CN116928457A - 一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管及其加工方法，该壁厚渐变的油气输送用直缝焊管是一种两端壁厚不同、中部壁厚从薄壁端到厚壁端线性增加的变壁厚管体结构。本发明的加工方法，包括（1）壁厚渐变的钢板结构设计；（2）壁厚渐变的钢板制备；通过精炼、连铸、控制轧制、渐变壁厚钢板轧制、控制冷却等工艺制备出一种两端壁厚不同，中部壁厚连续、平滑过渡的管线钢板；（3）将壁厚渐变的钢板通过壁厚渐变的直缝焊管加工工艺，该工艺通过调整铣边、预弯、成型、焊接等制管工艺，本发明的焊管能满足API标准要求，可以用于油气管网现场环焊中，对接直径、壁厚差异较大部位的环焊连接，提高了管端环焊的几何尺寸精度和环焊缝质量。

Description

一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管及其加工方法

技术领域

本发明涉及石油天然气管材技术领域，特别涉及一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管及其加工方法。

背景技术

管道作为一种高效、经济的输送方式，是石油天然气长距离输送的主要方式。现有的管道是将大量的单一钢管通过直接环焊的方式进行连接，来实现长距离的油气输送。近年来，发生了多起干线管道事故中断的案例，管道的本身安全受到业内的普遍关注。统计近几年国内部分管道失效案例，在13例事件中，有7例发生在环焊缝处，分析其中原因：一方面，由于环焊缝熔敷金属的强韧性很难达到采用控轧控冷技术的钢管本体的强韧性，在对接的时候很难形成高强韧性匹配，造成管端环焊缝连接处强度较弱、韧性较差。另一方面，现有的油气输送管，管端几何尺寸精度较差，钢管的对接端直径差异较大，几何精度不够，环焊对接时易产生错边，强力组对易形成内应力，影响环焊缝质量。

随着中国油气管道工程建设稳步推进，油气管网和天然气管网的持续完善，天然气多通道建设、互联互通工程、联络线管道和储气调峰设施将加强建设。然而不同地区的钢管、热煨弯管、配套管件等连接数量较多，环焊对接端直径、壁厚差异较大、几何精度不够问题更加突出。现场对接时，即使使用胀管器等设备将钢管强行撑圆后焊接，由于胀管时处于钢管的弹性变形范围，造成环焊缝残余应力大，降低了承载能力或易诱发裂纹及促使裂纹扩展。导致当油气输送管道受外力作用时，环焊缝处最容易形成应力集中，常发生环焊接头失效造成的管道质量安全事故，给人民生命财产、经济发展带来巨大损失。

专利公开号CN 110778804 A，公开了一种油气输送管及油气输送管的制作方法，采用在钢管的端部内表面和/或外表面上沿钢管的周向焊接用于使钢管的端部厚度增加的，对焊接层进行精加工，从而保证钢管端部对接的精度以及圆度。该方法设计思路值得肯定，但它是一种通过焊接层使钢管端部壁厚增加的方法，其制管过程复杂、机械程度低、质量稳定性差，且周向焊接过程会影响钢管本体性能。

发明内容

本发明的目的在于针对油气管网不同地区的钢管、热煨弯管、配套管件等复杂连接部位，在现场环焊过程中，由于对接两端直径、壁厚差异较大、几何精度不够而导致易出现焊接缺陷和较大应力集中，同时不利于无损检测，影响管道环焊缝质量等问题，提供一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管及其加工方法。

本发明壁厚渐变的油气输送用直缝焊管，是采用壁厚渐变的钢板，通过调整制管工艺，制造出一种两端壁厚不同（壁厚由薄到厚），中部壁厚连续、平滑过渡的变壁厚油气输送管材，管体整体性能一致，综合力学性能良好。主要用于油气管网现场环焊中，对接直径、壁厚差异较大部位的环焊连接，变壁厚钢管两端分别与钢管、热煨弯管、配套管件等实现等壁厚或等径连接，提高了管端环焊的几何尺寸精度，降低了应力集中，减少了焊接缺陷，大幅提高环焊缝质量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管，该壁厚渐变的油气输送用直缝焊管是一种两端壁厚不同、中部壁厚从薄壁端到厚壁端线性增加的变壁厚管体结构。

