薛秀娟

摘要：自動焊是適應(yīng)大口徑高強(qiáng)鋼管道焊接的新技術(shù)，具有效率高、勞動強(qiáng)度低、焊接過程受人為因素影響小等優(yōu)勢。文中通過對自動焊內(nèi)焊和填充蓋面過程中易產(chǎn)生的焊接缺陷成因分析及缺陷消除措施分析，從焊接工序配合、工裝匹配改進(jìn)、操作手法、工藝規(guī)程等角度全方位控制自動焊質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：內(nèi)焊;填充蓋面;氣孔;未熔合;燒穿;咬邊

0 前言

隨著國家大口徑高強(qiáng)度鋼管道建設(shè)的快速發(fā)展，對管道自動焊接應(yīng)用要求比例越來越高。大口徑高強(qiáng)鋼管線焊接工藝的優(yōu)化直接決定項(xiàng)目的施工建設(shè)成本。管道自動焊技術(shù)由于焊接效率高，勞動強(qiáng)度小，焊接過程受人為因素影響小等優(yōu)勢，在大口徑、厚壁管道焊接中的應(yīng)用中具有很大潛力。我國的管道自動焊接技術(shù)正處于起步階段，根部自動焊問題、管端坡口整形機(jī)等配套尚未完全成熟，焊工從手工焊、半自動焊轉(zhuǎn)變成機(jī)動焊和自動焊的焊機(jī)操作工需要時間過渡，在此期間，研究管道自動焊接缺陷成因及其消除，從而保證焊接質(zhì)量對自動焊焊接質(zhì)量控制有重大意義。

1 內(nèi)焊主要焊接缺陷的產(chǎn)生和處理

1.1 氣孔

1.1.1氣孔產(chǎn)生原因

氣孔是氣體保護(hù)焊中常出現(xiàn)的焊接缺陷，產(chǎn)生氣孔的原因有混合保護(hù)氣氣

體不純，管道兩段封堵不嚴(yán)，混合氣體壓力不足等。

1.1.2消除氣孔措施

焊接前檢查焊接電源是否正常工作。檢查內(nèi)焊機(jī)混合氣體壓力是否正常（不低于3 MPa），氣閥開關(guān)是否正常（有時在操作過程會誤碰觸氣閥造成氣閥關(guān)閉或開啟不足）。檢查氣帶是否有漏氣現(xiàn)象。使用純度高于99.5%的混合氣體。加強(qiáng)保護(hù)，保證氣體壓力。檢查焊接保護(hù)氣類型和流量是否滿足焊接工藝規(guī)程。檢查焊槍和噴嘴是否泄漏或堵塞。檢查焊接工藝參數(shù)特別是送絲速度的設(shè)置是否滿足焊接工藝規(guī)程。當(dāng)內(nèi)焊焊道出現(xiàn)氣孔時要在熱焊前進(jìn)行返修處理，返修時認(rèn)真清理出氣孔部位直至氣孔清理干凈，以避免殘留氣體熔入熱焊層造成焊道質(zhì)量問題。

1.2未熔合

1.2.1未熔合產(chǎn)生原因

根部未熔合一般是由于管口清理不干凈，鈍邊過大、錯變量過大、內(nèi)坡高度過小或過大，內(nèi)焊分焊槍送絲速度過小等造成的，因此在內(nèi)焊時，一定要確保組對質(zhì)量，盡量避免未熔合出現(xiàn)。

1.2.2 消除未熔合措施

消除未熔合主要需要做好焊前清理工作。控制坡口加工質(zhì)量，使其各參數(shù)在工藝規(guī)程范圍內(nèi)，全自動焊接一般推薦使用專用大口徑高強(qiáng)鋼適用坡口機(jī)，并可對坡口機(jī)進(jìn)行工裝適配改革。在全自動焊接練兵培訓(xùn)和崗前適應(yīng)性練習(xí)中，我們對坡口機(jī)進(jìn)行工裝改革取得一定成效?？刂乒芗M對質(zhì)量。

坡口機(jī)在使用過程中發(fā)現(xiàn)坡口加工過程中鐵屑會隨著刀盤的轉(zhuǎn)動而纏繞道刀架上，鐵屑過多時易傷人及對坡口質(zhì)量造成影響，尤其是5°刀上鐵屑最多（因?yàn)榧庸す懿谋诤褡詈瘢＝?jīng)過多次研討，我們決定在刀盤上加裝擋板，刀片車下來的鐵屑轉(zhuǎn)動過程中經(jīng)過擋板格擋避免纏繞刀架。

