690 U形管生產(chǎn)精準(zhǔn)投料方式研究

湯國(guó)振，丁志達(dá)，賈鳳鳴

（寶銀特種鋼管有限公司，江蘇 宜興 214200）

690合金具有較高強(qiáng)度、良好的組織穩(wěn)定性、優(yōu)越的加工性能和優(yōu)異的耐腐蝕性能，尤其是具有很好的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能；因此成為新一代核電堆型蒸汽發(fā)生器用傳熱管的首選材料［1-4］。

690 U形管是用于核電站核島中的核心部件蒸汽發(fā)生器中，超長(zhǎng)、薄壁、小直徑，尺寸精度、形狀精度要求極高，制造難度大。由于質(zhì)量要求苛刻，技術(shù)難度高、生產(chǎn)流程長(zhǎng)、生產(chǎn)組織方式復(fù)雜，一直受制于國(guó)外，嚴(yán)重制約我國(guó)核電建設(shè)的發(fā)展。21世紀(jì)初，寶銀特種鋼管有限公司建成國(guó)內(nèi)首條專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)線開(kāi)始690 U形管的正式量產(chǎn)和供貨，但由于各種條件的制約，該產(chǎn)品的成材率長(zhǎng)期處于一個(gè)較低的水平，無(wú)法與國(guó)外同類(lèi)型企業(yè)開(kāi)展競(jìng)爭(zhēng)。因此，根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)和質(zhì)量技術(shù)難點(diǎn)，改變和創(chuàng)新核電蒸汽發(fā)生器用690合金換熱管的生產(chǎn)組織方式，提高產(chǎn)品的合格率、成材率，成為參與國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)的基本條件［5］。

690合金換熱管從原材料冶煉開(kāi)始，經(jīng)鍛造、熱擠壓、多道冷軋、熱處理、彎管、檢驗(yàn)、包裝等上百道工序的加工，最終成為成品U形管。工序繁多、可追溯性難度大、質(zhì)量技術(shù)要求高、過(guò)程控制復(fù)雜［6］。在嚴(yán)格的核安全一級(jí)的質(zhì)保體系管控下，生產(chǎn)制造過(guò)程中工序轉(zhuǎn)移、管號(hào)信息追溯和工序質(zhì)量控制等方面都對(duì)最終成材率有較大影響，在穩(wěn)定可靠的三道冷軋成型工藝前提下，根據(jù)690 U形管的產(chǎn)品特點(diǎn)，有針對(duì)性地改進(jìn)、優(yōu)化冷加工生產(chǎn)組織方式，改善投料精準(zhǔn)度，提高綜合合格率，最終實(shí)現(xiàn)較高的成材率。

1 綜合合格率的影響因素和控制方法

690 U形管成品冷加工變形過(guò)程中有多道次專(zhuān)門(mén)的質(zhì)量檢查：超聲波＆渦流聯(lián)合探傷、直管信噪比檢查、U形管內(nèi)渦流檢驗(yàn)以及表面質(zhì)量檢查。通過(guò)計(jì)算每工序投料產(chǎn)出支數(shù)比得出產(chǎn)品的綜合合格率，綜合合格率的計(jì)算方法：合格U形管支數(shù)/投料支數(shù)×100%。

經(jīng)多年的生產(chǎn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，單工序合格率是綜合合格率提高的關(guān)鍵因素。提高綜合合格率的主要措施體現(xiàn)在以下兩方面。

（1）核質(zhì)保體系文件控制。

核質(zhì)保體系文件是核產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程必須遵循的依據(jù)。凡事有章可循、有人負(fù)責(zé)、有法可依、有人監(jiān)督是核質(zhì)保體系的根本，包括《質(zhì)量計(jì)劃》《程序文件》《作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》《質(zhì)量控制要點(diǎn)》《產(chǎn)品內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)》等文件，必須通過(guò)內(nèi)部流程進(jìn)行編制、審核、批準(zhǔn)后傳至外部審批，批準(zhǔn)后才可下發(fā)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行。并且，在生產(chǎn)過(guò)程中用戶(hù)、業(yè)主及相關(guān)方在《質(zhì)量計(jì)劃》中選取見(jiàn)證點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)督。建立了MES信息化系統(tǒng)，逐支編號(hào)進(jìn)行流轉(zhuǎn)，確保產(chǎn)品制造全過(guò)程的可溯源。