进一步，所述的变壁厚管体结构是等外径变壁厚直缝焊管，或者是等内径变壁厚直缝焊管。

进一步，所述的变壁厚管体结构包括具有一定长度的薄壁端、中间连接部和厚壁端，薄壁端通过中间连接部与厚壁端连通，所述的中间连接部为壁厚线性增加的管体，中间连接部的长度大于薄壁端和厚壁端的长度。

本发明还提供了一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管的加工方法，包括如下步骤：

（1）壁厚渐变的钢板结构设计

所述的壁厚渐变的钢板由头部段、中部段和尾部段组成的钢板结构，所述的头部段和尾部段的壁厚不同、且均为等壁厚段，中部段为渐变壁厚段，头部段和尾部段各占钢板整体长度的10%，中部段占钢板整体长度的80%，所述的渐变壁厚段为线性增加；

（2）壁厚渐变的钢板制备

步骤1）冶炼钢水；

步骤2）连铸成坯；

步骤3）连铸坯加热；

步骤4）控轧轧制；

步骤5）壁厚渐变的钢板轧制

按照壁厚渐变的钢板结构设计要求对钢板精轧；

步骤6）控制冷却；

（3）将壁厚渐变的钢板通过壁厚渐变的直缝焊管加工工艺，加工成成品。

进一步，所述的步骤1）钢水冶炼：按照管线钢板的元素成分冶炼钢水，将冶炼原料依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空精炼得到满足元素成分要求的钢水。

进一步，所述的步骤2）连铸成坯：钢水精炼后连铸前吹氩气镇静时间不小于20min，连铸过程中控制钢水过热度，连铸坯浇注过热度15-33℃，控制铸坯的压下量，使连铸坯厚度/成品钢板厚度控制在6-9。

进一步，所述的步骤3）连铸坯加热：加热过程中，将温度控制在1080-1250℃，使连铸坯完全奥氏体化，元素充分固溶。

进一步，所述的步骤4）控轧轧制：控扎过程采用二阶段控扎轧制，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，开轧温度范围1080-1140℃，终轧温度大于1030℃，总压下率35-40%，轧成中间坯；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度小于980℃，终轧温度范围880-930℃，总压下率大于70%。

进一步，所述的步骤6）控制冷却：采用超快冷冷却工艺，冷却速率为15~50℃/s，控制钢板整体长度、宽度方向温度波动≤30℃，冷却的终冷温度控制在350～550℃，随后钢板矫直，最后空冷至室温，得一种两端壁厚不同，中部壁厚连续、平滑过渡的管线钢板，即壁厚渐变的钢板。

进一步，所述的步骤（3）壁厚渐变的直缝焊管加工工艺，包括如下步骤：

第一步，板探及工序准备：超声波板探、矫平、钢板上料及焊引弧板，上料时：钢板变壁厚一面为钢管内壁；钢板厚壁端先加工；

第二步，铣边：先粗铣，然后精铣，加工坡口；

第三步，预弯：通过预弯机将钢板制成圆弧状；将预弯后的外侧钢板进行多次压制，压成“J”形，再将内侧钢板进行多次压制，压成“C”形；

第四步，成型：通过成型机将预弯后的钢板制成管状；针对壁厚渐变的钢板，在钢板压制成开口为“O”形；

第五步，合缝预焊：对管坯采用混合气体保护焊接方式，进行连续焊接完成合缝工序，形成连续、质量可靠的预焊焊缝；

第六步，埋弧焊终焊：对预焊后的管筒先进行内壁焊接，后对内焊后的管筒进行外壁焊接；前丝采用直流反接，获得足够的熔深，后丝采用交流，用于填充坡口焊缝；

第七步，整圆、水压、无损检测。

本发明的有益效果：

1、本发明壁厚渐变的油气输送用直缝焊管，管体两端壁厚不同，能够实现本发明的钢管两端分别与钢管、热煨弯管或配套管件等通过环焊连接过程中，实现等壁厚或等径连接，提高了管端环焊的几何尺寸精度，降低了应力集中，减少了焊接缺陷，大幅提高环焊缝质量。

2、本发明设计了两端壁厚不同，中部壁厚逐渐变化的变壁厚钢板结构及其轧制工艺，保证钢板结构尺寸精度的同时，实现了钢板头、尾位置性能的均匀稳定；本发明的壁厚渐变的钢板，为后续成型、焊接等制管工艺的实时调整提供了有力保障，保证了焊管高质量；同时，壁厚渐变的直缝焊管能够防止管体壁厚突变而引起的应力集中，提高焊管服役的安全性。

