胡多多

國家管網(wǎng)集團(tuán)東部儲運公司搶維修中心

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

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

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

1  單焊炬自動焊接工藝

1.1  B型套筒縱焊縫焊接

（1）坡口形式、焊接層次及道數(shù)。縱焊縫坡口形式為V型，背墊材質(zhì)及規(guī)格為20號鋼、3 mm×30 mm （圖 1- a），其中坡口面角度β20.0 °±1.5 °， 鈍邊ρ0 mm， 對口間隙b2.5 mm～ 4.0 mm；錯邊量不超過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 處均勻測量圓周上4點的溫度。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+），熔滴過渡為顆粒過渡。自動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。在管徑1016 mm、X70管道進(jìn)行B型套筒縱焊縫焊接試驗（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現(xiàn)場圖

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、焊接層次及道數(shù)。環(huán)角焊縫組對如圖 3（a）所示，接頭形式采用環(huán)形搭接角焊縫，組對間隙不大于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處均勻測量圓周上4點的溫度。預(yù)熱溫度≥30℃，道間溫度30℃～50℃。焊接電流、熔滴過渡形式同縱焊縫焊接。全自動環(huán)形軌道與B型套筒平行且距離一致，擺動方式為角擺。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，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。在管徑1016 mm、X70管道進(jìn)行B型套筒環(huán)角焊縫焊接試驗（圖 4），焊接參數(shù)如表 2所示。

圖 4 環(huán)角焊縫焊接試驗現(xiàn)場圖

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

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

2  自動焊接注意事項

（1）安裝縱焊縫焊接軌道時，檢查磁性軌道吸力是否正常，有無消磁情況，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)前檢查自動焊設(shè)備各個接頭是否安裝正確且連接牢固，開機(jī)后檢查機(jī)頭各個動作是否正常，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�？v焊縫焊接時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。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，及時清理層間飛濺，熔合不好的地方及時用砂輪機(jī)進(jìn)行打磨至光滑過渡。在環(huán)角焊縫10點鐘至2點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)無損檢測結(jié)果統(tǒng)計，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；焊接時防風(fēng)措施不到位；焊槍保護(hù)噴嘴清理不及時，保護(hù)氣流量大或小都有可能會出現(xiàn)密集氣孔；層間飛濺清理不及時。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，清理時注意不要把焊道之間的搭接處打磨成夾溝；加強防風(fēng)措施；將焊接電壓略加大一些，從而減小飛濺程度，增強電弧的穩(wěn)定性；加快焊接小車行走速度，角向擺動調(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)夾溝時未及時打磨平整，焊接電流過小。解決辦法：焊接每一道時，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點至2點鐘位置時，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  效果對比

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

表 3 自動焊接與人工焊接所需工時與耗材對比結(jié)果

從表 3可以看出，不考慮軌道安裝、小車調(diào)整、管口組對等用時及差異，與人工焊接相比，自動焊純焊接用時縮短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

選擇單焊炬全位置自動焊接系統(tǒng)，采用自動焊接工藝在X70大口徑管道進(jìn)行了B型套筒焊接試驗，焊接質(zhì)量合格。與人工焊接相比，用時短，耗材少，節(jié)省人力資源成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯。同時，自動焊接工藝降低了對人員技術(shù)水平的依賴。目前試驗結(jié)果僅在車間進(jìn)行了焊接試驗，驗證了采用自動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，取得的試驗數(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)，在運行管道有一定壓力和介質(zhì)流動狀況下，開展在役管道的自動焊接工藝研究，摸索出一套適用于生產(chǎn)實際的自動焊接工藝。

作者簡介：胡多多，1992年生，碩士研究生，工程師，畢業(yè)于長江大學(xué)油氣儲運專業(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。