湯海東，岳遠明，武國峰，劉光鈺

1.中石化勝利油建工程有限公司 山東東營 257064

2.中國石化勝利油田熱力分公司 山東東營 257064

1 序言

進口RMD焊接設(shè)備在國內(nèi)使用已多年，其焊接操控簡單，使用性能穩(wěn)定，在大口徑長輸管道施工中應(yīng)用普遍。隨著國產(chǎn)RMD焊接設(shè)備的推出和技術(shù)的日益完善，其逐步在國內(nèi)市場推廣使用。

自2018年開始，我公司施工的潛江-韶關(guān)輸氣管道工程線路五標段全長151.307k m，設(shè)計壓力10MPa。全線二類地區(qū)采用φ1016mm×17.5mm螺旋縫埋弧焊管（S A W H），三類地區(qū)采用φ1016mm×21.0mm直縫埋弧焊管（SAWL），鋼管材質(zhì)L485M。主線焊接工藝選擇為RMD根焊+半自動自保護填蓋，其中RMD根焊選擇國產(chǎn)焊接設(shè)備，材料采用金屬粉芯焊絲ER70C-6MH4，焊接工藝規(guī)程為WPS-QJSG-X02（壁厚17.5mm）和WPSQJSG-X06（壁厚21mm），無損檢測采用X射線+相控陣超聲波雙檢測。

2 焊接工藝

（1）接頭設(shè)計 接頭形式為對接，V 形坡口（見圖1）。坡口角度a=22°±2.5°；鈍邊p=1.6mm±0.8mm；對口間隙b=2.5～3.5mm；當(dāng)壁厚為17.5mm時，錯變量≤2.2mm，當(dāng)壁厚為21mm時，錯變量≤2.5mm。

圖1 接頭形式

（2）工藝要求 保護氣體為混合性氣體（80%Ar+20%CO2）；保護氣體純度：Ar≥99.99%，CO2≥99.9%；氣體流量為15～20L/min；預(yù)熱溫度為80～150℃；施焊環(huán)境溫度≥5℃；濕度≤90RH；風(fēng)速≤2m/s；根焊層厚度≤3.0mm。

（3） RMD根焊焊接參數(shù) 具體數(shù)值見表1。

表1 RMD根焊焊接參數(shù)

（4）焊接電源 選用國產(chǎn)焊接設(shè)備具有RMD特性的直流焊接電源配相應(yīng)送絲機。

3 RMD根焊技術(shù)特點

1）能夠精準控制熔滴過渡和電弧吹力的大小，焊接過程穩(wěn)定、飛濺少，焊縫內(nèi)部成形均勻美觀，焊縫背面成形如圖2所示。

圖2 焊縫背面成形

2）焊接過程中電弧柔和、熱量集中，在根部產(chǎn)生高質(zhì)量的熔深，能夠有效地解決管口錯邊、間隙不勻造成的根部未熔合等焊接缺欠（見圖3）。

圖3 管口錯邊內(nèi)部成形

3）采用半自動氣體保護焊金屬粉芯焊絲焊接，焊縫表面無焊渣，焊接效率高[1]。

4 RMD根焊缺陷產(chǎn)生及解決措施

RMD根焊焊接工藝屬于熔化極金屬粉芯焊絲半自動氣體保護焊，在施工過程中由于國產(chǎn)RMD焊接設(shè)備參數(shù)設(shè)置不精確、焊工操作技術(shù)不熟練和外界環(huán)境因素等原因，造成射線和相控陣超聲波檢測發(fā)現(xiàn)的不合格缺陷種類主要是密集氣孔和層間未熔合[2]。現(xiàn)場通過對多道焊縫缺陷的查找，發(fā)現(xiàn)其中90%缺陷都存在于RMD根焊層，缺陷類型及位置見表2。