3、本发明通过壁厚渐变的直缝焊管加工工艺，针对变壁厚钢板的铣边、预弯、JCO成型、预焊、终焊、扩径等工艺优化设计，为制造出性能均一、质量可靠，几何尺寸精度高的变壁厚直缝焊管提供了保障。

附图说明

图1为本发明的等外径变壁厚直缝焊管；

图2为本发明的等内径变壁厚直缝焊管；

图3为本发明壁厚渐变的钢板沿长度方向壁厚变化的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但不作为对本发明的限定。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

所涉技术术语说明：KR（Kanbara reactor）铁水预处理，是铁水脱硫的预处理。LF（Ladle Furnace）精炼，采用氩气搅拌，在大气压力下用石墨电极埋弧加热，再加上炉渣精炼技术。RH真空精炼全称为RH真空循环脱气精炼法。API(American Petroleum Institute)是ANSI认可的标准制定机构，其标准制定遵循ANSI的协调和制定程序准则。

实施例1

本发明提供一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管是一种两端壁厚不同、中部壁厚从薄壁端到厚壁端线性增加的变壁厚管体结构。

进一步，所述的变壁厚管体结构是等外径变壁厚直缝焊管（见如图1所示），或者是等内径变壁厚直缝焊管（见图2所示）。

进一步，所述的变壁厚管体结构包括具有一定长度的薄壁端、中间连接部和厚壁端，薄壁端通过中间连接部与厚壁端连通，所述的中间连接部为壁厚线性增加的管体，中间连接部的长度大于薄壁端和厚壁端的长度。

本发明还提供一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管的加工方法， 包括如下步骤：

（1）壁厚渐变的钢板结构设计

所述的壁厚渐变的钢板由头部段、中部段和尾部段组成的钢板结构，所述的头部段和尾部段的壁厚不同、且均为等壁厚段，中部段为渐变壁厚段，头部段和尾部段各占钢板整体长度的10%，中部段占钢板整体长度的80%，所述的渐变壁厚段为线性增加；

（2）壁厚渐变的钢板制备

步骤1）冶炼钢水；

步骤2）连铸成坯；

步骤3）连铸坯加热；

步骤4）控轧轧制；

步骤5）壁厚渐变的钢板轧制

按照壁厚渐变的钢板结构设计要求对钢板精轧；

步骤6）控制冷却；

（3）将壁厚渐变的钢板通过壁厚渐变的直缝焊管加工工艺，加工成成品。

进一步，所述的步骤（3）壁厚渐变的直缝焊管加工工艺，包括如下步骤：

第一步，板探及工序准备：超声波板探、矫平、钢板上料及焊引弧板，上料时：钢板变壁厚一面为钢管内壁；钢板厚壁端先加工；

第二步，铣边：先粗铣，然后精铣，加工坡口；

第三步，预弯：通过预弯机将钢板制成圆弧状；将预弯后的外侧钢板进行多次压制，压成“J”形，再将内侧钢板进行多次压制，压成“C”形；

第四步，成型：通过成型机将预弯后的钢板制成管状；针对壁厚渐变的钢板，在钢板压制成开口为“O”形；

第五步，合缝预焊：对管坯采用混合气体保护焊接方式，进行连续焊接完成合缝工序，形成连续、质量可靠的预焊焊缝；

第六步，埋弧焊终焊：对预焊后的管筒先进行内壁焊接，后对内焊后的管筒进行外壁焊接；前丝采用直流反接，获得足够的熔深，后丝采用交流，用于填充坡口焊缝；

第七步，整圆、水压、无损检测。

实施例2

在实施例1的基础上，一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管的加工方法，包括如下步骤：

（1）壁厚渐变的钢板结构设计

在钢板生产过程中，考虑到钢板壁厚突然变化，存在生产制造工艺在线控制困难，产品质量、产品性能难以控制的问题。因此，设计出一种壁厚渐变的钢板结构，如附图3所示，钢板由头部段（A-B段）、尾部段（C-D段）常规等壁厚段及中部段（B-C段）渐变壁厚段三部分组成。该壁厚渐变的钢板的头、尾两段为等壁厚段各占钢板整体长度的10%，中部段渐变壁厚段占钢板整体长度的80%，其壁厚由厚到薄逐渐变化实现了两个等壁厚之间的过渡。

