胡多多

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)東部?jī)?chǔ)運(yùn)公司搶維修中心

摘要：近年來(lái)，效率高、質(zhì)量穩(wěn)定的全自動(dòng)焊接技術(shù)在長(zhǎng)輸管道施工中得到了廣泛應(yīng)用。針對(duì)X70高鋼級(jí)大口徑管道B型套筒自動(dòng)焊接工藝開展焊接試驗(yàn)研究，選擇全位置自動(dòng)焊接系統(tǒng)，確定了B型套筒縱焊縫焊接、環(huán)角焊縫焊接等關(guān)鍵工序的自動(dòng)焊接工藝，介紹了自動(dòng)焊接注意事項(xiàng)及焊接缺陷的產(chǎn)生及處理方法，通過(guò)焊接試驗(yàn)表明焊接質(zhì)量合格。將其與人工焊接進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示可以縮短焊接用時(shí)34%、節(jié)省耗材25%。

關(guān)鍵詞：高鋼級(jí)大口徑管道；B型套筒；自動(dòng)焊接工藝；焊接應(yīng)用試驗(yàn)

長(zhǎng)輸管道自動(dòng)焊技術(shù)具有效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、對(duì)操作人員要求低的特點(diǎn)，目前得到了廣泛應(yīng)用，我國(guó)在西氣東輸三線、陜京三線、陜京四線、中俄原油管道二線等新建長(zhǎng)輸管道施工中也相繼應(yīng)用了全自動(dòng)焊接工藝。本文選擇管道外掛式全位置自動(dòng)焊接系統(tǒng)，針對(duì)X70高鋼級(jí)大口徑管道B型套筒自動(dòng)焊接工藝開展試驗(yàn)研究，為提升管道搶維修技術(shù)實(shí)力提供支撐。

1  單焊炬自動(dòng)焊接工藝

1.1  B型套筒縱焊縫焊接

（1）坡口形式、焊接層次及道數(shù)�？v焊縫坡口形式為V型，背墊材質(zhì)及規(guī)格為20號(hào)鋼、3 mm×30 mm （圖 1- a），其中坡口面角度β20.0 °±1.5 °， 鈍邊ρ0 mm， 對(duì)口間隙b2.5 mm～ 4.0 mm；錯(cuò)邊量不超過(guò)3.0 mm，余高0 mm～2.0 mm，局部不高于3.0 mm，蓋面焊縫寬度為坡口上口每側(cè)增寬0.5 mm～2.0 mm，焊接層數(shù)為根焊1 層、填充焊4層11道、蓋面焊1 層5道（圖 1- b）。

圖 1 B型套筒縱焊縫焊接示意

（2）焊前準(zhǔn)備。采用鏈條卡具組對(duì)口方式。坡口兩側(cè)25 mm打磨出金屬光澤。選擇火焰加熱方式，預(yù)熱寬度為坡口兩側(cè)大于75 mm，并在距管口25 mm 處均勻測(cè)量圓周上4點(diǎn)的溫度。預(yù)熱溫度≥80℃，道間溫度50℃～80℃。焊接電流為直流（DC）、正極性接法（DC+），熔滴過(guò)渡為顆粒過(guò)渡。自動(dòng)焊接軌道宜安裝在坡口下側(cè)，距坡口尺寸調(diào)節(jié)一致，角擺方式。按照焊接工藝要求，準(zhǔn)備焊材。

（3）焊接試驗(yàn)。在管徑1016 mm、X70管道進(jìn)行B型套筒縱焊縫焊接試驗(yàn)（圖 2），焊接參數(shù)如表 1所示。

圖 2 B型套筒縱焊縫焊接試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖

表 1 縱焊縫焊接參數(shù)表

1.2  B型套筒環(huán)角焊縫焊接

（1）組對(duì)、焊接層次及道數(shù)。環(huán)角焊縫組對(duì)如圖 3（a）所示，接頭形式采用環(huán)形搭接角焊縫，組對(duì)間隙不大于2.5 mm，焊腳尺寸40 mm×40 mm，焊接層次及道數(shù)如圖 3（b）所示。

圖 3 B型套筒環(huán)角焊縫焊接示意

（2）焊前準(zhǔn)備。焊接前先將縱焊縫的引弧板和熄弧板切割掉，打磨至套袖完整狀態(tài)。焊縫兩側(cè)25 mm打磨出金屬光澤。電加熱、感應(yīng)加熱或火焰加熱方式均可，預(yù)熱寬度為角焊縫兩側(cè)大于75 mm，并在距焊縫25 mm處均勻測(cè)量圓周上4點(diǎn)的溫度。預(yù)熱溫度≥30℃，道間溫度30℃～50℃。焊接電流、熔滴過(guò)渡形式同縱焊縫焊接。全自動(dòng)環(huán)形軌道與B型套筒平行且距離一致，擺動(dòng)方式為角擺。按照焊接工藝要求，準(zhǔn)備焊材。

（3）墊層及回火焊道。按圖圖 3（b）標(biāo)注1至4焊道焊接墊層，3道和4道之間焊接回火焊道，如圖 3（b）所示第5焊道。

（4）封根焊道。墊層及回火焊道焊完后進(jìn)行封根焊，如圖 3（b）所示第6焊道。封根焊要保證套袖側(cè)棱角完全融合。

（5）回火焊道。在蓋面焊時(shí)，在最后一道焊縫處采用回火焊道工藝，焊后打磨距母材1 mm厚，且平整，如圖 3（b）所示第20焊道。

（6）焊接試驗(yàn)。在管徑1016 mm、X70管道進(jìn)行B型套筒環(huán)角焊縫焊接試驗(yàn)（圖 4），焊接參數(shù)如表 2所示。

