小口徑管道自動焊工藝試驗

馬國榮，韓 慶，胡 俊

（1.中國石化華東油氣分公司采油氣工程服務(wù)中心，江蘇 泰州 225530；2.中國石化江鉆石油機械有限公司井下分公司，湖北 潛江 433114；3.泰州油恒油氣工程服務(wù)有限公司，江蘇 泰州 225300）

近年來隨著單位在重慶平橋南頁巖氣的勘探開發(fā)，后續(xù)的輸氣管線的敷設(shè)中機械化的應(yīng)用，使得焊接工藝的組合也變得多元化。自動化焊接有別于傳統(tǒng)人工焊接，是一種能夠按照規(guī)定的程序或指令自動進行焊接的技術(shù)。在施工現(xiàn)場應(yīng)用后可以提高焊接速度、保證焊接質(zhì)量、降低勞動強度、節(jié)約人工成本、保障生產(chǎn)安全，具有良好的應(yīng)用前景。文中用DN300管的焊接為研究對象，針對軌道自動焊填充、蓋面的工藝方法，對其焊接工藝方法進行研究。

1 焊接設(shè)備及焊接材料

（1）焊接設(shè)備。打底焊采用奧太ZX7-400STG焊機,填充、蓋面采用熊谷DPS-500P焊機+A-302全位置自動焊接系統(tǒng)（見圖1）。

圖1 焊接和軌道焊接小車

（2）母材及焊接材料

表1 保護氣體參數(shù)

管材選用具有高強度和良好抗延性斷裂能力L360n管線鋼，規(guī)格Φ323.9×9mm，打底焊采用GIT-50焊絲GTAW焊；填充和蓋面采用PiPematic X70HF藥芯焊絲混合氣體保護FCAW焊。保護氣體參數(shù)詳見表1。

2 管材清理組對及打底焊接

（1）坡口清理。管口焊接區(qū)不清潔會產(chǎn)生氣孔等缺陷，直接影響焊接質(zhì)量。因此，焊接前應(yīng)采用電動砂輪機將管子內(nèi)外坡口邊緣兩側(cè)25mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污、水分等雜物清理干凈，露出管材金屬本色。

（2）組對。焊口組對的精確程度將直接影響到焊接操作和焊接質(zhì)量。采用外對口器進行組對，坡口采用V型，角度為55°～65°，鈍邊0～1.0mm，對口間隙2.5mm～3.0mm。

（3）打底焊注意事項。由于氬弧焊對風(fēng)速較為敏感(要求風(fēng)速應(yīng)≤2 m/s)，因此打底時應(yīng)采取有效的防護措施，如采用防風(fēng)棚保護等。環(huán)境風(fēng)速過大時因停止焊接。為防止焊接過程中出現(xiàn)裂紋，對口器要在打底焊道完成50%以上才可撤除。打底焊工藝參數(shù)見表2中的焊道1。

表2 焊接工藝參數(shù)

3 填充蓋面焊前軌道和機頭準(zhǔn)備

（1）軌道安裝①軌道夾緊前的操作。沿管子周向，軌道邊緣到坡口邊緣的距離調(diào)節(jié)一致，軌道內(nèi)邊至坡口邊130mm～140mm之間。（一般對稱測量4個點，要求誤差≤1mm）。調(diào)整軌道時嚴禁使用鐵質(zhì)榔頭敲擊軌道兩側(cè)，以免損壞軌道齒邊。可使用橡膠錘、木榔頭、銅質(zhì)榔頭輕輕敲擊。②軌道夾緊。以彈簧壓縮量大約1/2為宜，軌道夾緊后安裝機頭之前，必須用牙規(guī)檢查軌道連接處上下齒條是否對正。

（2）機頭安裝。調(diào)整四個導(dǎo)向輪的行走半徑與管徑匹配。導(dǎo)向輪行走半徑調(diào)整正確并擰緊螺栓后，將機頭掛上軌道，操作手柄至“1”位，鎖緊四個導(dǎo)向輪，來回移動機頭，行走應(yīng)輕便、無阻力。若阻力大應(yīng)重新調(diào)整導(dǎo)向輪。應(yīng)該注意四個導(dǎo)向輪的內(nèi)槽卡在軌道上。繼續(xù)操作手柄至“2”位，鎖緊驅(qū)動齒輪。調(diào)整焊槍固定座的裝配位置，使焊槍在圓周方向上正對管子中心，以獲得正確的焊槍角度。