（2）渐变壁厚钢板制备

步骤1）钢水冶炼：按照管线钢板的元素成分冶炼钢水，将冶炼原料依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空精炼得到满足元素成分要求的钢水；

所述的步骤2）连铸成坯：钢水精炼后连铸前吹氩气镇静时间不小于20min，连铸过程中控制钢水过热度，连铸坯浇注过热度15-33℃，控制铸坯的压下量，使连铸坯厚度/成品钢板厚度控制在6-9。

所述的步骤3）连铸坯加热：加热过程中，将温度控制在1080-1250℃，使连铸坯完全奥氏体化，元素充分固溶。

所述的步骤4）控轧轧制：控扎过程采用二阶段控扎轧制，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，开轧温度范围1080-1140℃，终轧温度大于1030℃，总压下率35-40%，轧成中间坯；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度小于980℃，终轧温度范围880-930℃，总压下率大于70%。

优选地，开轧温度范围1120℃，终轧温度1060℃，总压下率36%，轧成中间坯；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度970℃，终轧温度范围920℃，总压下率为80%。

步骤5）壁厚渐变的钢板轧制：基于上述设计的壁厚渐变钢板结构，结合最终钢板目标规格，设置轧制机组的轧制程序及下压率，轧制头部为厚壁段，占钢板整体长度的10%；轧制尾部为薄壁段，占钢板整体长度的10%；中部壁厚由厚到薄逐渐变化；精轧机组设置保温罩，保证钢板的终轧温度，实现钢板头、尾位置性能的均匀稳定。

步骤6）控制冷却：采用超快冷冷却工艺，冷却速率为15~50℃/s，考虑钢板头、尾位置壁厚差异，控制全板长度、宽度方向温度波动≤30℃，减少钢板头、尾，纵、横向力学性能差异。冷却的终冷温度控制在350～550℃，随后钢板矫直，最后空冷至室温，即获得一种两端壁厚不同（壁厚由薄到厚），中部壁厚连续、平滑过渡的管线钢板，即壁厚渐变的钢板。

（3）壁厚渐变的直缝焊管加工工艺

第一步，板探及工序准备：包括管线钢板超声波板探、矫平、钢板上料及焊引弧板。矫平要求板形几何尺寸，要求钢板不平度小于10mm/2000mm，板头和板尾不允许下挠，上翘小于40mm，减少后期制管过程中出现噘嘴和错边等缺陷的概率；上料要求钢板方向，根据实际工程需求，确定钢板变壁厚一面是钢管的外壁还是内壁；同时，钢板厚壁端为先加工制造端。

第二步，铣边：先粗铣，然后精铣，加工坡口；由于是变壁厚钢板，钢板一面平直，另一面壁厚渐变，靠近钢板平直一面坡口张开角度，坡口深度、钝边厚度加工尺寸不变，而靠近钢板壁厚渐变一面，坡口张开角度保持不变，坡口深度随壁厚渐变而逐渐变化；坡口张开角度，坡口深度参照常规油气输送直缝焊管的坡口加工参数。

第三步，预弯：通过预弯机将钢板制成圆弧状；将预弯后的外侧钢板进行多次压制，压成“J”形，再将内侧钢板进行多次压制，压成“C”形；针对渐变壁厚钢板，减少步长，提高压制道次，降低残余应力，道次变形量5-10%；先采用较小压下量进行压制，再逐渐增加压下量，确保钢板不同壁厚处变形充分，得到最佳形状。

第四步，成型：通过成型机将预弯后的钢板制成管状；针对渐变壁厚钢板，在钢板压制成开口为“O”形的过程中，采用根据壁厚不同，分段、多次压制，采用对中块减少对中误差，采用专用内外靠模检查钢管成型曲率、监测管形，确保成型后管体和管端变形均匀，开口缝间隙基本一致、管端轴向错位、两端差值严格控制。

第五步，合缝预焊：对已压制成型的开口管筒由合缝机上下模使其边部合拢，并进行预焊，以保持钢管的形状；根据渐变壁厚钢板实际情况，调整焊缝压紧机构的压力，保持焊缝两边平直，板边紧贴或保持缝隙均匀。采用连续预焊，混合气体保护自动焊（保护气Ar＋CO₂：80%＋20%，质量百分比），焊丝及焊接工艺参照常规油气输送直缝焊管的预焊参数。

