大口徑、厚壁管道的全自動(dòng)焊接

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　　全自動(dòng)焊接大口徑、厚壁（大于21mm）管線經(jīng)常采用U型坡口或復(fù)合型坡口，由于U型坡口、復(fù)合坡口加工耗時(shí)、耗力制約管道焊接效率。V形坡口加工簡單，省時(shí)、省力，但大口徑、厚壁管線V型坡口全自動(dòng)焊接時(shí)，如焊接工藝參數(shù)選擇不當(dāng)，將導(dǎo)致焊接缺陷產(chǎn)生。

　　隨著管道建設(shè)用鋼管強(qiáng)度等級(jí)提高至X70、X80級(jí)別，管徑和壁厚的增大，從2003年起在管道施工中逐漸開始應(yīng)用自動(dòng)焊技術(shù)。管道自動(dòng)焊技術(shù)由于焊接效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，焊接過程受人為因素影響小等優(yōu)勢(shì)，在大口徑、厚壁管道建設(shè)的應(yīng)用中具有很大潛力。

　　但我國的管道自動(dòng)焊接技術(shù)正處于發(fā)展階段，焊接中的一些問題如根部未熔合、側(cè)壁未融合、坡口復(fù)雜等還沒有徹底解決；自動(dòng)焊接大口徑、厚壁管線經(jīng)常采用U型坡口或復(fù)合型坡口，管端坡口整形機(jī)等配套設(shè)施尚未成熟，所以研究大口徑、厚壁管道V型坡口自動(dòng)焊接技術(shù)十分有意義。

　　西氣東輸二線中衛(wèi)-靖邊聯(lián)絡(luò)線全線長度約345km，鋼管強(qiáng)度等級(jí)為X70，管徑為φ1016，壁厚為14.6mm、17.5mm、21.0mm和26.2mm，根據(jù)該工程特點(diǎn)長慶建設(shè)工程總公司引進(jìn)了CRC全自動(dòng)焊機(jī)，應(yīng)用在聯(lián)絡(luò)線第1B標(biāo)段壁厚為21.0mm管道上。

　　焊接方法、設(shè)備、材料

　　焊接方法采用STT根焊+CRC-P260自動(dòng)焊機(jī)熱焊、填充、蓋面。焊接設(shè)備：林肯STT焊機(jī)、林肯DC-400、CRC-P260自動(dòng)焊機(jī)。保護(hù)氣體：STT根焊保護(hù)氣100％CO2，全自動(dòng)焊保護(hù)氣為80％Ar＋20％CO₂。焊接材料如表1所示。

　　圖1坡口形式

　　接頭形式及焊道順序

　　焊道坡口形式如圖1所示，焊道順序如圖2所示。

　　焊接試驗(yàn)與分析

　　自動(dòng)焊常用復(fù)合坡口或U型坡口，在小壁厚管線中也可使用V型坡口，它們共同的特點(diǎn)就是坡口上口間隙較小。西氣東輸二線管道壁厚為21.0mm，V型坡口的上口寬度約為22mm，此寬度已接近CRC-P260焊槍擺幅極限。這樣的坡口型式對(duì)自動(dòng)焊接是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)確定了自動(dòng)焊試驗(yàn)焊接工藝參數(shù)（如表2所示）。

　　采用以上參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)焊接試驗(yàn)，試驗(yàn)焊接中發(fā)現(xiàn)自動(dòng)焊縫易出現(xiàn)缺陷有層間未熔合、側(cè)壁未熔合、密集氣孔、仰焊部位余高超標(biāo)等。

　　在試焊過程中，電流在210~235A、電壓在21~23V、送絲速度在420~480in/min、焊接速度在12~15in/min時(shí)，試驗(yàn)焊接中發(fā)現(xiàn)F1、F2、F3焊縫上幾乎未出現(xiàn)層間未熔合情況、坡口未熔合及密集氣孔情況。分析認(rèn)為F1、F2、F3、三道焊縫坡口寬度小，氣體保護(hù)充分，因而不會(huì)產(chǎn)生氮?dú)饪?；坡口寬度小使得焊槍擺幅小，擺動(dòng)頻率高，在送絲速度一定情況下母材與填充金屬熔合充分，因而產(chǎn)生未熔合的幾率較小；仰焊部位焊縫余高不大。

　　電流在200~250A、電壓在18~22V、送絲速度在400~500in/min、焊接速度在12~16in/min時(shí)，試驗(yàn)焊中發(fā)現(xiàn)F4、F5、F6部分焊縫立焊位置出現(xiàn)層間未熔合和坡口未熔合，但依然沒有氣孔出現(xiàn)，仰焊部分余高不大。產(chǎn)生層間未熔合和坡口未熔合的焊縫焊接電流小于220A，電壓21V，送絲速度小于450in/min，焊接速度大于15in/min，且焊槍擺動(dòng)頻率小于90次/min.提高送絲速度、電流電壓（調(diào)整焊絲伸出長度）、增大焊槍擺動(dòng)幅度同時(shí)盡量選擇較快的焊槍擺動(dòng)頻率、控制立焊部位焊接速度后，F(xiàn)4、F5、F6檢測(cè)后未發(fā)現(xiàn)層間未熔合和坡口未熔合。

