■ 單忠斌，郭建明，張先龍，祁來(lái)寶，劉永慶，劉春，朱文學(xué)，袁吉偉，賈東

掃碼了解更多

1. 概述

管道全位置自動(dòng)焊具有焊接效率高、焊接質(zhì)量好、勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)，可以有效解決更高鋼級(jí)大口徑長(zhǎng)輸管道自保護(hù)藥芯半自動(dòng)焊工藝在施工效率、焊接質(zhì)量和力學(xué)性能等方面存在的問(wèn)題。本文依托陜京四線管道工程，基于熊谷內(nèi)焊機(jī)和A610雙焊槍外焊設(shè)備，進(jìn)行了內(nèi)焊+雙焊槍外焊工藝研究，針對(duì)常見(jiàn)焊接缺陷給予解決措施，成功應(yīng)用到陜京四線管道工程施工中。

2. 工程概況

陜京四線輸氣管道工程是中亞進(jìn)口氣和國(guó)產(chǎn)氣輸送的重要通道，是“西氣東輸”戰(zhàn)略通道的延伸，進(jìn)一步優(yōu)化全國(guó)管網(wǎng)總體布局。陜京四線的建設(shè)，對(duì)于增加華北地區(qū)天然氣供應(yīng)量，提升冬季調(diào)峰供氣能力，治理大氣污染將發(fā)揮重要作用。該工程干線起自陜西省靖邊首站，途經(jīng)內(nèi)蒙古、河北，止于北京市高麗營(yíng)末站，全長(zhǎng)1083km，采用X80M高強(qiáng)度鋼管，管徑為1219mm，設(shè)計(jì)輸量250億m3/a。大慶油田工程建設(shè)公司成功中標(biāo)第二標(biāo)段263km的施工任務(wù)，其中要求126km采用全自動(dòng)焊焊接技術(shù)。

3. 焊接工藝研究

（1）坡口形式選擇 根據(jù)陜京四線工程施工要求，結(jié)合熊谷設(shè)備本身特性，工藝選擇采用V-U形復(fù)合坡口形式，如圖1所示。

圖1 V-U形復(fù)合坡口

（2）焊接參數(shù)選擇 陜京四線采用X80M高強(qiáng)度鋼管，為φ1219mm×22mm，工藝采用實(shí)芯氣體保護(hù)下向焊工藝，保護(hù)氣體為80%Ar+20%CO2，根焊焊材為ER70S-G（φ0.9mm），熱焊、填蓋為ER80S-G（φ1.0mm），均采用直流反接。焊接參數(shù)如表1、表2所示。

（3）內(nèi)焊機(jī)操作要求 設(shè)備的檢查：檢查保護(hù)氣氣壓、焊絲剩余量、儲(chǔ)氣罐壓力、焊接測(cè)試電壓等，然后進(jìn)行內(nèi)焊機(jī)調(diào)試：包括內(nèi)焊機(jī)同心度、焊槍干伸長(zhǎng)度、送絲速度及焊槍對(duì)中性等的調(diào)節(jié)。

表1 根焊焊接參數(shù)

表2 熱焊及填蓋焊接參數(shù)

防風(fēng)準(zhǔn)備：該管道全自動(dòng)焊屬氣體保護(hù)焊，焊接環(huán)境風(fēng)速不得＞2m/s，內(nèi)焊時(shí)需進(jìn)行管口封堵，防止管子內(nèi)部過(guò)堂風(fēng)對(duì)內(nèi)焊質(zhì)量造成影響（見(jiàn)圖2）。

管口組對(duì)：管口組對(duì)的要求：組對(duì)間隙≤0.5mm，錯(cuò)邊量≤2.0mm，螺旋焊縫錯(cuò)開(kāi)量≥100mm。

焊前預(yù)熱：預(yù)熱的目的主要是減少焊縫及熱影響區(qū)的淬硬程度，減少焊接應(yīng)力，降低焊接接頭的冷卻速度，避免產(chǎn)生裂紋。采用圖3所示的中頻加熱設(shè)備，預(yù)熱坡口兩側(cè)50mm，預(yù)熱溫度為120℃。

圖2 內(nèi)焊管口封堵裝置

圖3 中頻加熱裝置

（4）A610雙焊槍外焊操作 軌道安裝：軌道的安裝精度對(duì)后續(xù)焊接操作和焊接質(zhì)量的影響極大，將軌道安放在管材上，使軌道端面距離焊縫坡口近端一個(gè)合適且固定的距離，保證焊接小車焊槍能在坡口內(nèi)左右擺到位，并適當(dāng)預(yù)緊，調(diào)整使軌道各點(diǎn)距離焊縫坡口近端距離值之差＜1mm，然后將軌道夾緊在管材上。