圖 4 環(huán)角焊縫焊接試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖

1.3  焊后保溫緩冷

縱焊縫、環(huán)角焊縫焊接完成后，使用石棉被對(duì)焊縫保溫緩冷（圖 5）。

圖 5 焊后采用石棉被保溫緩冷

1.4  焊接質(zhì)量檢驗(yàn)

完成B型套筒焊接試驗(yàn)后，對(duì)焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。所有焊縫外觀檢查合格，48 h后采用磁粉探傷、相控陣進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果合格。

2  自動(dòng)焊接注意事項(xiàng)

（1）安裝縱焊縫焊接軌道時(shí)，檢查磁性軌道吸力是否正常，有無(wú)消磁情況，軌道距離坡口邊緣尺寸一致。環(huán)角焊縫軌道安裝距離要保證從墊層到蓋面依次焊接完成。

（2）開機(jī)前檢查自動(dòng)焊設(shè)備各個(gè)接頭是否安裝正確且連接牢固，開機(jī)后檢查機(jī)頭各個(gè)動(dòng)作是否正常，檢查氣體流量是否合適。

（3）焊接起弧前應(yīng)將焊槍調(diào)整至合適的位置，焊接開始就要調(diào)整焊槍與擺寬，觀察坡口兩側(cè)的熔合情況。縱焊縫焊接時(shí)注意觀察上坡口填充量及熔合情況，環(huán)角焊縫在打墊層焊接時(shí)控制好行走速度，在保證熔合正常的情況下盡可能行走快一點(diǎn)。每一層焊接完成后務(wù)必清理導(dǎo)電嘴，并調(diào)節(jié)保護(hù)氣罩至合適位置。

（4）焊接工作結(jié)束后應(yīng)將焊接小車從軌道摘下，放置小車前應(yīng)盡量將焊槍送絲管捋順，不宜打彎放置，否則易使焊槍送絲管變形，導(dǎo)致送絲不暢。

（5）每一層焊接完成后，及時(shí)清理層間飛濺，熔合不好的地方及時(shí)用砂輪機(jī)進(jìn)行打磨至光滑過(guò)渡。在環(huán)角焊縫10點(diǎn)鐘至2點(diǎn)鐘位置特別注意層間及飛濺清理。

3  焊接缺陷的產(chǎn)生及處理方法

根據(jù)無(wú)損檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，焊接產(chǎn)生的缺陷主要有兩種：圓形缺陷 、條形缺陷（含直線未熔及間斷未熔）。

（1）圓形缺陷。形成原因： 焊口加熱溫度不夠，層間溫度不足；焊接時(shí)防風(fēng)措施不到位；焊槍保護(hù)噴嘴清理不及時(shí)，保護(hù)氣流量大或小都有可能會(huì)出現(xiàn)密集氣孔；層間飛濺清理不及時(shí)。解決方法：清理好每層焊縫內(nèi)的雜質(zhì)，盡可能使用砂輪機(jī)打磨，清理時(shí)注意不要把焊道之間的搭接處打磨成夾溝；加強(qiáng)防風(fēng)措施；將焊接電壓略加大一些，從而減小飛濺程度，增強(qiáng)電弧的穩(wěn)定性；加快焊接小車行走速度，角向擺動(dòng)調(diào)節(jié)合適。

（2）條形缺陷。原因：焊槍的角度不合適，層間出現(xiàn)夾溝時(shí)未及時(shí)打磨平整，焊接電流過(guò)小。解決辦法：焊接每一道時(shí)，調(diào)整好焊槍角度，熔寬搭接上一道焊縫的1/2左右，在焊接環(huán)角焊縫10點(diǎn)至2點(diǎn)鐘位置時(shí)，容易出現(xiàn)較深的夾溝，應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)小車行走速度，減小擺寬，適當(dāng)增加焊接電流。

4  效果對(duì)比

從所需工時(shí)、耗材兩等方面對(duì)比自動(dòng)焊接與人工焊接的差異，結(jié)果如表 3所示。

表 3 自動(dòng)焊接與人工焊接所需工時(shí)與耗材對(duì)比結(jié)果

從表 3可以看出，不考慮軌道安裝、小車調(diào)整、管口組對(duì)等用時(shí)及差異，與人工焊接相比，自動(dòng)焊純焊接用時(shí)縮短34%；采用藥芯焊絲，比人工使用焊條節(jié)省耗材25%。焊工可由4人減至2人，其優(yōu)越性突出。

5  結(jié)語(yǔ)

選擇單焊炬全位置自動(dòng)焊接系統(tǒng)，采用自動(dòng)焊接工藝在X70大口徑管道進(jìn)行了B型套筒焊接試驗(yàn)，焊接質(zhì)量合格。與人工焊接相比，用時(shí)短，耗材少，節(jié)省人力資源成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯。同時(shí)，自動(dòng)焊接工藝降低了對(duì)人員技術(shù)水平的依賴。目前試驗(yàn)結(jié)果僅在車間進(jìn)行了焊接試驗(yàn)，驗(yàn)證了采用自動(dòng)焊接工藝焊接大口徑管道B型套筒的可行性，沒有模擬在役管道工況進(jìn)行試驗(yàn)，取得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)還有一定的局限性。下一步將結(jié)合在役管道封堵?lián)Q管作業(yè)，在運(yùn)行管道有一定壓力和介質(zhì)流動(dòng)狀況下，開展在役管道的自動(dòng)焊接工藝研究，摸索出一套適用于生產(chǎn)實(shí)際的自動(dòng)焊接工藝。

作者簡(jiǎn)介：胡多多，1992年生，碩士研究生，工程師，畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣管道維搶修技術(shù)研究工作。聯(lián)系方式：18552923260，hudd@pipechina.com.cn。