表2 RMD根焊缺陷類型及位置

4.1 根部未熔合

經(jīng)射線底片查看和相控陣數(shù)據(jù)分析，根焊接頭未熔合缺欠大部分產(chǎn)生在環(huán)焊縫立焊以上，同時現(xiàn)場使用角磨機對缺陷位置進行修磨發(fā)現(xiàn)，未熔合缺陷為根部接頭處層間或根部單邊未熔合。

（1）產(chǎn)生原因

1）焊工焊接時，根焊起點是從12點開始，焊工為了控制背面熔池高度，一般采用較小的送絲速度，這樣能夠有效保證焊縫背面成形高度。雖然這種較小焊接參數(shù)能夠控制焊縫成形，但是產(chǎn)生未熔合缺陷的概率也非常高。

2）RMD根焊起弧焊接時，由于新起弧時熔池溫度偏低，焊接行走速度過慢，所以熔池就會形成堆積，造成根部焊縫出現(xiàn)未完全熔合現(xiàn)象。

3）根焊接頭時，焊工為了保證接頭質(zhì)量會將收弧處打磨成斜坡狀，再起弧接頭時，焊槍運行到打磨的斜坡狀缺口處時就屬于堆焊，并且打磨的斜坡狀缺口一般存在窄、深及前寬后窄的特點，這時再起弧位置的焊接參數(shù)就無法有效地熔化前面的焊道，透過面罩觀察此處的熔池較小。楔形斜坡狀還沒有完全打開熔池，熔化的焊絲形成的液態(tài)金屬就流到后側(cè)的焊道上，形成接頭未熔合缺陷。

（2）解決措施 通過和國產(chǎn)焊機制造廠家研發(fā)工程師溝通，同時在有經(jīng)驗的焊工配合下，提出調(diào)整焊機內(nèi)置參數(shù)中的起弧電流和增加收弧電流參數(shù)精準控制，能夠降低或消除產(chǎn)生接頭未熔合缺陷。

具體操作實施如下：

1）起弧參數(shù)調(diào)整：通過現(xiàn)場多次試驗調(diào)節(jié)，在起弧后增加一段時間恒壓控制，即采用氣體保護焊模式起弧，在這段時間內(nèi)增加熱起弧電流，有利于快速打開熔池，增強熔合能力，從而有效降低出現(xiàn)未熔合缺欠的概率。起弧階段波形如圖4所示，其中黃色為電弧電壓、綠色為焊接電流。

圖4 起弧階段波形

2）收弧參數(shù)設(shè)置：收弧時采用特殊四步功能，在遇到下向焊接頭快要收弧時，按下焊槍開關(guān)，能夠增大波形控制燃弧能量，增加本階段的收弧電流，保證母材的有效熔化，達到減少收弧未熔合缺欠的目的。收弧控制方案如圖5所示，其中黃色為電弧電壓、綠色為焊接電流。

圖5 收弧控制方案

4.2 密集氣孔

通過射線檢測底片觀察，密集氣孔缺陷主要出現(xiàn)在環(huán)焊縫上半部分，而對于焊接難度最大的仰焊6點位置，由于焊槍角度的垂直和桿身長度的縮短，所以基本不會出現(xiàn)密集氣孔。

（1）產(chǎn)生原因

1）通過現(xiàn)場焊接操作觀察，焊工在過12點位置引燃電弧后連續(xù)向下焊接，為了便于觀察熔池形狀和根部熔合情況，焊槍角度、干伸長發(fā)生了很大變化，造成根焊背面熔池氣體保護欠缺，出現(xiàn)密集性氣孔。

2）由于RMD根焊采用80%Ar+20%CO2為保護氣體，因此氣體挺度較差，保護區(qū)域容易受到外界和管內(nèi)氣流干擾，焊接時熔池得不到有效保護則形成密集氣孔。

