Inhemsk JCOE-stortjocka långsvetsad rör tillverkningsteknik, industriläge och viktiga tekniska utmaningar_海乾威
Sammanfattning: JCOE (J‑C‑O formning + mekanisk vidgning) är den dominerande tillverkningsprocessen för stora raka svetsade LSAW-stålrör, och används i stor utsträckning i viktiga projekt som långdistansolje- och gasledningar, CCUS-koldioxidinfångning och transport, marin teknik, stålbroar och vätgastransport. Jämfört med UOE-processen kräver JCOE-linjen lägre investeringar och har större flexibilitet i specifikationer, och har blivit huvudkapaciteten för stora rörledningsstålrör i Kina, men det finns fortfarande tekniska flaskhalsar inom formningsnoggrannhet för höghållfasta tjockväggsrör, restspänningsstyrning, lågtemperaturseghet, motståndskraft mot vätebrist och digital intelligens tillverkning. Denna artikel sammanställer systematiskt JCOE-processens principer, inhemsk utrustning och industrilandskap, sammanfattar de viktigaste tekniska svårigheterna i hela processen för formning, svetsning, vidgning och icke-destruktiv testning, jämför de tekniska kapaciteterna hos inhemska JCOE-produktionsföretag, sammanfattar nuvarande forskningsluckor och diskuterar framtida utvecklingsriktningar som höghållfasta rörledningsrör, specialrör för CCUS/vätgas och digital tvillingtillverkning. Studien kan ge teoretisk referens och ingenjörsgrund för JCOE-stålrörsoptimering, projektval och standardförbättringar.
Nyckelord: JCOE; Raka svetsade stålrör; LSAW; Stora rörledningsstålrör; Formningsnoggrannhet; Restspänning; Olje- och gastransport; Intelligens tillverkning
I. Introduktion
Med den kontinuerliga byggandet av Kinas olje- och gasledningar, CCUS-projekt, havsbaserad vindkraft, vätgaslagring och transport samt stora stålprojekt, fortsätter efterfrågan på stora tjockväggiga svetsade stålrör med Φ406‑1422 mm att växa. UOE-processen har hög formningseffektivitet, men kräver stora investeringar i utrustning, och är lämplig för massproduktion av en enda specifikation; JCOE använder stegvis multipunktsstämpling för formning, med en utrustningsinvestering på cirka 60–70 % av UOE-linjen, och kan flexibelt täcka små batchbeställningar av olika specifikationer, vilket är den föredragna processvägen för nya inhemska LSAW-linjer.
Efter mer än två decenniers utveckling av lokaliserad teknik har flera moderna JCOE-produktionslinjer byggts i Kina, vilket möjliggör lokaliserad leverans av höghållfasta rörledningsrör av X70 och X80, och stödjer byggandet av nationella rörledningsprojekt som West-East Gas Pipeline. Men det finns fortfarande ojämlikheter inom den inhemska JCOE-industrin: Ledande företag har fullständig kapacitet för API 5L PSL-2, DWTT fallviktsbrottstest och hela processens icke-destruktiv testning; många små och medelstora produktionslinjer har brister inom återfjädringskontroll för tjockväggiga höghållfasta rör, restspänning vid vidgning, lågtemperaturseghet i svetsfogar och digital styrning av processen.
Befintliga studier fokuserar ofta på enskilda steg, såsom förböjning, svetsningssimulering och vidgningsparametrar, och saknar systematiska översiktsartiklar från processmekanism – utrustningsindustri – ingenjörstillämpning – framtida riktning. Denna artikel integrerar processmekanism, inhemsk industristatus, viktiga kvalitetsdefekter och tekniska flaskhalsar, identifierar forskningsluckor inom detta område och ger referens för inhemsk JCOE-teknisk iteration och ingenjörstillämpning.
II. JCOE Processens grundläggande principer och arbetsflöde
JCOE står för J-forming, C-forming, O-forming, Expanding, och tillverkar stålrör genom hela processen: kantförböjning av stålplåt → J-formad stegvis stämpling → C-formad kontinuerlig pressformning → O-formad fogning → försvetsning → inre och yttre begravd bågsvetsning → mekanisk vidgning → avrundning och korrigering → hela processens icke-destruktiv testning → fysikalisk-kemisk testning → korrosionsskydd.