熱焊：焊前檢查根焊焊道外部質(zhì)量，對(duì)錯(cuò)邊量偏大處的外坡口用砂輪機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男弈ィ员ＷC熱焊時(shí)能夠焊透，修磨好后進(jìn)行熱焊道的焊接。熱焊采用雙焊槍的后槍進(jìn)行焊接。熱焊道的接頭應(yīng)與根焊道的接頭錯(cuò)開(kāi)50mm以上，熱焊必須緊跟根焊，避免根焊道冷卻過(guò)快造成出現(xiàn)裂紋等焊接缺陷。

填充：經(jīng)檢查熱焊焊道外觀合格，即可進(jìn)行填充層焊接。填充時(shí)，雙焊槍前/后分布擺動(dòng)焊，同時(shí)完成兩層焊道，如圖4所示。填充每層焊道厚度控制在2～3mm，填充焊道的各層接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)50mm以上，接頭搭接長(zhǎng)度20mm以上，并在下一遍焊接前將其打磨掉。填充焊時(shí)兩邊焊工需相互配合，注意起弧時(shí)間的控制和接頭的打磨處理，盡量減少焊接空余時(shí)間，提高焊接效率。若焊接過(guò)程中發(fā)現(xiàn)擺寬不合適，可使用自動(dòng)焊機(jī)的增減幅功能。若焊接過(guò)程出現(xiàn)密集氣孔或焊偏，需停焊修磨焊道后再焊，修磨時(shí)切勿傷害焊縫坡口，否則焊接時(shí)易造成未熔合缺陷。

蓋面：經(jīng)檢查填充焊道外觀合格后，方可進(jìn)行蓋面焊接。雙焊槍焊機(jī)蓋面時(shí)兩焊槍呈左/右分布，實(shí)現(xiàn)單層雙焊道，蓋面焊道的寬度應(yīng)為每側(cè)比坡口增寬1～2mm為宜，蓋面外觀如圖5所示。

外焊焊接參數(shù)調(diào)節(jié)：在進(jìn)行熱焊、填充及蓋面過(guò)程中，焊接參數(shù)需要進(jìn)行提前預(yù)設(shè)，同時(shí)根據(jù)組對(duì)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，焊接參數(shù)調(diào)節(jié)在專用的編程軟件上進(jìn)行，然后上傳到適配器里，可進(jìn)行不同角度的焊接參數(shù)設(shè)置?？蛇M(jìn)行補(bǔ)焊參數(shù)調(diào)節(jié)的有：弧長(zhǎng)、基值電流、電流挺度、左右停留、擺動(dòng)速度、擺動(dòng)加速度、擺寬、擺頻、行走速度及送絲速度等共計(jì)20項(xiàng)焊接參數(shù)。

4. 常見(jiàn)焊接缺陷解決措施

內(nèi)焊常見(jiàn)焊接缺陷及解決措施如下：

圖4 外焊雙槍填充焊接

圖5 蓋面外觀

第一，內(nèi)焊焊縫偏離中心：組對(duì)定位時(shí)，內(nèi)焊機(jī)三個(gè)定位靴必須同時(shí)貼近管口端面，如有間隙需通過(guò)調(diào)整導(dǎo)向輪或添加墊片來(lái)確保定位。組對(duì)時(shí)需檢查內(nèi)焊機(jī)旋轉(zhuǎn)大盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中各焊槍頭是否一直在內(nèi)坡口中心，如發(fā)生偏離，需調(diào)整槍頭底座。

第二，內(nèi)焊密集氣孔：嚴(yán)格檢查保護(hù)氣體比例以及純度，根焊焊接材料嚴(yán)格按規(guī)定進(jìn)行保管，防止受潮生銹影響焊接質(zhì)量。每天焊接前必須進(jìn)行設(shè)備電氣檢查、機(jī)械部分檢查，并進(jìn)行模擬焊接。焊接前需清理焊槍保護(hù)氣罩飛濺，防止因飛濺堵塞氣罩而影響氣體保護(hù)效果。檢查氣瓶?jī)?nèi)的氣體存量、壓力，保護(hù)氣體壓力低于1.5MPa時(shí)需更換。焊接前，必須嚴(yán)格按照要求進(jìn)行焊口加熱。焊接前對(duì)管口進(jìn)行封堵，管內(nèi)不允許有穿堂風(fēng)。內(nèi)焊密集氣孔如圖6所示。

