海(hai)上(shang)油(you)氣(qi)進(jin)口(kou)和(he)海(hai)洋(yang)油(you)氣(qi)產(chan)業(ye)作(zuo)為(wei)我(wo)國(guo)海(hai)工(gong)裝(zhuang)備(bei)製(zhi)造(zao)業(ye)的(de)重(zhong)要(yao)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)，在(zai)雙(shuang)碳(tan)目(mu)標(biao)和(he)國(guo)內(nei)油(you)氣(qi)消(xiao)費(fei)增(zeng)長(chang)的(de)背(bei)景(jing)下(xia)得(de)到(dao)快(kuai)速(su)發(fa)展(zhan)，其(qi)生(sheng)產(chan)、輸送環境惡劣，在耐高壓、-162℃超低溫
、耐腐蝕及耐候性等方麵要求更高。而大口徑厚壁不鏽鋼焊管因其具有高強度

、高耐腐蝕性及良好的低溫塑性
，能克服極端溫度、高壓、腐fu蝕shi極ji端duan環huan境jing

，是shi我wo國guo海hai上shang油you氣qi進jin口kou和he開kai發fa不bu可ke或huo缺que的de基ji礎chu管guan材cai。因yin此ci，市shi場chang對dui大da口kou徑jing不bu鏽xiu鋼gang焊han管guan需xu求qiu急ji劇ju增zeng加jia，且qie管guan材cai大da量liang依yi靠kao進jin口kou
，在zai交jiao貨huo期qi
、技術性能、技術標準上均設置門檻

，對我國相關行業形成壁壘。造成這種局麵的原因有以下三個方麵：

　　1、傳統JCOE製備方式均應用於生產“黑材”，容易出現壁厚不均勻、開口度不一致、圓度不足等缺陷，嚴重的將出現不能修複而報廢，目前大口徑厚壁不鏽鋼焊管生產中間環節繁冗
，良品率低，滿足不了多品種、多規格產品連續化生產需求。

　　2、大口徑厚壁不鏽鋼焊管因生產技術不成熟，導致在服役過程中極易出現“跑”、“冒”、“滴”、“漏”等deng現xian象xiang，產chan品pin性xing能neng難nan以yi滿man足zu極ji端duan環huan境jing需xu求qiu，而er油you氣qi輸shu送song管guan路lu對dui尺chi寸cun與yu低di溫wen韌ren性xing要yao求qiu更geng加jia嚴yan格ge，因yin此ci重zhong點dian開kai展zhan關guan鍵jian技ji術shu研yan究jiu是shi提ti升sheng管guan材cai服fu役yi行xing為wei的de重zhong要yao手shou段duan。

　　3、目(mu)前(qian)國(guo)內(nei)擁(yong)有(you)的(de)設(she)備(bei)均(jun)是(shi)從(cong)國(guo)外(wai)進(jin)口(kou)或(huo)者(zhe)國(guo)內(nei)單(dan)台(tai)設(she)備(bei)按(an)工(gong)序(xu)組(zu)成(cheng)離(li)散(san)型(xing)產(chan)線(xian)，設(she)備(bei)價(jia)格(ge)昂(ang)貴(gui)，缺(que)少(shao)自(zi)主(zhu)研(yan)發(fa)的(de)經(jing)驗(yan)與(yu)能(neng)力(li)。因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)結(jie)合(he)大(da)口(kou)徑(jing)厚(hou)壁(bi)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)焊(han)管(guan)成(cheng)形(xing)理(li)論(lun)、工藝的研究
，提出與產線需求一致的裝備結構形式與生產能力，打破大口徑厚壁不鏽鋼焊管裝備依賴進口的現狀。

　　項目團隊經過十多年的聯合攻關，解決了成形與焊接的問題，在此基礎上輔助製備工藝
、熱處理技術以及與之匹配的裝備。構建彎曲成形、連續焊接協同加工體係，解決管體成形與焊接性能一致性的問題

