)展的總趨勢是：焊管產(chǎn)量增長速度快于無縫管的增長速度，焊管產(chǎn)量在比例上遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無縫管；同時在各個領(lǐng)域（例如油套管等）向無縫管的市場邁進(jìn)；在焊管管型中，ERW焊管在產(chǎn)量上占主導(dǎo)地位，而且在油氣長輸管線、城市燃?xì)夤芫€的中、小直徑領(lǐng)域內(nèi)向直縫埋弧焊管和螺旋焊管的市場逼進(jìn)。中國近年來ERW焊管的迅速崛起得力于熱軋帶卷的迅速發(fā)展以及焊接技術(shù)和探傷技術(shù)的進(jìn)步，帶來ERW焊管的市場也在擴(kuò)張，與無縫管和埋弧焊管形成新一輪競爭態(tài)勢。這一競爭態(tài)勢引起了與ERW焊管相關(guān)的行業(yè)和企業(yè)利益上的摩擦。比如過去鍋爐管標(biāo)準(zhǔn)是無縫管的范疇，現(xiàn)在要列入ERW焊管，引發(fā)了爭論；油氣長輸管線，過去是埋弧焊管的范疇，現(xiàn)在要進(jìn)入ERW焊管，也觸發(fā)了爭議。雖有爭議，但這是歷史的趨勢。例如海洋油氣輸送管道建設(shè)中就可能將重視ERW焊管的應(yīng)用，因為螺旋焊管不可能應(yīng)用于海底管線，陸上輸油氣管線也有一部分應(yīng)用ERW焊管產(chǎn)品的?？傮w上ERW焊管在油氣長輸管線上的應(yīng)用一致呈擴(kuò)張的趨勢。ERW焊管和螺旋埋弧焊管、直縫埋弧焊管已經(jīng)成鼎足之勢，ERW焊管的發(fā)展前景是廣闊的。、鍋爐管市場上和建筑管市場同無縫管有重疊的領(lǐng)域，構(gòu)成了既競爭又互補(bǔ)的關(guān)系。在這里，ERW焊管主要由于在幾何形狀上（圓周和壁厚均勻）和價格上比無縫管有優(yōu)勢；但ERW由于有一條焊縫，致使在整個管體上的力學(xué)性能上比無縫管稍遜一籌。因此，ERW焊管的發(fā)展關(guān)鍵在于改善焊縫的性能，這有兩個方面要努力：一是提高熱軋板卷的質(zhì)量，消除“灰斑”的缺陷；二是提高和保證焊縫的性能。ERW焊管具有尺寸精度高、壁厚均勻、射孔不裂、韌性好、抗擠毀性能高、價格便宜等優(yōu)點，應(yīng)用于油井管已是成熟技術(shù)。美國已有20多年大規(guī)模應(yīng)用的經(jīng)驗，ERW焊管在油井管中的應(yīng)用率大于50%；日本新日鐵公司累計出口120萬噸ERW油井管，最長已使用12年，北海油田也應(yīng)用了ERW油井管，效果良好。目前世界應(yīng)用ERW焊管最大套管井深度7000m，最著名的ERW生產(chǎn)廠是美國的LongStar鋼鐵公司，最大外徑為508mm，最高鋼級為V－150，其產(chǎn)品基本涵蓋了API規(guī)定的所有鋼級和規(guī)格，并推出了自己的高鋼級、耐腐蝕的ERW焊管產(chǎn)品，如V150、抗硫化氫的H2S95。從1985～1993年，我國進(jìn)口日本生產(chǎn)的ERW套管32萬t，鋼級APIJ5N80，規(guī)格5～20英寸等，使用于大慶、勝利、遼河、中原、大港、冀東、長慶、塔里木、吐哈、渤海、南海各油氣田，使用情況良好。在1988年，原石油工業(yè)部科學(xué)技術(shù)司組織大慶石油管理局、中國石油管材研究中心（現(xiàn)為中國石油管材研究所）、勝利石油管理局3家單位通過了“直縫焊套管的開發(fā)研究及其推廣應(yīng)用”評審，鑒定意見認(rèn)為，直縫焊套管不但能達(dá)到表層套管和技術(shù)套管的要求，而且能滿足部分油層套管的技術(shù)要求，直縫焊套管生產(chǎn)成本低，價格比同類無縫管便宜，能夠代替同規(guī)格無縫油層套管在中、淺層油井中的使用，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。1997年開始寶雞石油鋼管廠生產(chǎn)的直徑為5英寸的ERW油層套管，于1998通過中國石油天然氣集團(tuán)公司的質(zhì)量評審，現(xiàn)已大量應(yīng)用于油田現(xiàn)場。但由于國內(nèi)在應(yīng)用ERW油井管過程中出現(xiàn)過一些問題，如焊縫質(zhì)量不過關(guān)和溝腐蝕等，給大家造成帶焊縫的鋼管性能不如無縫鋼管的印象，雖然現(xiàn)在焊接技術(shù)和無損檢測技術(shù)的提高已經(jīng)解決了這些問題，但國內(nèi)還不具備大規(guī)模應(yīng)用ERW油井管的環(huán)境，目前國內(nèi)套管95％采用無縫鋼管，ERW套管只占5％。從現(xiàn)在對ERW套管性能評價的情況來看，焊縫性能已基本和母材性能一致，只是由于ERW焊管材料含碳量較低，處理不好時接頭螺紋在上、卸扣過程中易出現(xiàn)粘扣現(xiàn)象。在