1.3 燒穿

1.3.1 燒穿形成原因

內(nèi)焊層燒穿的原因主要有坡口鈍邊過小，組對間隙過大，內(nèi)坡和鈍邊高度過小及送絲速度過大等。

1.3.2 消除燒穿措施

避免燒穿缺陷的措施主要有，控制管道坡口加工質(zhì)量，使其各參數(shù)在工藝規(guī)程范圍內(nèi);控制管道組對質(zhì)量，保證組對間隙參數(shù)在焊接工藝規(guī)程范圍內(nèi);檢查調(diào)整對應(yīng)焊槍送絲速度，控制速度適中，不宜過大。

1.4 未焊透

1.4.1 未焊透產(chǎn)生原因

內(nèi)焊機(jī)根焊未焊透產(chǎn)生的主要原因有內(nèi)坡過小，鈍邊太厚等。

1.4.2 消除未焊透措施

避免內(nèi)焊未焊透的主要措施是控制好坡口加工質(zhì)量。

1.5 焊瘤

內(nèi)焊時焊瘤主要產(chǎn)生在頂部位置，這是由于CW（電動機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)方向）、CCW（電動機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)方向）兩側(cè)一槍位置變化造成的，這時需要調(diào)整一槍的起弧位置即可避免接頭處出現(xiàn)焊瘤。

1.6 飛濺大

1.6.1 飛濺大產(chǎn)生原因

內(nèi)焊時發(fā)生飛濺大的原因是混合氣體比例不對或者預(yù)設(shè)焊接電弧電壓不適中。

1.6.2 消除飛濺大措施

消除飛濺的措施測量混合氣體比，調(diào)整比例在工藝規(guī)程要求比例內(nèi);調(diào)整預(yù)設(shè)電壓;檢查焊接電纜線的連接是否正確;檢查焊接送絲速度的設(shè)置。

2 自動焊填充蓋面過程中缺陷消除及質(zhì)量控制措施

全自動焊填充蓋面過程中出現(xiàn)的主要缺陷有：未熔合、氣孔、余高超標(biāo)和咬邊。常見缺陷的原因分析及防治措施如下：

2.1未熔合

未熔合是一種幾乎沒有厚度的面狀缺陷，其直接危害是減少截面，增大應(yīng)力，對承受疲勞、經(jīng)受沖擊、應(yīng)力腐蝕或低溫下工作都非常不利。未熔合是由于電弧未能直接在母材上燃燒，焊絲熔化的鐵水只是堆積在上一層焊道或坡口表面上而形成的。主要形式有層間未熔合和單側(cè)點(diǎn)狀未熔合，并出現(xiàn)在平、立焊位置，長度不一。

2.1.1未熔合的產(chǎn)生原因

（1）焊接速度慢。如圖2.1.1-1所示，由于焊接速度慢，電弧不能在上一層焊縫上燃燒，而是在熔池內(nèi)的鐵水上燃燒，焊絲熔化的鐵水向前流淌，鋪在上層焊縫上，這就造成了層間未熔合。

（2）焊槍角度不正確。如圖2.1.1-2中所示，焊槍所處的角度是不正確的。在此狀態(tài)下焊接，熔池中鐵水在電弧吹力作用下向前流淌，鋪蓋在電弧的前方，致使電弧不能在上一層焊縫上燃燒，造成層間未熔，并且隨著角度的增大，鐵水流淌更加嚴(yán)重，焊縫無法成型。

（3）焊接跟蹤不準(zhǔn)確。在焊接過程中，由于焊工觀察位置、角度的變化，在電弧擺動中心和坡口焊縫中心不重合時，就會使電弧只能在坡口的一側(cè)燃燒到位，在另一側(cè)燃燒不到位，鐵水只堆積在不到位的一側(cè)，這樣就產(chǎn)生了單側(cè)未熔合，如圖2.1.1-3所示。

（4）焊槍在端部的停留時間短。焊縫是由焊槍在坡口內(nèi)邊擺動、邊移動施焊完成的。由于焊槍在端部的停留時間不足，電弧尚未將根部徹底熔透就擺動移向另一端，這樣就在此處產(chǎn)生單側(cè)未熔合。