4 線纜連接

正確進行焊接電源、適配器、機頭、遙控面板及氣瓶之間的氣路、焊接電纜、反饋線、信號線等線纜連接。要求各部連接必須牢靠、不松動。

5 焊前檢查

（1）電源通訊建立。檢查焊接電源、機頭與適配器之間是否建立了通訊。操作遙控面板切換焊道時焊機顯示屏幕顯示的送絲速度應(yīng)隨著小車的行走變化而變化，顯示當(dāng)前焊道的送絲速度。

（2）檢氣。檢查保護氣體流量，一般在20/min～30L/min。

（3）焊槍角度及擺動方向。檢查焊槍是否垂直于工件表面，焊槍導(dǎo)電嘴端部距離焊縫的高度（15mm～25mm）。調(diào)節(jié)焊槍左右擺動方向是否正確。

（4）試行走及擺動。確認行走方向是否正確。檢查擺動寬度是否合適、焊槍應(yīng)該對正焊縫中心。

（5）電位器旋鈕位置。確認電位器旋鈕當(dāng)前所處位置應(yīng)在“0”位，并進行焊前檢查。

（6）模擬焊接。模擬焊接，再次觀察氣流及行走、擺動等動作。

6 焊接過程

按下遙控面板檢氣鍵，建立穩(wěn)定的氣體保護氛圍，按焊接鍵開始焊接。焊接過程中注意觀察熔池，時刻關(guān)注電弧的對中性，通過遙控面板微調(diào)節(jié)擺動幅度、焊接速度、焊槍角度等參數(shù)，保證焊口的焊接質(zhì)量。

焊完前半圈后，視情況可對仰焊位接頭適當(dāng)打磨，將接頭部位打磨成緩坡，確保后半圈起焊時熔合良好。填充完成后將熔渣清理干凈，檢查無缺陷后將小車行走至底部起焊處進行蓋面層的焊接。操作遙控面板更換蓋面層焊道通道，按照填充層操作方法預(yù)焊接，確認無誤后檢氣開始焊接。焊縫完成焊接后將熔渣、飛濺清理干凈。

7 焊縫外觀檢查及力學(xué)性能試驗

（1）焊縫外觀檢查。焊接完成后對焊縫外觀進行檢查，確保焊縫焊接無咬邊、表面氣孔、因焊槍擺動不到位造成的未熔合缺陷，合格的焊縫成型寬窄一致，有美觀的魚鱗紋。檢查如有缺陷應(yīng)用角磨機將缺陷處打磨掉重新焊接。焊接完成后按NB/T47013.2-2015標(biāo)準(zhǔn)進行100%無損檢測。

（2）焊縫力學(xué)性能試驗。檢測合格的試件按照NB/T47014-2011進行力學(xué)性能試驗。由表3可知：4個拉伸試樣的抗拉強度值均高于母材的抗拉強度(460MPa)；彎曲試驗均合格；6組沖擊試樣的沖擊功平均值都在65J以上，滿足沖擊功要求為單值不小于40 J。由此可知，在選定的焊接工藝條件下，嚴格按照焊接規(guī)范焊接接頭力學(xué)性能較好，均能滿足工程要求。

表3 力學(xué)性能試驗結(jié)果

8 總結(jié)

經(jīng)過多次焊接工藝試驗的研究，確定了自動焊填充和蓋面焊接工藝規(guī)范參數(shù)及操作方法。管道自動焊焊接工藝參數(shù)調(diào)節(jié)通過參數(shù)控制系統(tǒng)輸入，焊工不能對其進行隨意修改，確保了焊接工藝參數(shù)的準(zhǔn)確性。焊接過程嚴格按照操作規(guī)程，熟練掌握焊接步驟，所焊焊縫均探傷合格，焊接時飛濺少，電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫成型美觀，焊接效率高，內(nèi)部質(zhì)量好，并且焊接操控性良好，在施工中推廣應(yīng)用為實現(xiàn)焊接施工的高質(zhì)、高效和經(jīng)濟性，得到了有力保證。