，融合合理的工藝製度、熱處理技術以及與之匹配的裝備
，製備出滿足市場需求的大口徑厚壁不鏽鋼直縫焊管。其總體思路如圖1所示。

圖1 大口徑厚壁不鏽鋼焊管總體思路

　　開kai展zhan應ying力li中zhong性xing層ceng與yu幾ji何he中zhong心xin層ceng偏pian移yi規gui律lv研yan究jiu，構gou建jian基ji於yu厚hou度du強qiang化hua模mo型xing的de中zhong性xing層ceng偏pian移yi方fang法fa，可ke輔fu助zhu預yu測ce管guan體ti折zhe彎wan過guo程cheng每mei道dao次ci管guan壁bi減jian薄bo量liang以yi及ji管guan徑jing延yan伸shen量liang
，實shi現xian原yuan始shi坯pi料liao精jing確que定ding寬kuan；開展板材彎曲成形過程回彈機製研究，構建可有效控製折彎角度的方法，回彈量平均值約為板厚的0.8%左右，實現了板坯折彎卸載後回彈量的精確預測，有效避免管體成形出現焊縫開口較大、周向圓度不良缺陷；開展板材彎曲過程加/卸載過程中包辛格效應研究，構建厚板彎曲包辛格效應方法
，與實際測量誤差小於10%
，為厚壁不鏽鋼焊管JCOE成形工序中管體預彎
、連續折彎成形工藝製定提供技術依據。 

圖2 厚壁板材中性層偏移

、彎曲回彈
、包辛格效應等方法

　　創新點二、研究了管體成形過程關鍵工序模具構型
，揭示了不同材質、規格產品成形過程的變形規律，獲得滿足生產需求的成形工藝技術體係，解決了成形過程中產生缺陷等技術難題。

　　開(kai)展(zhan)預(yu)彎(wan)模(mo)具(ju)對(dui)大(da)口(kou)徑(jing)厚(hou)壁(bi)焊(han)管(guan)在(zai)預(yu)彎(wan)階(jie)段(duan)的(de)影(ying)響(xiang)規(gui)律(lv)研(yan)究(jiu)，製(zhi)定(ding)出(chu)滿(man)足(zu)大(da)口(kou)徑(jing)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)直(zhi)縫(feng)焊(han)管(guan)預(yu)彎(wan)階(jie)段(duan)的(de)成(cheng)形(xing)工(gong)藝(yi)。構(gou)建(jian)可(ke)滿(man)足(zu)不(bu)同(tong)直(zhi)徑(jing)
、壁厚管材的板坯預彎成形凹凸模具，基於管坯直邊弧邊轉變區域的預彎模具過渡段、上下模具相位差優化設計方法，板材厚度每增加10mm
，過渡段角度增加1°，過渡段彎曲量增加9mm左右，有效實現下模行走行程與加載方式精準控製

，實現了不同直徑管體成形一模多用的效果；開展板材折彎成形過程步進式連續彎曲成形研究，優化了上模具壓下量
、下模具開口度及下壓道次等工藝參數，折彎成形上模具壓下量和下模開口度
、折彎道次優化設計方法，提高了管體尺寸精度，滿足不同規格管體生產的最優折彎成形工藝要求，實現了管體製備階段高效化
、精確化
；開展預整形機多自由度合縫研究
，優化了合縫輥位置
、軸向壓下角度的調節工藝，構建基於不同開口度預整形調整方法與關鍵技術、“桃形”“梨形”“錯邊”等特殊缺陷優化機理
，實現了管體焊縫精準對接，提高管體成形質量。 

圖3 管體成形過程關鍵工序模具構形設計方法與工藝調控技術

　　創新點三、開發了焊接熔池與焊縫圖像智能識別跟蹤、焊縫成形智能工藝控製技術
、焊縫質量的全流程監控與動態優化技術
，熔池形態識別正確率達96.34%，焊縫缺陷識別和檢測準確率達95%以上
，焊接成本降低30%以上
，效率提高10倍。

　　開發出滿足大直徑厚壁焊管焊接需求的高效低成本深熔焊接方法及工藝技術，開展深熔TIG焊接成形過程力學分析，利用熱流固耦合進行深熔TIG焊接數值模擬

，獲得了深熔TIG焊接成形過程工藝；構建基於焊縫熔池及凝固成形後焊縫形狀的捕捉係統
，獲得了焊接熔池與焊縫圖像智能識別技術
；開展基於視覺傳感、電壓電流多信息融合的熔池特征數據采集係統研究，掌握焊縫跟蹤、焊縫成形控製與焊接過程補償技術