2.1.2未熔合的消除措施

（1）適當(dāng)加快焊接速度，使焊接電弧在正常焊接狀態(tài)的位置上燃燒（如圖2.1.1-1（a）所示）。

（2）必須將焊槍調(diào)至圖2.1.1-2（a）所示正確的焊接角度，焊槍與管道的法線形成0°-5°角。

（3）應(yīng)保持相對固定的觀察位置和角度進(jìn)行焊接跟蹤。

（4）適當(dāng)增加焊槍在兩端的停留時間。

2.2 氣孔

氣孔是自動焊在現(xiàn)場出現(xiàn)的主要焊接缺陷之一，是焊縫金屬凝固過程中由于侵入氣體而形成的氣囊或空穴。因其釀成了結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，就會削弱焊縫金屬的機(jī)械強(qiáng)度，降低結(jié)構(gòu)的氣密性、水密性等。氣孔多出現(xiàn)在平、立位置的焊縫接頭處，從X射線相片上反映出以密集氣孔偏多。

2.2.1 形成氣孔的原因

（1）防風(fēng)工作沒做好。氣體保護(hù)焊的最大缺點(diǎn)是抗風(fēng)能力差，所以工程上所使用的管道自動焊設(shè)備均是在防風(fēng)棚內(nèi)作業(yè)的，雖有“全天候”之稱，然而，當(dāng)風(fēng)速高、棚底所在的地面不平時，就會在防風(fēng)棚的兩側(cè)包裹管道的帆布簾處及底部漏風(fēng)。風(fēng)吹到焊槍就會吹散保護(hù)氣體，電弧和熔池失去了保護(hù)，導(dǎo)致在焊縫中產(chǎn)生氣孔。

（2）保護(hù)氣體流量過小。管道自動焊所用的保護(hù)氣體為富氬混合氣體（80%Ar+20%CO2），流量為20L/min，可獲得最佳的保護(hù)效果、焊縫成型和質(zhì)量。然而在焊接過程中，控制電纜中的氣管受到踩踏、碾壓或折成死彎時，造成氣管堵塞或破損漏氣，這樣在電弧熔池處沒有保護(hù)氣體或氣體流量過?。ㄐ∮?5L/min），電弧熔池不能得到很好的保護(hù)，就會產(chǎn)生氣孔。

（3）焊前檢氣時間不足。在焊接起弧之前，焊槍頭部及附近的氣管內(nèi)已不是所需的保護(hù)氣體，而是空氣，必須將此處的空氣經(jīng)檢氣完全排出后，方可起弧焊接。停焊時間越長，空氣在氣管內(nèi)占有量就越多，所需的檢氣時間就越長。

2.2.2 氣孔的消除措施

（1）防風(fēng)棚兩側(cè)的帆布簾包裹管道后，再用繩索加以捆綁。

（2）棚底四周加上帆布簾，并用沙土壓牢。

（3）把控制電纜小曲率地盤掛在防風(fēng)棚側(cè)壁上。

（4）經(jīng)常查看流量計(jì)，確定氣體流量是否達(dá)到要求。在氣管破損處用膠布纏堵，對破損嚴(yán)重的氣管，進(jìn)行整管更換。

（5）每次焊接起弧之前，檢氣時間不得小于5s。通過這些措施的實(shí)施，有效地抑制氣孔的產(chǎn)生，提高一次合格率。

2.3 焊縫余高超標(biāo)

焊縫余高超標(biāo)是指焊縫表面上的金屬超過了規(guī)定的需要量，余高超標(biāo)不僅造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)、外形不美觀，而且還是一個應(yīng)力增值源。主要影響焊縫的疲勞壽命，隨著余高高度的增加，焊縫的疲勞強(qiáng)度會急劇下降。在施工中，平、立焊位置的焊縫余高符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3.1余高超標(biāo)的原因

