段紅彥

(中石化河南油建工程有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

1 工程概況

江蘇濱海LNG 配套管線安徽天長(zhǎng)—合肥項(xiàng)目施工二標(biāo)段管道起于南譙區(qū)與來(lái)安縣交界處，向西南方向整體沿S22 天潛高速敷設(shè)，止于全椒縣境內(nèi)一分干渠。管道沿線地貌滁州市南譙區(qū)境內(nèi)微地貌為波狀平原，地形略有起伏。滁州市全椒縣境內(nèi)微地貌以波狀平原和河谷平原為主，波狀平原區(qū)地形略有起伏。河谷平原主要分布于河流兩側(cè)。地形較為平坦開闊管道全長(zhǎng)49.14 km。管道沿線設(shè)置1 座站場(chǎng)，2 座閥室，定向鉆穿越11 條，頂管穿越14 處(其中鐵路頂管穿越4處)。該管道設(shè)計(jì)壓力10 MPa，管徑D914 mm，采用L485M 直縫埋弧焊鋼管，外防腐層采用3 層PE 加強(qiáng)級(jí)防腐層，內(nèi)涂層采用環(huán)氧型內(nèi)減阻涂料。工程概況如表1 所示。

表1 工程概況一覽表

2 焊接工藝

自動(dòng)焊接的方式主要分為以下兩種：

(1)內(nèi)焊機(jī)根焊＋外焊機(jī)自動(dòng)焊

該種焊接方式采用多焊炬內(nèi)焊機(jī)進(jìn)行組對(duì)和根焊，外焊機(jī)自動(dòng)焊進(jìn)行熱焊、填充和蓋面焊。由于內(nèi)焊機(jī)焊接效率提高，自動(dòng)焊機(jī)組整體效率大幅提升。

由于內(nèi)焊機(jī)爬坡能力(不大于15°)以及自身可通過(guò)的曲率半徑(大于40D)等受限，該種自動(dòng)焊接方式適用于地形起伏小于15°平原段主線路焊接。

(2) 組合自動(dòng)焊(STT/RMD/GTAW 根焊+ 外焊接自動(dòng)焊)

寡頭廠商利潤(rùn)的增長(zhǎng)除了來(lái)自于市場(chǎng)份額的擴(kuò)大，還應(yīng)當(dāng)來(lái)自于成本的降低或者生產(chǎn)效率的提高。如果通過(guò)串謀提價(jià)能夠輕易擴(kuò)大利潤(rùn)，就會(huì)減緩行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)效率的提高，這對(duì)行業(yè)發(fā)展是不利的。

STT/RMD 是一種控制熔敷金屬過(guò)渡方式的技術(shù)，具有焊接速度快、焊縫成型好、焊接缺陷易控制、飛濺少、容易操作等特點(diǎn)。進(jìn)行焊接時(shí)常采用CO2+Ar 作為保護(hù)氣，特別適用于全位置下向焊接，目前廣泛應(yīng)用于管道安裝焊接中。氬弧焊根焊熔渣流動(dòng)性好、焊縫金屬純凈，具有抗冷裂及沖擊韌性優(yōu)良的特點(diǎn)。

組合自動(dòng)焊根據(jù)靈活，對(duì)地形坡度等適應(yīng)性更強(qiáng)，目前該焊接方式作為內(nèi)焊機(jī)自動(dòng)焊的補(bǔ)充，主要應(yīng)用于地形坡度大于15°的低山丘陵及連頭等焊接。

該工程位于皖東平原地區(qū)，沿線以平原為主，局部地區(qū)地勢(shì)起伏較大，穿越數(shù)量較多。根據(jù)勘察資料，高丘段坡度15°～20°之間，推薦采用組合自動(dòng)焊方式，除高丘地貌外，主線路采用全自動(dòng)焊作為主要焊接方式，在管道穿越公路、河流等位置，可采用組合自動(dòng)焊的方式進(jìn)行施工。具體焊接方式如表2 所示。