，熔池形態識別方麵正確率達96.34%，準確率和檢測效率達95%以yi上shang
，獲huo得de焊han接jie過guo程cheng焊han縫feng成cheng形xing質zhi量liang智zhi能neng控kong製zhi
，準zhun確que的de預yu測ce熔rong池chi力li學xue行xing為wei及ji熔rong寬kuan形xing貌mao，確que保bao了le厚hou壁bi焊han管guan焊han縫feng質zhi量liang與yu基ji體ti不bu鏽xiu鋼gang材cai料liao的de性xing能neng一yi致zhi性xing，提ti高gao焊han接jie質zhi量liang及ji焊han接jie效xiao率lv。

圖4 管體厚壁不鏽鋼焊管圖像動態識別
、智能補償的高效焊接方法

　　創新點四、開發了可實現焊縫與母材性能一致性調控、晶粒尺寸在線檢測方法等關鍵技術，實現了管材熱處理過程組織性能與析出相的動態調控，在線晶粒度誤差小於10%，解決了晶粒度預測難
、焊縫開裂、焊接部分與基體性能一致性差等難題。

　　構建了微觀組織晶粒預測方法
，發現了管材在不同溫度下的組織晶粒的再結晶
、晶粒長大等變化規律，實現了晶粒度精確控製；建立激光超聲波衰減的晶粒尺寸檢測方法，實現了管材微觀晶粒尺寸的在線實時檢測；基於成形後的管材需進行熱處理行為實現管件焊縫與母材組織與性能的一致性，研究雙相不鏽鋼、鎳基合金相變規則，闡明在不同溫度條件下的相變特征
，構建可實現焊縫和基體性能一致性的關鍵技術，結合CCT及TTT曲線，避免無效及有害溫度，形成典型雙相不鏽鋼、鎳基合金的熱處理工藝製度。

圖5 厚壁不鏽鋼焊管熱處理過程組織晶粒、析出相等演變機理

　　創新點五、研製出大口徑厚壁不鏽鋼焊管成套裝備，構建了非對稱布置的板邊預彎
、管體連續折彎等關鍵結構形式
，實現了工藝與設備的集成創新，形成Φ219-Φ1219mm、壁厚80mm、長度12500mm係列產品生產技術，效率提高2倍以上。

　　發明出可連續往複切削的大切削量銑邊裝備
，構建快速響應厚壁焊管焊縫倒角大切削量需求的多刀頭切削方式與快速定寬、定厚、刀頭角度調整的結構形式，生產效率提升2倍以上；發明出厚壁焊管板邊預彎需求的錯邊非對稱布置形式與多曲麵弧段組合大步長彎曲方式，可實現模具快速調整、更換的步進式預彎，預彎邊2800mm以上、模具投資為傳統預彎裝置的40%；構建了厚壁焊管管體彎曲需求的高剛度“C”形結構布置形式與大跨度雙機組合連續折彎設備結構形式，發明出快速送料
、出料的雙機同步聯動的強力彎曲裝備，機組能力2×3000t、同步精度達到±0.1mm；發明出厚壁焊管管體多自由度合縫結構形式、消除管體彎曲成形過程遺留缺陷的多軸合縫糾偏裝備
，實現智能焊接降低人為因素、調速範圍為0.2m/s-0.7m/s。

圖6 大口徑厚壁不鏽鋼焊管高質高效製備的成套裝備

　　項目在國家973計劃、國家自然科學基金、山西省重大專項、國家火炬計劃產業化示範項目等重大專項的支撐下
，通過十多年聯合技術攻關，發明了經濟高效的JCOE連續製管工藝的專有技術，擁有全部自主知識產權的首條大口徑厚壁不鏽鋼焊管裝備，滿足柔性生產的多規格、多品種的要求。係列產品整體達到芬蘭Outokumpu
、韓國EEW公司
、德國Butting同類產品水平
，部分指標優於國外水平。本項目已獲專利59件（發明專利30件），軟件著作權11件，論文59篇，起草了國家標準16項。

　　產品已應用於“一帶一路”俄羅斯亞馬爾LNG2液化天然氣項目


、阿爾及利亞國家石油公司Kurvers Piping高硫原油輸送管線項目、伊拉克哈法亞CPF3項目以及山東LNG接收站、廣西LNG接收站、天津LNG接收站

、浙江石化的4000萬噸/年煉化一體化項目等230多項大中型工程項目，累計銷售近10萬噸，實現銷售24億元，利稅4.55億元
，提升我國不鏽鋼焊管產業整體競爭力，對提升高端裝備製造水平及國產化率有較大現實意義。