由于仰焊位置的特殊性（熔滴受電弧吹力和重力兩個相反方向力的作用，只有電弧吹力大于重力時，才能過渡到熔池內(nèi)），導(dǎo)致熔滴過渡較慢，電弧燃燒時間長，熔池的熱輸入大，增強(qiáng)了鐵水的流動性，使鐵水由兩側(cè)向中間堆積下墜，因此在焊縫的中心形成一個脊梁背，特別是在5-7點(diǎn)鐘的部位，這種情況會更加嚴(yán)重，其高度大部分在3.0-3.5mm，個別地方甚至達(dá)到了4.0mm。雖進(jìn)行了打磨，但與平、立焊位置焊縫比較，外觀相當(dāng)差，并耗費(fèi)人力和物力。

2.3.2余高超標(biāo)的消除措施

（1）在最后一遍填充后，給蓋面留1.5mm 的量。

（2）擺幅、擺速和停留時間均增加10%-20%。

（3）電感量在原來的基礎(chǔ)上降低10%。

（4）焊絲干伸長控制在10-15mm范圍內(nèi)。

（5）保持正確的觀察角度。

2.4咬邊

咬邊屬焊縫成形缺陷之一，是由母材金屬損耗引起的、沿焊縫焊趾產(chǎn)生的溝槽或凹縫，是電弧沖刷或熔化了近縫區(qū)母材金屬后，又未能填充的結(jié)果。咬邊嚴(yán)重影響焊接接頭質(zhì)量及外觀成型，使得該焊縫處的截面減小，容易形成尖角，造成應(yīng)力集中，該處斷裂的可能性最大。由于仰焊位置的特殊性（在電弧吹力克服熔滴重力之后，熔滴方可向熔池過渡），因此在蓋面的仰焊部位極易造成咬邊。從仰焊位可直接觀察到在焊縫兩側(cè)呈現(xiàn)斷續(xù)、由淺至深的咬邊，深度0.2-0.7mm，而局部點(diǎn)接近1.0mm，集中在5-7點(diǎn)鐘區(qū)間，大約300m 長的范圍內(nèi)，屬于典型的寬型咬邊。

2.4.1咬邊產(chǎn)生原因

（1）焊接電流。焊接電流對咬邊影響最大，大電流時，雖電弧吹力大，熔深大，焊絲熔敷率高，但同時熱輸入大，熔池內(nèi)鐵水溫度高、流動性好，向焊縫中心流動。當(dāng)電弧移走之后，致使熔池內(nèi)無鐵水或鐵水少，此時電弧在母材上（即坡口邊緣處）燒出一個弧坑，形成咬邊。

（2）回路中電感。短路過渡要求焊接回路中有合適的電感量，用以調(diào)節(jié)短路過渡電流的增長速度（di/dt），控制焊接過程中的飛濺量及電弧燃燒時間。通常細(xì)絲氣保護(hù)焊，焊絲熔化速度快，熔滴過渡周期短，需要較大的短路過渡電流的增長速度。在仰焊時，較大的電感使得熔滴過渡頻率低，燃弧時間長，電弧移動至坡口兩側(cè)時，熔池內(nèi)的鐵水就向焊縫中心流動而形成咬邊。

（3）操作參數(shù)（擺幅、兩端停留時間及偏移）。

①擺幅。如果擺幅小，電弧就燒不到坡口的棱沿上，只在坡口面上燒一個弧坑，從而導(dǎo)致咬邊。

②兩端停留時間。如果在最后一遍填充完成之后，給蓋面留有較大的余量時，就應(yīng)保證電弧在坡口兩端有足夠的停留時間，否則，焊絲熔化的量不足以填滿熔池，這樣就會在焊縫外兩側(cè)形成咬邊。

③偏移。偏移是用以焊接跟蹤的，如果觀察的角度不對，就會產(chǎn)生視覺誤差，而做出錯誤的判斷和調(diào)整，使電弧在一邊能夠燒到位，而在另一邊就燒不到位，在電弧燒不到位的一側(cè)就會產(chǎn)生咬邊。

2.4.2 咬邊的消除措施

咬邊的防治措施與余高超標(biāo)的防治措施一致。

3 結(jié)論

以上針對大口徑高強(qiáng)度鋼管自動焊焊接外觀成形與質(zhì)量控制的方法措施進(jìn)行總結(jié)，對自動焊工裝配備、內(nèi)焊及填蓋過程中易產(chǎn)生的焊接缺陷、形成原因及消除措施進(jìn)行匯總，為焊工掌握自動焊操作，技術(shù)人員熟悉自動焊技術(shù)，企業(yè)增設(shè)自動焊工藝提供借鑒。

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