表2 管道自動(dòng)焊焊接方式一覽表

3 自動(dòng)焊焊接設(shè)備及焊接材料

線路焊接采用熔化極氣體保護(hù)焊(內(nèi)焊機(jī)根焊+雙焊炬外焊機(jī)熱焊、填充、蓋面)工藝，焊接設(shè)備為熊谷內(nèi)焊+熊谷外焊焊接設(shè)備，雙V 復(fù)合型坡口，內(nèi)焊材料為L(zhǎng)incoln Pipeliner 70S-6 (φ0.9 mm)，外焊材料為L(zhǎng)incoln Pipeliner 70S-6 (φ1.0 mm)。

內(nèi)補(bǔ)焊采用熔化極氣體保護(hù)焊(內(nèi)焊機(jī)補(bǔ)焊槍半自動(dòng)焊)工藝，焊接設(shè)備為熊谷內(nèi)焊設(shè)備，內(nèi)焊材料為L(zhǎng)incoln Pipeliner 70S-6(φ0.9mm)

4 焊接工藝參數(shù)的選擇

焊接工藝參數(shù)是焊接時(shí)為了保證焊接質(zhì)量而選定的各項(xiàng)控制數(shù)據(jù)。其常見的主要為焊接電流、電弧電壓、焊接速度、電流的種類和極性、焊絲直徑和伸出長(zhǎng)度的影響及焊接工藝因素對(duì)焊縫尺寸的影響。針對(duì)自動(dòng)焊來(lái)說(shuō)，減少了人為因素的干預(yù)，就顯得參數(shù)的重要性。其自動(dòng)焊主要焊接工藝參數(shù)如表3 所示。

表3 全自動(dòng)焊接參數(shù)一覽表

5 全自動(dòng)焊機(jī)組配置

為進(jìn)一步加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)綜合管理，促進(jìn)項(xiàng)目管理與施工機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)管理的相互融合，提高施工水平，規(guī)范施工質(zhì)量，形成良好施工氛圍，全面提升施工機(jī)組管理能力，促進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)管理科學(xué)化、規(guī)范化、制度化，切實(shí)堅(jiān)持并持續(xù)改善施工現(xiàn)場(chǎng)的綜合管理，最終達(dá)到優(yōu)化配置機(jī)組管理水平，具體機(jī)組配置表如表4 所示。

表4 全自動(dòng)焊機(jī)組配置

6 全自動(dòng)焊典型缺陷分析及措施

通過(guò)檢測(cè)結(jié)果分析，全自動(dòng)焊接二機(jī)組在江蘇濱海LNG 配套管線安徽天長(zhǎng)—合肥項(xiàng)目施工中出現(xiàn)的焊接典型缺陷進(jìn)行分析，針對(duì)自動(dòng)焊施工中出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行了總結(jié)，制定了相應(yīng)的控制措施。

(1)根部未熔合

內(nèi)焊機(jī)焊槍為不擺動(dòng)焊接，熔深小，對(duì)內(nèi)坡口變化比較敏感，如果錯(cuò)邊量過(guò)大或內(nèi)坡口高度超高，容易產(chǎn)生未熔合，本項(xiàng)目出現(xiàn)的根部未熔合缺陷口疊加了地形坡度的原因。故在對(duì)口過(guò)程中，必須控制錯(cuò)邊量，不能以規(guī)范要求誤差為目標(biāo)，而是最大化減少錯(cuò)邊量，采取加墊片、焊條、焊絲墊塊等措施，使錯(cuò)邊量盡量不超過(guò)1.0 mm；在使用加長(zhǎng)線時(shí)，因電流的輸出衰減，導(dǎo)致內(nèi)焊槍電弧不穩(wěn)定，產(chǎn)生未熔合，在進(jìn)行多接一內(nèi)焊時(shí)，應(yīng)注意試焊，增加電流達(dá)到最佳效果；其他細(xì)節(jié)性原因如：焊槍角度變化未及時(shí)調(diào)整、偏絲、偏槍等。

