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        國產(chǎn)RMD設(shè)備根焊操作技術(shù)常見焊接缺陷解析

        2021-12-22 06:14:42湯海東岳遠(yuǎn)明武國峰劉光鈺
        金屬加工(熱加工) 2021年12期
        關(guān)鍵詞:焊接設(shè)備焊槍密集

        湯海東,岳遠(yuǎn)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(jìn)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(biāo)段全長151.307k m,設(shè)計(jì)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(dòng)自保護(hù)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(jì) 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(shí),錯(cuò)變量≤2.2mm,當(dāng)壁厚為21mm時(shí),錯(cuò)變量≤2.5mm。

        圖1 接頭形式

        (2)工藝要求 保護(hù)氣體為混合性氣體(80%Ar+20%CO2);保護(hù)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(jī)。

        3 RMD根焊技術(shù)特點(diǎn)

        1)能夠精準(zhǔn)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(cuò)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(cuò)邊內(nèi)部成形

        3)采用半自動(dòng)氣體保護(hù)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(dòng)氣體保護(hù)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]?,F(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(shí)現(xiàn)場使用角磨機(jī)對缺陷位置進(jìn)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(shí),根焊起點(diǎn)是從12點(diǎn)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(shí),由于新起弧時(shí)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(shí),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(shí),焊槍運(yùn)行到打磨的斜坡狀缺口處時(shí)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(diǎn),這時(shí)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(jī)制造廠家研發(fā)工程師溝通,同時(shí)在有經(jīng)驗(yàn)的焊工配合下,提出調(diào)整焊機(jī)內(nèi)置參數(shù)中的起弧電流和增加收弧電流參數(shù)精準(zhǔn)控制,能夠降低或消除產(chǎn)生接頭未熔合缺陷。

        具體操作實(shí)施如下:

        1)起弧參數(shù)調(diào)整:通過現(xiàn)場多次試驗(yàn)調(diào)節(jié),在起弧后增加一段時(shí)間恒壓控制,即采用氣體保護(hù)焊模式起弧,在這段時(shí)間內(nèi)增加熱起弧電流,有利于快速打開熔池,增強(qiáng)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(shí)采用特殊四步功能,在遇到下向焊接頭快要收弧時(shí),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(dá)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(diǎn)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(diǎn)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(hù)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(hù)氣體,因此氣體挺度較差,保護(hù)區(qū)域容易受到外界和管內(nèi)氣流干擾,焊接時(shí)熔池得不到有效保護(hù)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(hù)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(dòng)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(rèn)真檢查,同時(shí)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(jìn)行封堵或是敞開,使壓力平衡。

        2)使用前認(rèn)真檢查氣瓶內(nèi)的壓力,當(dāng)壓力<1.0MPa時(shí)會造成焊槍噴嘴供氣不足,保護(hù)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(shí),要配備氣體配比檢測儀器,嚴(yán)格控制氣瓶內(nèi)的混合比例。

        3)氣體流量選擇應(yīng)嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程中的要求進(jìn)行調(diào)節(jié),同時(shí)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(jìn)行認(rèn)真檢查,防止因氣帶破損或接頭松動(dòng)而出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

        5)根據(jù)焊接時(shí)間及時(shí)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(hù)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(shí)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(diǎn)處和13~15點(diǎn)處極易出現(xiàn)密集氣孔,因此要將焊槍角度精準(zhǔn)控制在80°±2°內(nèi),這樣焊接保護(hù)氣體能夠有效保護(hù)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(shí)焊接過程中應(yīng)根據(jù)間隙和鈍邊大小,隨時(shí)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(shí),噴嘴與工件的距離過大,會因保護(hù)氣體挺度不足而使熔池的保護(hù)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(shí),要選用最短的干伸長進(jìn)行焊接操作。

        8)焊接過程中,由于焊工帶動(dòng)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(hù)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(shí)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(shí),經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐的不斷總結(jié)歸納,對外界干擾因素的細(xì)化分析、焊接過程中的工藝參數(shù)改進(jìn)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(jìn)后在某焊接機(jī)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(dá)到99.87%,取得了滿意的效果。

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