（2）工序過(guò)程執(zhí)行“三工序”、“三檢”制。

推動(dòng)“三工序”活動(dòng)，即檢查上工序、控制本工序、服務(wù)下工序，本工序首先進(jìn)行自檢（首、中、末），工序與工序之間形成互檢，不可逆工序前設(shè)立質(zhì)量專(zhuān)檢點(diǎn)進(jìn)行專(zhuān)檢，保證最終成品質(zhì)量。

每天不定時(shí)進(jìn)行工藝紀(jì)律檢查，及時(shí)改正發(fā)現(xiàn)的違規(guī)現(xiàn)象；制定質(zhì)量獎(jiǎng)懲措施，對(duì)質(zhì)量問(wèn)題“零容忍”。通過(guò)以上措施，工序過(guò)程質(zhì)量有效受控，產(chǎn)品綜合合格率穩(wěn)定在95%以上，較大地提升了產(chǎn)品最終成材率。成材率通過(guò)每工序投料產(chǎn)出質(zhì)量比計(jì)算，計(jì)算方式：合格U形管質(zhì)量/投料質(zhì)量×100%。綜合合格率是影響成材率的主要因素。

2 優(yōu)化生產(chǎn)組織方式

傳統(tǒng)的投料方式受制于過(guò)程控制的不穩(wěn)定性，無(wú)法做到按每個(gè)彎曲半徑規(guī)格投料，只能預(yù)留較大余量，根據(jù)最終成品直管的實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行彎管投料。此種投料方式物料可控性較差。為滿(mǎn)足包裝計(jì)劃，在彎管工序極易形成長(zhǎng)料短投的現(xiàn)象，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在以往項(xiàng)目生產(chǎn)中，長(zhǎng)料短投占投料總數(shù)的1.78%，致使成材率下降1%。同時(shí)，此種投料方式使成品物料長(zhǎng)度不匹配、U形管規(guī)格不齊全，而調(diào)整包裝計(jì)劃無(wú)法實(shí)現(xiàn)包裝的連續(xù)性，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

為提高成材率，保證均衡生產(chǎn)，通過(guò)對(duì)設(shè)備制造廠蒸汽發(fā)生器的穿管順序和包裝順序的研究，實(shí)行有目的投料，減少長(zhǎng)料短投的比例，滿(mǎn)足生產(chǎn)裝箱要求?，F(xiàn)以核電華龍一號(hào)堆型某項(xiàng)目蒸汽發(fā)生器用690 U形管束為例說(shuō)明。

（1）包裝設(shè)計(jì)，木箱定配。

U形管包裝作為整個(gè)690合金U形傳熱管生產(chǎn)線的最后一道工序，往往被定義為輔助工序，容易被忽視。但該工序容易造成生產(chǎn)停頓，現(xiàn)場(chǎng)物料積壓。但從以往項(xiàng)目中吸取的經(jīng)驗(yàn)及日常的排產(chǎn)計(jì)劃來(lái)看，理順這一環(huán)節(jié)關(guān)鍵在于計(jì)劃的“首尾呼應(yīng)”。

“首尾呼應(yīng)”指裝箱需要什么規(guī)格的U形管，那計(jì)劃投料就按什么規(guī)格的U形管投，切忌“供不應(yīng)求”、“供大于求”的現(xiàn)象。裝箱順序和U形管規(guī)格、數(shù)量、長(zhǎng)度、管坯質(zhì)量及過(guò)程金屬損耗等都是需要考慮的范圍。

某項(xiàng)目蒸發(fā)器3個(gè)管束，每個(gè)管束7 997支U形管，按設(shè)備制造廠管板圖：最小的3個(gè)小彎曲半徑U形管需單獨(dú)穿管，必須分開(kāi)包裝，其余由下往上逐層穿管，并要求每個(gè)包裝箱和產(chǎn)品的總質(zhì)量小于8 t。根據(jù)這些要求，設(shè)計(jì)了20個(gè)包裝箱，包裝信息見(jiàn)表1。其中A箱為穿管時(shí)所用的第一箱，其內(nèi)部U形管裝箱布置如圖1所示。

（2）統(tǒng)計(jì)支數(shù)，定規(guī)投料。

包裝方式確定后，制定包裝計(jì)劃，假設(shè)月計(jì)劃需要完成A～E 5個(gè)木箱，共2 344支U形管的包裝，首先統(tǒng)計(jì)該5個(gè)木箱每個(gè)規(guī)格的U形管數(shù)量、長(zhǎng)度等。

