介紹了雙層卷焊管生產線的結構組成，重點分析了生產工藝中卷管成型和釬焊等關鍵工序，并對生產 線中關鍵工藝參數的檢測與控制進行了研究。
1 連續式制管生產線的結構組成
雙層卷焊管是由成型機將雙面鍍有釬料 ( 銅) 的帶鋼沿帶寬方向卷曲 720°，然后通過加熱裝置將 管筒層間焊成一個整體———鋼管［1］。按成型、釬焊 工序是否連續進行，雙層卷焊管的生產工藝可以分為連續式和半連續式。連續式生產線結構緊湊，生產速 度快，容易實現自動控制。如圖 1 所示，該連續式制管生產線主要由開卷 機、成型機組、釬焊爐、冷卻管、牽引機、矯直輥 系、渦流探傷儀和成卷機組成。
1 － 開卷機; 2 － 成型機組; 3 － 釬焊爐; 4 － 冷卻管; 5 － 一次牽引機; 6 － 垂直矯直裝置;
7 － 渦流探傷儀; 8 － 水平矯直裝置; 9 － 二次牽引機; 10 － 氣動標定裝置; 11 － 成卷機
圖 1 制管生產線結構簡圖
當生產線運作時，放置于開卷機上的雙面鍍銅鋼 帶在牽引力的作用下進入成型機組，由成型輥系卷軋720°形成雙層卷焊管管筒; 再經芯棒和輥輪定徑后進 入電阻直熱式釬焊爐，管筒層間銅料在 1 200℃ 高溫 下熔化相互滲透，冷卻后牢固結合在一起; 雙層卷焊 管出爐后在一次牽引機的帶動下進入渦流探傷儀，進 行焊接質量檢測，缺陷處由標定裝置自動標記; 最后 卷焊管在成卷機上自動成盤。其中牽引機通過閉環直 流調速以保證制管速度的穩定和生產線的連續運轉。 在進行探傷檢測時，焊管在前后垂直和水平矯直輪的 作用下形成多個支點，同時受到二次牽引裝置的拉力 張緊而不產生抖動，保證了渦流探傷的正常進行。
2 雙層卷焊管的制造工藝分析
雙層卷焊管的制造工藝可分為開卷、卷管、釬 焊、冷卻、矯直、探傷、成卷等工序。整個過程是不 間斷連續完成的，其中，卷管成型質量是影響雙層卷 焊管尺寸的關鍵工序，而釬焊又是影響雙層卷焊管成
型質量的關鍵工序，所以本文重點介紹卷管和釬焊兩 個工序。
2. 1 卷管成型
在雙層卷焊管的生產中，管筒成型過程是全部生 產工序中最困難也是最重要的一道工序，管筒成型質 量的好壞不僅直接影響成品管的尺寸和形狀精度，而 且對后續焊接工藝的成敗也有著決定性影響［2］。雙 層卷焊管的卷管成型是通過水平輥與立輥交替布置的 成型機組完成的，其成型過程如圖 2 所示。
成型機裝置由坡口輥、成型輥及定徑輥、芯棒及 傳動裝置等組成。雙層卷焊管成型示過程可分為 3 個 階段。
( 1) 軋邊階段。首先在坡口輥的輥軋作用下， 鋼帶邊緣被軋壓成一定角度的坡口，其目的是使雙層 管內層、外層能平滑搭接。
( 2) 卷管階段。在第一個參加主要成型的水平 輥上，將內圈按單半徑彎曲，將外圈彎成有一過渡圓角的直角邊; 再以成型的直角邊定位，在立輥和水平 輥的共同作用下，另外一邊逐步沿徑向旋轉卷曲形成內圈，其剩余部分成型為外圈。此時并未完全成圓 形。
( 3) 定徑階段。定徑輥與芯棒配合，對未成形 的管子進行二次整形，使內外層緊密貼合，成為完整的圓管狀，達到焊管內、外徑基本尺寸要求，并為下 一步的釬焊能順利進行提供基礎。
圖 2 雙層卷焊管卷管成型過程
2. 2 釬焊
如圖 3 所示，釬焊裝置主要由加熱區、焊接區、壓力輥、保溫冷卻區、電極等幾部分組成。由成型機 供給的管筒以一定的速度經滑動電極進入保溫良好的釬焊腔，與滾動電極接觸，兩電極間的管筒經電極與電源構成回路，管子在由滑動電極到滾動電極的運行 過程中，逐漸加熱，到達正極時達到最高溫度即釬焊溫度。這時不需要對管筒施加任何外加載荷，由于銅 具有較好的液態流動性和在鋼中的快速擴散性，待冷卻后使層間牢固地粘合在一起。其關鍵是爐內溫度的 控制和表面鍍層的防氧化問題，釬焊是在導管內的還原氣氛下進行的，保護氣體為氫氣［3，4］。
1 － 被焊管; 2 － 滑動電極; 3 － 焊腔保溫筒;
4 － 滑動電極支撐桿; 5 － 滾動電極
圖 3 釬焊裝置結構簡圖