(2)熱焊、填充層未熔合

軌道連接板處焊接小車行走不暢，導(dǎo)致軌道連接板位置填充層未熔合：替換軌道后，此缺陷未出現(xiàn)：后續(xù)每日焊接前應(yīng)仔細(xì)檢查軌道狀態(tài)，將連接板位置放置在11 點(diǎn)鐘平焊位置，此處連接板對(duì)焊接的影響程度小。焊接過(guò)程中，著重觀察軌道連接板處的小車行走狀態(tài)和熔池狀態(tài)。0 點(diǎn)位置是未熔合缺陷產(chǎn)生比較頻繁的位置，其主要原因有：起弧位置電弧不穩(wěn)，電弧偏移，弧長(zhǎng)不足，導(dǎo)致起弧位置熔池少，鐵水?dāng)偛婚_；0點(diǎn)位置接頭打磨不仔細(xì)，底部不圓滑，長(zhǎng)度不足，頂部不夠平緩，損傷坡口；起弧位置擺寬不足。主要采取的措施有：縮短焊絲干伸、加長(zhǎng)接頭打磨距離、對(duì)焊工進(jìn)行強(qiáng)調(diào)、注意坡口打磨質(zhì)量、根據(jù)熔池及檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整擺寬。熱焊層產(chǎn)生的未熔合主要原因是對(duì)口錯(cuò)邊量過(guò)大，熱焊前未針對(duì)坡口情況進(jìn)行打磨，導(dǎo)致鈍邊未熔合。在熱焊開始前，應(yīng)仔細(xì)觀察坡口狀態(tài)，坡口中線盡量處于平滑狀態(tài)；坡口加工誤差較大，在全自動(dòng)焊接參數(shù)已設(shè)定好的情況下 ，如果坡口加工過(guò)大，導(dǎo)致組對(duì)開口寬度過(guò)大，在焊接過(guò)程中未及時(shí)調(diào)整相關(guān)焊接參數(shù)，導(dǎo)致未熔合。需加強(qiáng)坡口加工質(zhì)量，把控組對(duì)間隙，每一道焊口均保持在最優(yōu)的坡口尺寸；3 點(diǎn)至9 點(diǎn)位置未熔合，在下坡位置，未熔合缺陷主要出現(xiàn)在填充焊最后一道，此焊道因電弧跟蹤不充分會(huì)關(guān)閉，需要焊工進(jìn)行手動(dòng)控制，若在此位置加絲過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致母材未熔化時(shí)已被鐵水覆蓋，從而產(chǎn)生未熔合。此位置要求焊工著重觀察熔池狀態(tài)，適量減少加絲或直接減絲，同時(shí)調(diào)整其他參數(shù)如擺寬從而達(dá)到最適合的焊接匹配參數(shù)。送絲不暢：及時(shí)停止焊接，檢查送絲機(jī)是否卡頓和送絲輪是否脫軌； 在具有坡度的地形組對(duì)時(shí)，低側(cè)出現(xiàn)斷續(xù)未熔合，分析其原因?yàn)橹亓ψ饔檬硅F水向低側(cè)匯聚，低側(cè)坡口未等熔池?zé)?，便被鐵水蓋住，出現(xiàn)斷續(xù)未熔合，控制措施是在有坡度地段時(shí)，適當(dāng)增加擺寬，減少送絲量。