A～E箱的各個(gè)規(guī)格的U形管數(shù)量統(tǒng)計(jì)成表。改進(jìn)投料方式重點(diǎn)在于根據(jù)需求投料，即按照統(tǒng)計(jì)表中U形管的規(guī)格、長(zhǎng)度、質(zhì)量進(jìn)行投料，每一根直管在生產(chǎn)初期就具有“規(guī)格身份”，這是從“實(shí)物決定身份”到“身份決定實(shí)物”的轉(zhuǎn)變，加大了人為因素對(duì)于物料的干預(yù)，增強(qiáng)了計(jì)劃實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)性。

表1 包裝信息

圖1 A箱內(nèi)部U形管裝箱布置

（3）統(tǒng)籌考慮，精確計(jì)算。

690 U形管冷加工生產(chǎn)共有3道主變形冷軋工序，Φ95 mm×16 mm原料→Φ65 mm×10 mm精制管→Φ33 mm×3.5 mm 中間品→Φ17.46 mm×1.02 mm成品管，前兩道次軋制后都需進(jìn)行分段，根據(jù)設(shè)備的上料長(zhǎng)度要求，一般分為4～5段。若想材料利用率達(dá)到最高，必須從首道次軋制開(kāi)始實(shí)行分段控制。

精制管中間品軋制是690 U形傳熱管第二道次冷軋工序，軋制后分段的長(zhǎng)度、質(zhì)量決定了最終U形管長(zhǎng)度；因此，此道軋制的投料尤為關(guān)鍵，既要將后續(xù)工序的金屬損耗計(jì)算在內(nèi)，又必須控制好工序的材料浪費(fèi)，計(jì)算的精確度直接決定最終成材率的高低。

產(chǎn)生金屬消耗的工序主要為：中間品平頭尾、中間品帶式修磨、成品帶式修磨、定尺切管，需要測(cè)算出上述等工序的金屬損耗量和U形管成品的最終質(zhì)量，基本可以確定精制管軋制中間品投料的質(zhì)量。

中間品的尺寸為Φ33 mm×3.5 mm，兩端平頭的長(zhǎng)度約為2 cm，中間品帶式修磨的磨削量為單邊0.03 mm，長(zhǎng)度約為3.9 m，根據(jù)690合金材質(zhì)的密度ρ=8.187×103kg/m3，計(jì)算出單根中間品的金屬損耗M1=0.077 kg。

冷軋后的成品管尺寸為Φ17.46 mm×1.02 mm，按照技術(shù)要求，成品帶式修磨的磨削量單邊必須≥0.013 mm，成品的長(zhǎng)度平均約為22 m，單根成品帶式修磨的金屬損耗M2=0.099 kg。

直管彎成相應(yīng)規(guī)格的U形管后將管端工藝余量通過(guò)定尺切管切除，在整個(gè)生產(chǎn)線中，有兩道工序需預(yù)留工藝余量：①直管聯(lián)合探傷工序，探傷時(shí)兩端各有150 mm的盲區(qū)；②U形管水壓工序，兩端各有200 mm的夾持段需切除，兩者取其大，即成品管需預(yù)留400 mm的工藝余量最終切除，可計(jì)算該金屬消耗M3=0.088 kg。

所以，單根690 U形管在整個(gè)冷加工生產(chǎn)過(guò)程的金屬損耗M=M1+M2+M3=0.264 kg。中間品投料時(shí)，投料質(zhì)量即為成品U形管質(zhì)量+金屬損耗質(zhì)量。

A～E箱共5個(gè)木箱，涉及121種規(guī)格的U形管，且相鄰的兩個(gè)規(guī)格、長(zhǎng)度和質(zhì)量差距較小，但實(shí)際生產(chǎn)中不可能按照每個(gè)規(guī)格的長(zhǎng)度、質(zhì)量進(jìn)行投料，一般情況下，會(huì)將相鄰的5個(gè)規(guī)格統(tǒng)一按照其中質(zhì)量最大者進(jìn)行投料，加上金屬損耗，可簡(jiǎn)化為表2的投料信息。

表2 投料信息

不計(jì)分段時(shí)的材料損失，按照1分4的分段方式，則若想投上述U形管，荒管的質(zhì)量應(yīng)在36.336～43.896 kg，原料管的質(zhì)量在145.344～175.584 kg。