鋼管從釬焊爐加熱區段出來后進入冷卻區，并在 保護氣氛下進行爐內冷卻，這時層間與表面的銅層開 始凝固。鋼管在冷卻區出口處表面溫度要降到 100℃ 左右才能出爐，這樣可以避免鍍銅層因接觸空氣而發 生氧化變色 ( 銅的氧化溫度約 350℃ ) 。采用爐冷— 空冷—水冷的冷卻方式可以確保成品管的退火質量。
3 工藝參數的檢測與控制
3. 1 工藝參數
為滿足雙層卷焊管的尺寸精度及表面質量要求，提升產品的焊接質量和使用性能，降低廢品率，整個 生產過程對工藝參數的控制十分嚴格，而定徑壓力、釬焊溫度、運行速度是控制的重點。
( 1) 定徑壓力。為保證管筒層間緊密貼合，在定徑階段需對管筒施加一定的定徑壓力，如果定徑壓 力過小則會降低層間的焊合率，但是如果定徑力過大 不僅會導致兩層間過大的扭曲變形甚至失穩，還會使芯棒的軸向拉力急劇增加而斷裂。由于受成品管的尺寸限制，芯棒拉桿的截面不能取得很大，尤其在成型 小直徑的雙層卷焊管時，拉桿的橫斷面積非常小，成為最薄弱的環節。
( 2) 釬焊溫度。在加熱區內，卷焊管的溫度由 常溫一直增加到 1 200℃ 以上，并且其在運行方向各 點段的電阻值也極不均勻，是一個變化量，但電阻值與最高溫度有關。若溫度偏低，管材焊接不牢; 若溫度過高，則管材會燒斷或者管材表面的銅完全熔化而 向下流淌形成銅瘤。因此保證爐內溫度的穩定是焊接過程的關鍵。
( 3) 運行速度。在溫度一定的情況下，卷管管 徑較小時，生產線管材運行速度相應要快一些，不然 會導致卷管被燒壞。因此不同管徑的卷管對制管速度的要求是不一樣的。雙層卷焊管生產線的生產速度控制范圍 10 m / min ～ 27 m / min，成型機組制管速度 與一次牽引機、二次牽引機的牽引速度要匹配，以保證整個生產線的運行穩定，并且一次牽引機的牽引速 度略大于制管速度，使鋼管處于張緊狀態。
3. 2 工藝參數的控制
如圖 4 所示，控制系統由觸摸屏、中央控制器、現場總線、傳感器及執行器組成，控制對象為制管速 度、一次牽引速度、二次牽引速度、芯棒拉力、釬焊溫度。
圖 4 工藝參數控制框圖
各工藝參數控制原理如下:
( 1) 芯棒壓力的在線監測。在制管過程中，通 過壓力傳感器將芯棒的拉力數據傳輸到編程控制裝置上，調節桿依據事先確定的參數進行調整，通過參數確認芯棒的位置，避免了人工調整芯棒的不確定性。同時，該裝置對實時數據采集分析，若測值為零，即 芯棒斷裂時，立即發出停車指令，以減少原材料浪費，降低廢品率。
( 2) 釬焊溫度的檢測與控制。生產線啟動后，
管材開始自動升溫，紅外測溫探頭將檢測到的溫度信 號轉換成電流信號反饋給編程控制裝置，經編程控制裝置轉換為數字信號后輸出到顯示屏，同時控制器將 接收到的溫度與設定的溫度進行比較處理，經轉換處理后控制電力調整器以調整電壓大小，使爐內溫度逐漸穩定。
( 3) 運行速度的檢測與控制。生產前先設定工藝速度，生產線啟動后將檢測的速度脈沖信號反饋給中心控制系統的 PLC，經 PLC 處理后輸出到變頻器的控制端，通過調節變頻器的頻率來控制變頻電機的速度，使生產線管材運行速度自動達到設定速度并保持穩定。
4 小結
本文對雙層卷焊管生產線的關鍵工藝及其控制參 數進行了研究，為實現雙層卷焊管生產線的自動化控制奠定了基礎.
參考文獻:
［1］ 劉承杰，于恩林，吳堅 . 雙層卷焊管的生產研究［J］． 鞍鋼 技術，1994( 5) : 42-44.
［2］ 于恩林，賴明道，吳堅 . 雙層卷焊管成型質量的理論分析 及實驗研究［J］． 鋼鐵，1996( 1) : 40-44.
［3］ 米俊如 . 雙層卷焊管連續焊接工藝與設備［J］． 電焊機，1994( 1) : 28-30.
［4］ 周湛通 . 雙層卷焊管焊接過程神經網絡自適應控制方法 研究［D］. 石家莊: 河北科技大學，2009: 5.
作者：張華平 ( 湖北荊大精密鋼管實業有限公司，湖北 荊州 430040)
收稿日期: 2011-04-02; 修回日期: 2011-05-30
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