　　電流在220~250A、電壓在20~22V、送絲速度在450~500in/min、焊接速度在14~16in/min時(shí)，蓋面焊縫未發(fā)現(xiàn)未熔合，但蓋面焊縫在仰焊位置余高超標(biāo)。分析認(rèn)為蓋面焊縫寬度約為18~22mm，這個(gè)寬度接近CRC-P260焊槍最大擺動(dòng)幅度，而寬焊縫、焊槍大擺幅、快擺頻使熔池存在時(shí)間長且焊槍運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)熔池有攪拌作用，仰焊位置熔敷金屬在重力、電磁力等作用下垂，進(jìn)而導(dǎo)致仰焊位置焊縫余高超標(biāo)。

　　為了保證良好的蓋面成型效果，蓋面焊在選擇較小的焊接速度的同時(shí)盡量減小焊槍擺動(dòng)頻率，使的蓋面焊縫薄而寬，從而減小了熔池存在時(shí)間，達(dá)到了減少仰焊位置余高的目的。

　　采用以上參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)焊接試驗(yàn)，試驗(yàn)焊接中發(fā)現(xiàn)自動(dòng)焊縫易出現(xiàn)缺陷有層間未熔合、側(cè)壁未熔合、密集氣孔、仰焊部位余高超標(biāo)等。

　　在試焊過程中，電流在210~235A、電壓在21~23V、送絲速度在420~480in/min、焊接速度在12~15in/min時(shí)，試驗(yàn)焊接中發(fā)現(xiàn)F1、F2、F3焊縫上幾乎未出現(xiàn)層間未熔合情況、坡口未熔合及密集氣孔情況。分析認(rèn)為F1、F2、F3、三道焊縫坡口寬度小，氣體保護(hù)充分，因而不會(huì)產(chǎn)生氮?dú)饪?；坡口寬度小使得焊槍擺幅小，擺動(dòng)頻率高，在送絲速度一定情況下母材與填充金屬熔合充分，因而產(chǎn)生未熔合的幾率較小；仰焊部位焊縫余高不大。

　　電流在200~250A、電壓在18~22V、送絲速度在400~500in/min、焊接速度在12~16in/min時(shí)，試驗(yàn)焊中發(fā)現(xiàn)F4、F5、F6部分焊縫立焊位置出現(xiàn)層間未熔合和坡口未熔合，但依然沒有氣孔出現(xiàn)，仰焊部分余高不大。產(chǎn)生層間未熔合和坡口未熔合的焊縫焊接電流小于220A，電壓21V，送絲速度小于450in/min，焊接速度大于15in/min，且焊槍擺動(dòng)頻率小于90次/min.提高送絲速度、電流電壓（調(diào)整焊絲伸出長度）、增大焊槍擺動(dòng)幅度同時(shí)盡量選擇較快的焊槍擺動(dòng)頻率、控制立焊部位焊接速度后，F(xiàn)4、F5、F6檢測(cè)后未發(fā)現(xiàn)層間未熔合和坡口未熔合。

　　電流在220～250A、電壓在20～22V、送絲速度在450～500in/min、焊接速度在14～16in/min時(shí)，蓋面焊縫未發(fā)現(xiàn)未熔合，但蓋面焊縫在仰焊位置余高超標(biāo)。分析認(rèn)為蓋面焊縫寬度約為18～22mm，這個(gè)寬度接近CRC-P260焊槍最大擺動(dòng)幅度，而寬焊縫、焊槍大擺幅、快擺頻使熔池存在時(shí)間長且焊槍運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)熔池有攪拌作用，仰焊位置熔敷金屬在重力、電磁力等作用下垂，進(jìn)而導(dǎo)致仰焊位置焊縫余高超標(biāo)。

　　為了保證良好的蓋面成型效果，蓋面焊在選擇較小的焊接速度的同時(shí)盡量減小焊槍擺動(dòng)頻率，使的蓋面焊縫薄而寬，從而減小了熔池存在時(shí)間，達(dá)到了減少仰焊位置余高的目的。

　　焊接工藝參數(shù)

　　根據(jù)試焊結(jié)果及分析最后確定西氣東輸二線聯(lián)絡(luò)線STT根焊＋CRC全自動(dòng)焊填充、蓋面工藝參數(shù)（如表3所示）。依據(jù)表3焊接參數(shù)焊接，焊縫經(jīng)檢測(cè)無氣孔、裂紋、未熔合等缺陷，焊縫表面成型情況（如圖3所示），宏觀金相良好（如圖4所示）。

圖4焊縫宏觀金相

　　焊縫機(jī)械性能經(jīng)過中國石油天然氣管道科學(xué)研究院焊接技術(shù)中心檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)符合西氣東輸二線聯(lián)絡(luò)線接施工要求。STT根焊＋CRC-P260自動(dòng)焊接在大口徑、厚壁（V型坡口）管道上的成功應(yīng)用，充分體現(xiàn)了自動(dòng)焊接技術(shù)優(yōu)質(zhì)、高效、低勞動(dòng)強(qiáng)度的特點(diǎn)。