第六步，埋弧焊终焊：对预焊后的管筒先进行内壁焊接，后对内焊后的管筒进行外壁焊接；前丝采用直流反接，主要获得足够的熔深，后丝采用交流，主要用于填充坡口焊缝，调节熔宽和改善焊缝形貌。采用2-5丝埋弧焊工艺，根据管线钢的壁厚确定具体焊接参数。

针对壁厚渐变一侧的焊接，当管坯两端壁厚相差＜25%时，根据实际壁厚，通过实时调整管坯直线移动的焊接速度，即通过壁厚实时监测装置，依据实时反馈的壁厚信息调整焊接速度参数，使焊接速度始终保持在合理的匹配范围内，保证焊缝的有效填充，实现变壁厚一侧的高质量焊接；当管坯两端壁厚相差＞25%时，薄壁端完成填充焊后，以熔深不达标位置为起点，采用埋弧自动焊方式，进行多层、多道焊，至盖面后完成整个焊接工序，根据焊缝剩余熔深确定具体焊接参数。在焊接之前需进行清根处理，将前道焊层抛光打磨干净；施焊时相邻焊层之间的温度差控制在150℃以下。

第七步，整圆、水压、无损检测：焊缝X射线检测、钢管扩径、静水压试验、焊缝超声波检测、管端X射线检测、平头倒棱、管体厚壁端精加工、管端磁粉检测、外观质量检查。

针对壁厚渐变的直缝焊管，扩径时采用机械扩径，模块化分段控制，管端、管体壁厚不同，采用不同扩径率的扩径工艺，减少步长，管体扩径时每一分段扩径长度约2.0～2.5m，并保证前后两次分段扩径重叠量>0.5m；采用椭圆度激光自动检测装置测量管端、管体椭圆度，保证直缝焊管管体和管端几何尺寸精度；静水压试验，以管体壁厚的薄壁值及对应钢级，选择水压试验相关参数；参考工程对接端实际壁厚尺寸，对钢管厚壁端进行机械加工，调整钢管端部的直径以及圆度，以提高对接的钢管端部的几何尺寸精度。从而获得管体性能基本一致、满足API标准要求，综合性能良好的壁厚渐变的油气输送用直缝焊管。其中椭圆度激光自动检测装置为现有技术，这里不做详细说明。

实施例3

与实施例2不同之处，本实施例为一应用例，具体为X70钢级OD813×14.2-17.5mm，等外径变壁厚直缝焊管的加工方法。

1、长度12米，14.2-17.5mm壁厚渐变的钢板制备工艺如下：

按照X70管线钢板的元素成分冶炼钢水，后连铸成坯，连铸坯加热控轧；按照变壁厚设计要求对钢板精轧，轧制头部壁厚17.5mm，长度1.2米，轧制尾部壁厚14.2mm，长度1.2米，中部长度9.6米壁厚由17.5mm均匀递减至14.2mm；随后控制冷却，获得14.2-17.5mm变壁厚X70钢板。

2、OD813×14.2-17.5mm等外径变壁厚直缝焊管加工工艺如下：

1）板探及工序准备：超声波板探、矫平、钢板上料及焊引弧板。上料注意：钢板变壁厚一面为钢管内壁；钢板厚壁17.5mm端先加工。

2）钢板铣边：外坡口张开角度75°，外坡口深度5mm，钝边厚度4，内坡口张开角度85°，内坡口深度随壁厚渐变。

3）钢板JCO成型：根据变壁厚钢板实际壁厚，成型曲率R386.2-R389.3mm，成型机步长114.8mm，钢板的一半径经10次压制成“J”形，另一半径采用相同方法进行，再将内侧钢板3次压制，压成“C”形，最后将钢板压制成“O”形；采用专用内外靠模检查钢管成型曲率、监测管形，确保钢板不同壁厚处变形充分，得到最佳形状。

4）合缝预焊：对管坯采用混合气体保护焊接方式，进行连续焊接完成合缝工序，形成连续、质量可靠的预焊焊缝。

5）埋弧焊终焊：内焊采用三丝埋弧自动焊在钢管内侧坡口进行焊接，第1号焊丝直流反接，电流920A，电压33.5V；第2号焊丝采用交流，电流750A，电压35.5V；第3号焊丝采用交流，电流650A，电压37V；针对壁厚渐变的焊接，焊接速度从1.7m/min实时调整至1.75m/min。外焊采用三丝埋弧自动焊在钢管外侧坡口进行焊接，第1号焊丝电流940A，电压34V；第2号焊丝电流800A，电压37V；第3号焊丝电流620A，电压40V；焊接速度1.7m/min。