1) Kantförböjning: Eliminera de raka kanterna på stålplåten för att undvika "munstöt"-defekter efter formning, och förböjningsformens radie påverkar direkt fogningsgapets kvalitet;
2) J-C-O stegvis formning: Segmentvis stämpling böjer plattan till en approximativ cylindrisk rörämne, med flera pressningar, och stålplåtens återfjädrning är den centrala svårigheten för formningsstorlekskontroll;
3) Försvetsning och begravd bågsvetsning: Gasskyddad försvetsning fixerar rörämnet, följt av inre och yttre begravd bågsvetsning, vilket är den centrala processen för att säkerställa svetsfogens hållfasthet och seghet;
4) Mekanisk vidgning (E-processen): Segmentvis vidgningshuvuden används för plastisk vidgning av rörkroppen, korrigerar rundhet och dimensioner, och omfördelar svetsrestspänningar, vilket är den nyckelprocess som skiljer JCOE från vanliga raka svetsade rör;
5) Icke-destruktiv testning: Ultraljudstestning av rörämnets stålplåt, UT-ultraljud och RT-röntgen av svetsfogar, rörledningsstål kräver DWTT fallviktsbrottstest och serie chockprov, för att uppfylla API 5L och GB/T 9711 standarder.
Kärnskillnad: Raka svetsade stålrör utan mekanisk vidgningsprocess tillhör inte strikt sett JCOE-stålrör, och vidgningsprocessen bestämmer direkt stålrörets rundhet, restspänningsnivå och driftsäkerhet.
III. Inhemsk JCOE-industrilandskap och tillverkningskapacitet
Inhemska JCOE-produktionslinjer är koncentrerade till regioner som Hebei och Jiangsu, och bildar en tredelad leveransstruktur med statliga företag, börsnoterade företag och regionala nyckeltillverkare.
3.1 Statliga företag – nationella rörledningsledande företag
Julong Pipe Co., Ltd. (Qing County, Hebei) var den första inhemska JCOE-produktionslinjen, och har länge servat nationella olje- och gasstamledningar, med stabil massproduktionskapacitet för X80 PSL-2, och integrerade tjänster som varmböjda rör, inre och yttre korrosionsskydd, vilket är en central leverantör för inhemska långdistansledningar. Dessa företag har fördelar inom fullständiga ingenjörsprojekt och kompletta fysikalisk-kemiska testplattformar, och är lämpliga för högt tryckta långdistansolje- och gasstamledningsprojekt.
3.2 Representativa tillverkare i Hebei-regionen
Hebei är en viktig region för inhemsk JCOE-stålrörstillverkning, och tre representativa lokala företag med kompletta JCOE-utrustning och fysikalisk-kemiska testsystem valdes ut:
1) Hebei Haiqianwei Pipe Co., Ltd. (Youfa Group) (Haiqianwei, HSPC)
Specialiserad och innovativ "Little Giant"-företag, utrustad med helautomatisk JCOE stegvis stämplingsformningsenhet, produkt-specifikationer Φ406‑1422 mm, väggtjocklek 6‑50 mm, högsta hållfasthetsklass X80, erhållit internationella och nationella certifieringar som API 5L, CE, EAC, med fullständig icke-destruktiv testning och fysikalisk-kemisk testkapacitet, produkter täcker inhemska grenrörsnät, stålkonstruktioner och exportorder till utlandet.
2) Hebei Jingrui Precision Pipe Co., Ltd.
Baserat på gruppens egna breda tjocka stålkapacitet, utrustad med 15000 t stor JCO-formningshuvud, fokuserar på supertjockväggiga JCOE-raka svetsade stålrör, kan producera extrema specifikationer på 406‑1626 mm, väggtjocklek 10‑120 mm, uppnått stålplåt-rör tillverkning integration, råmaterial spårbarhet är kontrollerbar, riktad mot tunga stålkonstruktioner, tryckkärlskomponenter och speciala tjockväggiga ingenjörsscenarier.
3.4 Företag i andra regioner
Stora produktionslinjer som Shagang Jinzhou och Zhujiang Pipe är etablerade i Zhangjiagang och Lianyungang i Jiangsu, och stödjer marin teknik, utrikeshandel och rörledningsprojekt för kemisk industri. Generellt har Kina redan världens största JCOE-stålrörskapacitet, men det finns fortfarande stor teknisk förbättringspotential för högkvalitativa specialrör (djuphavsledningar, ren vätgastransport, superkritisk CO₂-transportrör).
IV. JCOE Nyckelkvalitetsproblem och tekniska flaskhalsar under tillverkningsprocessen
4.1 Formningsåterfjädrning och geometrisk noggrannhetsdefekter
Stålplåtens stegvisa stämpling har en betydande återfjädrningseffekt, vilket lätt orsakar defekter som ellipticitet, rörledningsavvikelse, rörände "munstöt" och felpassning. Överskridande ellipticitet påverkar direkt fältets cirkulära svetsmontering och minskar motståndet mot yttre tryckkollaps. API 5L-standarden kräver vanligtvis att ellipticiteten hålls inom 0,5–1,0 % av D, och kontrollen är svårare för tjockväggiga höghållfasta rör.