實(shí)際生產(chǎn)中，雖從原料開(kāi)始控制，但管坯質(zhì)量不可能全部滿(mǎn)足需求，所以在分段時(shí)需改進(jìn)。以往的分段基本采用的是均切，即分成相同長(zhǎng)度的幾段，容易產(chǎn)生材料浪費(fèi)。例如一支管子的質(zhì)量為42.3 kg，對(duì)照表2，按均切方式，只能按T34～T38規(guī)格切成4段，共42.136 kg，浪費(fèi)0.164 kg金屬材料，對(duì)批量生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，這些損失的金屬材料累積數(shù)量對(duì)成材率有較大影響。

將傳統(tǒng)的均切改進(jìn)為套切，可以減少材料浪費(fèi)，比如上段所述的42.3 kg坯料，經(jīng)過(guò)計(jì)算，采用套切的方式，可以切成T29～T33規(guī)格的1段，T34～T38規(guī)格的3段，共42.256 kg，金屬材料損失降低至0.044 kg，明顯提高了材料利用率［7］。

荒管軋制成中間品的過(guò)程是控制材料利用率的關(guān)鍵工序，按爐號(hào)逐支稱(chēng)重、記錄，按每支質(zhì)量及表2的投料質(zhì)量、數(shù)量，計(jì)算出切管長(zhǎng)度，形成切管計(jì)劃，見(jiàn)表3。

表3 Ф65 mm×10 mm荒管軋制中間品分段計(jì)劃

材料損耗Q=G-G1n-G2n，式中，G為實(shí)際質(zhì)量。材料損耗體現(xiàn)了材料利用率，一般在投料時(shí)每根精制管的材料損耗必須控制在相鄰兩個(gè)投料質(zhì)量差值以下。

（4）定點(diǎn)反饋，及時(shí)補(bǔ)充。

整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中管材不可避免會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，部分管材會(huì)因探傷不合格而報(bào)廢，部分管材會(huì)因端部有缺陷，切除后無(wú)法滿(mǎn)足其投料時(shí)的長(zhǎng)度規(guī)格。因此，需要在生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)置反饋點(diǎn)，及時(shí)統(tǒng)計(jì)所有到該點(diǎn)的管材的合格數(shù)量、長(zhǎng)度，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的情況將缺少的規(guī)格及時(shí)補(bǔ)充投料，以滿(mǎn)足連續(xù)生產(chǎn)的要求。

經(jīng)研究，確定成品管投料工序?yàn)榉答侟c(diǎn)，該工序?yàn)橹惫苌a(chǎn)階段的最后工序，需測(cè)量每支直管長(zhǎng)度并記錄，同時(shí)根據(jù)投料計(jì)劃及直管實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行彎管投料。

通過(guò)上述研究和過(guò)程實(shí)施，項(xiàng)目的成材率明顯得到提升，從剛起步的48%上升至90%以上，綜合合格率從60%提升至95%，合格率與成材率之間的差值從12%縮小至5%，提升了7%。

3 結(jié) 語(yǔ)

（1）優(yōu)化核電蒸發(fā)器用690 U形管冷加工生產(chǎn)組織方式能夠提高產(chǎn)品的成材率，優(yōu)化的關(guān)鍵在于提高產(chǎn)品綜合合格率和投料精準(zhǔn)度。

（2）提高合格率的關(guān)鍵在于保證完善的核質(zhì)保體系的良好實(shí)踐和過(guò)程質(zhì)量控制的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)采取措施保證每一道工序的精準(zhǔn)操作和精細(xì)化控制，從而保證最終成品的高質(zhì)量。

（3）應(yīng)根據(jù)包裝需求計(jì)劃排產(chǎn)，做到“首尾呼應(yīng)”。按照最終U形管的包裝順序確定投料的規(guī)格，在投料的時(shí)候賦予每支管材“規(guī)格身份”，做到定規(guī)投料。

（4）精準(zhǔn)投料是實(shí)現(xiàn)計(jì)劃排產(chǎn)的手段。應(yīng)從細(xì)節(jié)方面控制精準(zhǔn)投料的有效性，至少包括三方面：①精確計(jì)算生產(chǎn)全流程的材料損耗，納入投料質(zhì)量；②根據(jù)三道次冷軋的特性，控制原料管的質(zhì)量，并在原料管投料時(shí)做好套切工作，減少材料浪費(fèi)；③定點(diǎn)反饋，及時(shí)做好補(bǔ)充投料。

在核電蒸發(fā)器用690 U形管冷加工過(guò)程質(zhì)量穩(wěn)定的情況下，精確控制每道次冷變形前的投料質(zhì)量，精確計(jì)算材料損耗，并考慮U形管的包裝順序，減少“長(zhǎng)料短投”，從而使產(chǎn)品成材率得到顯著提高。