6）整圆、水压、无损检测：采用模块化分段控制机械扩径，对钢管进行全长0.8%扩径；静水压试验，试验压力16.9MPa，保压时间大于15s；管端坡口角度22°-25°，钝边1.6±0.8mm；焊缝超声波检测、管端X射线检测、管端磁粉检测、外观质量检查。

本发明的OD813×14.2-17.5mm，等外径变壁厚直缝焊管，如图1所示，其中A端为厚壁端，D端为薄壁端。对管体两端取样检测，结果如表1所示：

表1为等外径变壁厚直缝焊管的主要性能：

结果表明，本发明的焊管不同壁厚端性能基本相当。

实施例4

与实施例3不同之处，本实施例为另一个应用例，具体为X80钢级ID1370.6×25.7-33.8mm，等内径变壁厚直缝焊管的加工方法。

1、长度12米，25.7-33.8mm壁厚渐变的钢板制备工艺如下：

按照X80管线钢板的元素成分冶炼钢水，按照实施例3中的工艺流程，获得25.7-33.8mm变壁厚X80钢板。

2、ID1370.6×25.7-33.8mm，等内径、变壁厚直缝焊管制造工艺如下：

1）板探及工序准备：超声波板探、矫平、钢板上料及焊引弧板。上料注意：钢板变壁厚一面为钢管外壁；钢板厚壁30.8mm端先加工。

2）钢板铣边：内坡口张开角度65°，内坡口深度11mm，钝边8mm；外坡口张开角度70°，外坡口深度随壁厚渐变。

3）钢板JCO成型：根据变壁厚钢板实际壁厚，成型曲率R675.2-R680.4mm，成型机步长114.8mm，钢板的一半径经12次压制成“J”形，另一半径采用相同方法进行，再将内侧钢板5次压制，压成“C”形，最后将钢板压制成“O”形；采用专用内外靠模检查钢管成型曲率、监测管形，确保钢板不同壁厚处变形充分，得到最佳形状。

4）合缝预焊：对管坯采用混合气体保护焊接方式，进行连续焊接完成合缝工序，预焊焊丝为BHG-2M焊丝，焊丝直径Ф4 .0mm，预焊速度V＝4.0m/min。

5）埋弧焊终焊：内焊采用双丝多道埋弧焊，第1号焊丝直流反接，电流550A，电压32V；第2号焊丝采用交流，电流450A，电压33V；焊接速度1.2m/min；共4层8道焊缝。外焊采用双丝多道埋弧焊，第1号焊丝直流反接，电流600A，电压33V；第2号焊丝采用交流，电流480A，电压34V；焊接速度1.2m/min；经焊4层8道焊缝，薄壁端完成填充焊，以熔深不达标位置为起点，进行2层、2道焊，至盖面后完成整个焊接工序，焊接工艺不变。

6）整圆、水压、无损检测等步骤如实例1，参考工程对接端实际壁厚尺寸，对钢管厚壁端外周进行加工，调整钢管端部的直径以及圆度，以提高对接的钢管端部的几何尺寸精度，最终制备出合格钢管。

本发明的ID1370.6×25.7-33.8mm，等内径变壁厚直缝焊管，如图2所示，其中A端为厚壁端，D端为薄壁端。对管体两端取样检测，结果如表2所示：

表2为等内径变壁厚直缝焊管的主要性能：

结果表明，本发明的焊管不同壁厚端性能基本相当。

可见，本发明的加工方法采用壁厚渐变的钢板，通过调整制管工艺，制造出一种两端壁厚不同（壁厚由薄到厚），中部壁厚连续、平滑过渡的变壁厚油气输送钢管，管体整体性能满足API标准要求，同时管体2端性能基本一致，综合力学性能良好。采取对钢管厚壁端进行机械加工，调整钢管端部的直径以及圆度，以提高对接的钢管端部的几何尺寸精度，有利于现场环焊中实现等壁厚或等径连接，降低了应力集中，减少了焊接缺陷，大幅提高环焊缝质量。