第三，焊縫接頭搭接不到位或過(guò)度：圖7所示出現(xiàn)根部接頭未搭接現(xiàn)象。解決措施：應(yīng)及時(shí)檢查各焊槍頭引弧及收弧位置，必要時(shí)調(diào)整焊槍頭的位置以及限位開(kāi)關(guān)擋塊的位置，更換焊絲后檢查送絲速度和行走速度是否正常。內(nèi)焊焊接完成后進(jìn)行外觀檢查，如有搭接不到或過(guò)度時(shí)需進(jìn)行內(nèi)部修磨后使用內(nèi)焊機(jī)補(bǔ)焊槍進(jìn)行補(bǔ)焊。

外焊常見(jiàn)焊接缺陷及解決措施如下：

圖6 內(nèi)焊密集氣孔

第一，鈍邊未熔合：首先應(yīng)檢查坡口鈍邊是否超過(guò)合理范圍，熱焊焊前需檢查坡口錯(cuò)邊量，修磨錯(cuò)邊過(guò)大處，同時(shí)檢查內(nèi)焊是否出現(xiàn)焊縫偏離現(xiàn)象，保證鈍邊能焊透。

第二，坡口未熔合：最后一遍填充時(shí)因沒(méi)有水平跟蹤，焊縫寬度、填充厚度需要焊工通過(guò)控制手柄上擺寬、送絲速度旋鈕來(lái)調(diào)節(jié)，易出現(xiàn)坡口未熔合，如圖8所示。因此在焊接過(guò)程中需仔細(xì)觀察電弧和熔池情況，保證電弧始終處于熔池的前方中間，如出現(xiàn)焊偏等現(xiàn)象則需?；〈蚰パa(bǔ)焊。

在平、仰位置接頭時(shí)易出現(xiàn)跨區(qū)坡口未熔合，為此打磨接頭時(shí)，須平滑過(guò)渡，同時(shí)保證原有坡口的寬度，且對(duì)側(cè)壁的打磨不能傷及坡口，另外對(duì)上一焊層的打磨不能過(guò)深。接頭時(shí)后焊接一方起弧位置必須在打磨斜坡頂端，新一層焊接接頭必須保證與上層接頭錯(cuò)開(kāi)30mm以上。在出現(xiàn)飛濺過(guò)大、電弧發(fā)飄、立縫鐵液下墜等問(wèn)題，應(yīng)立即停弧根據(jù)實(shí)際情況修正參數(shù)，保證焊接效果和質(zhì)量。

第三，密集氣孔：焊接前嚴(yán)格檢查焊接混合保護(hù)氣體比例以及純度，外焊焊接材料嚴(yán)格按規(guī)定保管，防止受潮生銹影響焊接質(zhì)量。采用防風(fēng)棚，保證焊接時(shí)棚內(nèi)風(fēng)速＜2m/s。檢查氣瓶?jī)?nèi)氣體存量、壓力，外焊保護(hù)氣氣體壓力低于0.2MPa必須更換。焊接過(guò)程中打磨一側(cè)焊道接頭時(shí)，需用擋板與另一側(cè)隔離，防止砂輪氣流影響另一側(cè)焊接的氣體保護(hù)效果。焊接過(guò)程中可能因分流器堵塞、導(dǎo)電嘴燒損、飛濺堵塞導(dǎo)電嘴引起送絲不暢，導(dǎo)致電弧不穩(wěn)定，為此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況清理或更換導(dǎo)電嘴、分流器。

圖7 根焊接頭未搭接

圖8 坡口未熔合

5. 結(jié)語(yǔ)

目前在大口徑管道施工中，內(nèi)焊機(jī)根焊+雙槍外焊工藝是最先進(jìn)的管道焊接技術(shù)，不僅焊縫質(zhì)量高、力學(xué)性能好，而且焊接速度快，合格率高，同時(shí)有效地降低了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

本文通過(guò)熊谷的A-808/48+A610雙槍外焊的工藝研究，分析了內(nèi)焊機(jī)外焊常見(jiàn)缺陷的產(chǎn)生原因，并制定了相對(duì)應(yīng)的解決措施，成功應(yīng)用于大慶油田在陜京四線的管道施工中，提升了施工質(zhì)量和效率。