Påverkande faktorer inkluderar: variationer i stålplåtens mekaniska egenskaper, förböjningsformens kontur, JCO-presssteg, nedpressningsfördelning och vidgningsgrad. Befintliga analytiska modeller kan inte helt beskriva multiprocesskopplad återfjädrning, och ingenjörsprojekt är fortfarande starkt beroende av erfarenhetsjustering, medan finita elementsimulering har blivit ett viktigt medel för processoptimering.
4.2 Svetsrestspänning och vidgningsprocesskontroll
Begravd bågsvetsning genererar stora dragspänningar vid svetsningen; mekanisk vidgning kan omstrukturera spänningsfältet, men för stor eller för liten vidgningsgrad och oskälig struktur på segmentvis vidgningshuvuden kan orsaka ojämn spänningsfördelning i axiella och omkretsriktningar. Vidgningsprocessparametrar är nyckeln till att balansera dimensionsnoggrannhet och restspänning, och många små och medelstora produktionslinjer förenklar vidgningsprocessen och har otillräcklig vidgningsgrad, vilket skapar säkerhetsrisker under drift.
4.3 Höghållfasta svetsfogar och lågtemperaturseghet i värmepåverkad zon
X70/X80 rörlednings stål har strikta krav på chockseghet vid svetsfogar och värmepåverkad zon vid -20℃ och -40℃, samt DWTT fallviktsbrottsprestanda. Svetsmaterialkompatibilitet, kontroll av svetsvärmetillförsel, stålplåtens renhet och mikrolegeringsämnen påverkar alla seghetsprövgångstemperaturen, vilket är den huvudsakliga tekniska tröskeln för produktion av höghållfasta JCOE-rör.
4.4 Nya utmaningar från nya driftförhållanden
CCUS-superkritisk koldioxidtransport, vätgastransport och djuphavs marin teknikledningar ställer högre krav på rörens motståndskraft mot vätebrist, motståndskraft mot CO₂-korrosion och motstånd mot yttre tryckkollaps. Befintliga konventionella JCOE-rörledningsstandarder kan inte helt täcka detta, och materialsystem, processfönster och testningsutvärderingssystem för specialrör är fortfarande under utveckling.
4.5 Otillräcklig digitalisering
De flesta inhemska JCOE-produktionslinjer är fortfarande fokuserade på efterhands-testning, och saknar sluten slinga onlineövervakning för formning-svetsning-vidgning; tillämpningen av digital tvilling och AI-processparametrar adaptiv optimering är låg, och processparametrar är fortfarande starkt beroende av operatörens erfarenhet, och batchprestandans konsistens behöver förbättras.
V. Nuvarande forskningsstatus och forskningsluckor
Inom och utomlands bedrivs omfattande simuleringar och experimentell forskning kring JCOE: utomlands fokuserar EUROPIPE, Salzgitter och JFE på formverktygsdesign, laserbaserad online-konturdetektering och slutdragnings-sluten kontroll; inhemsk forskning är koncentrerad på finita element-simulering av enskilda processsteg, optimering av förbockningsprocessen och utveckling av svetsmaterial. Baserat på befintlig litteratur finns det tydliga forskningsluckor:
1) Otillräcklig forskning om flerstegs kopplingsmekanismer: Det finns få simuleringar av spännings- och deformationskoppling under hela processen från förbockning – JCO-formning – svetsning – slutdragning, de flesta simulerar endast ett enskilt processsteg;
2) Det saknas systematiska modeller för det kvantitativa sambandet mellan plåts ursprungliga formdefekter och den slutliga rörens rundhet;
3) Otillräcklig kvantitativ databas mellan slutdragningsprocessparametrar och kvarvarande spänningar, kollapsmotståndsegenskaper;
4) Kompletta tillverkningsmetoder och utvärderingsstandarder för JCOE-rör under specialförhållanden som vätgas och CCUS är ännu inte fullständiga;
5) Det finns få fall av industriell implementering av smart tillverkning och online-kvalitetsprognosmodeller för JCOE-processen.
VI. JCOE Utvecklingstrender för teknik för långsgömda svetsade rör med rak fog
6.1 Utveckling av höghållfasta stål och specialiserade rör för specialförhållanden
För CCUS, vätgas och djuphavsteknik utvecklas vätgassprickbeständiga, CO₂-korrosionsbeständiga JCOE-ledningsrör, matchningen av mikrolegerade plåtar och svetsmaterial för långsgömda svetsningar optimeras, och specialiserade utvärderings- och testmetoder etableras för att fylla tomrummet i tekniken för specialiserade transportrör.