以上内容是结合具体的优选实施方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出的若干简单推演、替换或变换等都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管，其特征是：该壁厚渐变的油气输送用直缝焊管是一种两端壁厚不同、中部壁厚从薄壁端到厚壁端线性增加的变壁厚管体结构。

2.根据权利要求1所述的一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管，其特征是：所述的变壁厚管体结构是等外径变壁厚直缝焊管，或者是等内径变壁厚直缝焊管。

3.根据权利要求1或2所述的一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管，其特征是：所述的变壁厚管体结构包括具有一定长度的薄壁端、中间连接部和厚壁端，薄壁端通过中间连接部与厚壁端连通，所述的中间连接部为壁厚线性增加的管体，中间连接部的长度大于薄壁端和厚壁端的长度。

4.一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管的加工方法，其特征是：包括如下步骤：

（1）壁厚渐变的钢板结构设计

所述的壁厚渐变的钢板由头部段、中部段和尾部段组成的钢板结构，所述的头部段和尾部段的壁厚不同、且均为等壁厚段，中部段为渐变壁厚段，头部段和尾部段各占钢板整体长度的10%，中部段占钢板整体长度的80%，所述的渐变壁厚段为线性增加；

（2）壁厚渐变的钢板制备

步骤1）冶炼钢水；

步骤2）连铸成坯；

步骤3）连铸坯加热；

步骤4）控轧轧制；

步骤5）壁厚渐变的钢板轧制

按照壁厚渐变的钢板结构设计要求对钢板精轧；

步骤6）控制冷却；

（3）将壁厚渐变的钢板通过壁厚渐变的直缝焊管加工工艺，加工成成品。

5.根据权利要求4所述的一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管的加工方法，其特征是：所述的步骤1）钢水冶炼：按照管线钢板的元素成分冶炼钢水，将冶炼原料依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空精炼得到满足元素成分要求的钢水。

6.根据权利要求4所述的一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管的加工方法，其特征是：所述的步骤2）连铸成坯：钢水精炼后连铸前吹氩气镇静时间不小于20min，连铸过程中控制钢水过热度，连铸坯浇注过热度15-33℃，控制铸坯的压下量，使连铸坯厚度/成品钢板厚度控制在6-9。

7.根据权利要求4所述的一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管的加工方法，其特征是：所述的步骤3）连铸坯加热：加热过程中，将温度控制在1080-1250℃，使连铸坯完全奥氏体化，元素充分固溶。

8.根据权利要求4所述的一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管的加工方法，其特征是：所述的步骤4）控轧轧制：控扎过程采用二阶段控扎轧制，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，开轧温度范围1080-1140℃，终轧温度大于1030℃，总压下率35-40%，轧成中间坯；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度小于980℃，终轧温度范围880-930℃，总压下率大于70%。

9.根据权利要求4所述的一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管的加工方法，其特征是：所述的步骤6）控制冷却：采用超快冷冷却工艺，冷却速率为15~50℃/s，控制钢板整体长度、宽度方向温度波动≤30℃，冷却的终冷温度控制在350～550℃，随后钢板矫直，最后空冷至室温，得一种两端壁厚不同，中部壁厚连续、平滑过渡的管线钢板，即壁厚渐变的钢板。

10.根据权利要求4所述的一种壁厚渐变的油气输送用直缝焊管的加工方法，其特征是：所述的步骤（3）壁厚渐变的直缝焊管加工工艺，包括如下步骤：

第一步，板探及工序准备：超声波板探、矫平、钢板上料及焊引弧板，上料时：钢板变壁厚一面为钢管内壁；钢板厚壁端先加工；

第二步，铣边：先粗铣，然后精铣，加工坡口；

第三步，预弯：通过预弯机将钢板制成圆弧状；将预弯后的外侧钢板进行多次压制，压成“J”形，再将内侧钢板进行多次压制，压成“C”形；

第四步，成型：通过成型机将预弯后的钢板制成管状；针对壁厚渐变的钢板，在钢板压制成开口为“O”形；

第五步，合缝预焊：对管坯采用混合气体保护焊接方式，进行连续焊接完成合缝工序，形成连续、质量可靠的预焊焊缝；

第六步，埋弧焊终焊：对预焊后的管筒先进行内壁焊接，后对内焊后的管筒进行外壁焊接；前丝采用直流反接，获得足够的熔深，后丝采用交流，用于填充坡口焊缝；

第七步，整圆、水压、无损检测。