(3)氣孔

保護(hù)氣體流量不足：檢查氣路是否有堵塞，調(diào)節(jié)氣體流量，檢查電磁閥是否損壞，檢查噴嘴是否黏有飛濺物過(guò)多，及時(shí)清理。電流電壓不匹配：線能量不足而冷卻速度過(guò)快時(shí)，氣體來(lái)不及逸出，需調(diào)整焊接參數(shù)。坡口面、焊絲生銹、粘有油污：焊接前仔細(xì)檢查清理坡口表面，及時(shí)觀察焊絲狀態(tài)。氣體成分不純，含水量過(guò)大：更換保護(hù)氣，檢查保護(hù)氣氣瓶加熱裝置是否開啟。環(huán)境濕度過(guò)大：嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程規(guī)定的焊接環(huán)境施焊，預(yù)熱溫度不足。

(4)咬邊

咬邊形成的原因主要是焊接速度過(guò)快，停留時(shí)間過(guò)小，焊槍擺頻過(guò)大或過(guò)小，外焊機(jī)擺寬不足，雙槍間距過(guò)小等，主要控制措施：根據(jù)焊縫成型情況及時(shí)調(diào)整操作手法和參數(shù)；嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化操作；對(duì)已經(jīng)形成的超標(biāo)咬邊缺陷打磨去除焊道后重新補(bǔ)焊。

(5)余高超高

主要出現(xiàn)在仰焊位置，其主要原因是仰焊位置鐵水受重力作用下墜，為避免未熔合通常此部分送絲較大，并且填充層在此位置焊道都比較厚，容易產(chǎn)生余高超高。主要控制措施有到此位置加大行走速度，增加擺寬等，已出現(xiàn)的余高超高通常應(yīng)打磨到規(guī)范要求值以內(nèi)。

(6)內(nèi)焊機(jī)整體斷弧

內(nèi)焊機(jī)檢測(cè)定位塊失誤，導(dǎo)致焊槍提前熄弧。內(nèi)焊機(jī)檢測(cè)定位塊主要作用是跟蹤內(nèi)焊槍行走位置，及時(shí)起弧和熄弧。對(duì)鐵塊非常敏感，若距離后脹塊過(guò)近或內(nèi)焊機(jī)有雜物，容易導(dǎo)致檢測(cè)失誤從而導(dǎo)致熄弧，此問題需廠家調(diào)整一下定位塊位置(后調(diào)4 mm)，但不能調(diào)整過(guò)大，否則可能導(dǎo)致定位失靈，拉斷焊槍電纜線。

7 自動(dòng)焊其他質(zhì)量管理措施

(1)焊接材料管理

焊接材料存放保持適宜的溫度和濕度，庫(kù)房?jī)?nèi)設(shè)置干濕溫度計(jì)。室內(nèi)溫度在5 ℃以上，相對(duì)濕度不超過(guò)60%。庫(kù)房保持干燥、清潔，不得存放有害介質(zhì)。焊材堆放必須離地、離墻300 mm。焊接材料按有關(guān)的技術(shù)要求和安全規(guī)程妥善保管。因吸潮可能導(dǎo)致失效的焊材在存放時(shí)采取必要的防潮措施，如設(shè)置貨架，采用防潮劑或除濕劑等。品種、牌號(hào)、型號(hào)、批號(hào)、規(guī)格、入庫(kù)時(shí)間不同的材料分類存放，有明確的區(qū)分標(biāo)志，避免混雜。材料管理人員具備相應(yīng)的焊接材料保存的基本知識(shí)，熟悉本崗位各項(xiàng)管理程序和制度，定期對(duì)庫(kù)存焊接材料進(jìn)行檢查，并將結(jié)果進(jìn)行書面記錄，發(fā)現(xiàn)由于保存不當(dāng)而可能出現(xiàn)影響焊接質(zhì)量的缺陷時(shí)，會(huì)同有關(guān)部門及時(shí)處理。焊接材料在使用過(guò)程中，注意保持焊接材料的識(shí)別標(biāo)志，以免發(fā)生錯(cuò)用，造成質(zhì)量事故。焊接材料管理員對(duì)焊接材料發(fā)放及回收應(yīng)做詳細(xì)記錄，回收數(shù)量必須與實(shí)際回收數(shù)量保持一致，達(dá)到焊接材料使用的可追溯性。