6.2 Processimulering av formning – slutdragning och digital optimering av parametrar
Basera på finita element-simulering för att etablera en återfjädringsförutsägelsemodell, uppnå digitaliserad hjälpdesign av formverktygskonturer, pressstegsavstånd och slutdragningsgrad, minska kostnaderna för formprovning och förbättra dimensionskonsekvensen; bygg en process-kvalitetsdatabas för att driva övergången från erfarenhetsbaserad justering till datadriven tillverkning.
6.3 Online icke-förstörande testning för hela processen och sluten kvalitetskontroll
Sprid laserbaserad online-konturmätning, realtidsdetektering av svetsfogar med fasskivultraljud, uppnå online-återkoppling av kvalitet under formning, svetsning och slutdragning, bygg ett slutet kontrollsystem för att minska efterhandskassationsgraden.
6.4 Grön och lågutsläppstillverkning
Utveckling av lågenergiförbrukande formningsprocesser och låglegerade tunnare plåtar, energieffektivitetsoptimering av svetssteg, komplettering med miljövänliga korrosionsskyddande beläggningar för att minska koldioxidutsläppen per produkt.
6.5 Industriell standardisering och urvalsystem för projekt
Inhemsk JCOE-kapacitet är stor, men nivån på produktionslinjerna varierar kraftigt. Vid projektinköp måste man strikt skilja mellan komplett JCOE (inklusive mekanisk slutdragning) och enkla långsgömda svetsade produkter med rak fog, etablera urvalsriktlinjer för olika projektscenarier för att undvika att produkter med låg processnivå används i högtrycks- och högriskledningar.
7 Slutsats
1) JCOE-processen, med sina fördelar som måttlig investering och hög flexibilitet i dimensioner, har blivit den dominerande tillverkningsvägen för stora diameter LSAW-rör i Kina. Inhemskt har en mångskiktig industristruktur bildats med statliga företag, börsnoterade företag och regionala tillverkningsföretag, som kan möta de flesta behov inom olje- och gas- och stålkonstruktionsprojekt, men det finns fortfarande tekniska brister inom avancerade specialiserade rör.
2) Formningsåterfjädringskontroll, geometrisk noggrannhet, kvarvarande spänningar efter svetsning, slutdragningsprocess och lågtemperaturseghet hos höghållfasta stål är kärntekniska flaskhalsar för JCOE-tillverkning; vätgas, CCUS och havsbyggnad ger nya tekniska utmaningar.
3) Nuvarande forskningsbrister är koncentrerade på flerstegs kopplingsmekanismer, kompletta processer för specialförhållanden och digitaliserad sluttillverkning; i framtiden bör man stärka simulering av hela processen, online-testning och specialiserade rör utveckling, och förbättra projekturval och standardsystem.
4) Vid projektapplikation måste man säkerställa att mekanisk slutdragning utförs, komplett icke-förstörande testning och specialiserade tester för ledningsstål som DWTT, skilja äkta JCOE-produkter från enkla långsgömda svetsade rör utan slutdragning, för att säkerställa rörens långsiktiga driftsäkerhet.
[1] Li Helin. Kinas svetsrör 50 år [M]. Xi'an: Shaanxi Science and Technology Press, 2008.
[2] Jiang Yongjing. Rörtyper och produktionsteknik [M]. Chengdu: Sichuan Science and Technology Press, 2010.
[3] Wei Weirong, Jing Songlong, Yang Zhuanzhao, et al. Nuvarande situation och framtidsutsikter för industrin för stora diameter långsgömda svetsade rör [J]. Svetsrör, 2012,35 (04):5‑9.
[4] Liu Chun. Studie av förbockningsradien vid JCOE långsgömda svetsade rörkanter och "munutbuktning" [J]. Rör, 2024,53 (04):58‑61.
[5] GB/T 9711‑2017, Rör för olje- och gasindustriens ledningssystem [S].
[6] API Spec 5L Specification for Line Pipe [S].46th Edition.
[7] Antoniou K,Stamou A G,Karamanos S A,et al.Finite element modeling of the JCO‑E line pipe fabrication process;material properties and collapse pressure prediction [J].Thin‑Walled Structures,2023,192:111120.
[8] Huang Xiaohui, Mao Nongzhao, Cheng Wenguang, et al. Utveckling av X65M långsgömda svetsade rör för superkritisk CO₂-transport [J]. Svetsrör, 2025,48 (02):23‑30.