3）焊槍使用過程中噴嘴容易被飛濺物堵塞，造成焊縫因缺少保護氣體流量而產(chǎn)生氣孔。

4）在使用過程中，氣瓶內(nèi)的壓力過低、流量過小、供氣系統(tǒng)氣帶損壞及鏈接松動等，也容易造成焊接過程中產(chǎn)生密集氣孔缺陷。

（2）解決措施

1）焊接開始前應(yīng)做好外界防風(fēng)措施，特別是防風(fēng)棚與地面和管子的結(jié)合處要認真檢查，同時也要防范管道內(nèi)部的穿堂風(fēng)。根據(jù)聯(lián)通管道的長短和室外溫度，選擇對兩端管口進行封堵或是敞開，使壓力平衡。

2）使用前認真檢查氣瓶內(nèi)的壓力，當(dāng)壓力＜1.0MPa時會造成焊槍噴嘴供氣不足，保護氣體挺度不夠，容易產(chǎn)生氣孔，因此應(yīng)停止使用更換氣瓶。同時，要配備氣體配比檢測儀器，嚴格控制氣瓶內(nèi)的混合比例。

3）氣體流量選擇應(yīng)嚴格按照焊接工藝規(guī)程中的要求進行調(diào)節(jié)，同時也要根據(jù)所選擇的噴嘴型大小，適當(dāng)在工藝規(guī)程要求范圍內(nèi)調(diào)整流量大小。

4）每天焊接使用前，要從供氣系統(tǒng)始端開始沿著氣體行走路線進行認真檢查，防止因氣帶破損或接頭松動而出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

5）根據(jù)焊接時間及時清理噴嘴中的飛濺物，防止焊接飛濺堵塞噴嘴，造成焊縫因缺少氣體保護而產(chǎn)生氣孔。

6）焊接過程中焊槍角度直接影響焊接質(zhì)量，在環(huán)焊縫焊接過程中，焊槍角度隨著焊接位置的變化也要隨時調(diào)整。一般平焊位和立焊位焊槍角度為75°～85°，但在環(huán)焊縫9～11點處和13～15點處極易出現(xiàn)密集氣孔，因此要將焊槍角度精準控制在80°±2°內(nèi)，這樣焊接保護氣體能夠有效保護正面和背面液態(tài)熔池不受外界空氣侵蝕，避免產(chǎn)生密集氣孔。仰焊位焊槍角度一般控制在90°左右，同時焊接過程中應(yīng)根據(jù)間隙和鈍邊大小，隨時輕微調(diào)整焊槍角度，才能有效保證內(nèi)外焊縫成形均勻。

7）干伸長過長時，噴嘴與工件的距離過大，會因保護氣體挺度不足而使熔池的保護范圍減少，這也是焊接過程中產(chǎn)生密集氣孔的主要原因之一。因此，焊工在焊接過程中在保證清晰觀察熔池的同時，要選用最短的干伸長進行焊接操作。

8）焊接過程中，由于焊工帶動熔池速度不勻，造成根焊厚度過厚，熔池截面形狀過大，容易造成部分熔池脫離保護氣體范圍，產(chǎn)生密集氣孔。因此在操作過程中，焊工在保證焊接質(zhì)量的同時需適當(dāng)提高焊接速度。

5 結(jié)束語

經(jīng)過對國產(chǎn)RMD焊接設(shè)備內(nèi)置參數(shù)熱引弧的增加和收弧過程中對焊接電流的精整控制，有效控制了接頭產(chǎn)生的未熔合缺陷。同時，經(jīng)過現(xiàn)場實踐的不斷總結(jié)歸納，對外界干擾因素的細化分析、焊接過程中的工藝參數(shù)改進和加大對根焊焊工操作技巧的提升，焊接效率和根焊質(zhì)量得到了明顯提升，基本克服了接頭未熔合缺欠和根部密集氣孔等缺欠。改進后在某焊接機組施工的1568道焊口中，根焊射線檢測合格率和相控陣超聲波檢測合格率達到99.87%，取得了滿意的效果。