(2)氣體管理

項(xiàng)目部質(zhì)檢員、材料人員定期到廠家核查混合氣體的純度、配比及檢測(cè)報(bào)告，確?；旌蠚怏w出廠的純度和配比滿足工藝規(guī)程要求。材料人員對(duì)入場(chǎng)氣瓶進(jìn)行檢查，氣瓶顏色滿足上半部鋁白色、下半部銀灰色；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混合氣體配比，CO2與Ar 比例保證達(dá)到1∶4，檢查現(xiàn)場(chǎng)氣瓶合格證CO2氣體純度≥99.5%，Ar 氣體純度≥99.96%；氣瓶制造標(biāo)記、檢驗(yàn)標(biāo)記、充裝標(biāo)簽、警示標(biāo)簽、防護(hù)帽、防護(hù)膠圈等齊全，氣瓶顏色符合、外表無(wú)缺陷，在檢驗(yàn)有效期內(nèi)。各類氣瓶壓力表齊全完好，在檢驗(yàn)期內(nèi)。液化氣瓶必須安裝減壓閥，乙炔氣瓶必須安裝防回火裝置。現(xiàn)場(chǎng)各類氣瓶分類存放，保持安全距離，擺放位置統(tǒng)一、規(guī)范?；旌蠚馄?、氧氣瓶和乙炔氣瓶未使用時(shí)，要將氣瓶防護(hù)帽戴好。

(3)日常管理

加強(qiáng)焊工責(zé)任心教育，嚴(yán)格三檢制，細(xì)化工序管理，加大焊工重新進(jìn)行焊接工藝規(guī)程的詳細(xì)交底。焊接時(shí)，要求焊工掌握好焊絲擺動(dòng)角度，在坡口部位適當(dāng)停留，保證焊滴與坡口完全熔合?？刂茖娱g溫度[1]，尤其是停焊后再焊時(shí)，重新預(yù)熱到規(guī)定溫度，滿足焊接工藝規(guī)程要求。焊接過(guò)程中，注意觀察熔池金屬的異常情況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)打磨處理。做好坡口清理，完全清除坡口表面及附近區(qū)域的污物、銹蝕及表面缺陷等，露出金屬光澤，控制好電流、電壓、焊接速度等焊接參數(shù)。

在班前講話時(shí)強(qiáng)調(diào)質(zhì)量的重要性及焊接過(guò)程中的注意事項(xiàng)?？刂坪缚诮M對(duì)質(zhì)量，在組對(duì)前仔細(xì)清理焊道及坡口兩側(cè)的鐵銹、水跡、油污及其他雜質(zhì)，并遵守焊接工藝要求，以保證焊接質(zhì)量。焊接時(shí)嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行焊接操作，控制電流、電壓和焊接速度，根據(jù)焊接位置的變化及時(shí)調(diào)整焊接角度。在焊接過(guò)程中應(yīng)仔細(xì)觀察焊道熔池[2]，出現(xiàn)焊絲跳弧，焊絲偏弧等現(xiàn)象立即停止施焊，將不把握段和缺陷位置磨透后重新開始方可繼續(xù)施焊，電流及電壓嚴(yán)格按照工藝規(guī)程執(zhí)行。

8 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)焊焊接在江蘇濱海LNG 配套管線安徽天長(zhǎng)-合肥項(xiàng)目施工項(xiàng)目中的成功運(yùn)用，為提高全自動(dòng)焊焊接質(zhì)量控制積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。自動(dòng)焊焊接工藝的應(yīng)用需要一個(gè)探索總結(jié)提升過(guò)程，涉及自動(dòng)焊設(shè)備匹配不同工況(鋼管規(guī)格變換、環(huán)境變換、工藝變換)下焊機(jī)焊接參數(shù)調(diào)試，焊接缺陷原因分析與控制，項(xiàng)目質(zhì)量保障實(shí)施開展跟進(jìn)。