鋼質(zhì)排泥管內(nèi)焊縫焊接工藝改進(jìn)

摘要：傳統(tǒng)鋼質(zhì)排泥管內(nèi)焊縫焊接工藝具有工序較多、焊接速度慢、生產(chǎn)效率低等局限性，因此需對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。基于此，介紹了一種鋼質(zhì)排泥管內(nèi)焊縫焊接改進(jìn)工藝，涉及加裝埋弧焊劑托盤裝置、改進(jìn)內(nèi)坡口尺寸及選用小規(guī)格埋弧焊絲等內(nèi)容，并從內(nèi)直焊縫、內(nèi)環(huán)焊縫焊接分析技改工裝制作方法，最后總結(jié)焊接要點(diǎn)及成效，旨在確保焊接質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：焊縫焊接;鋼質(zhì)排泥管;技改工裝

1? ? 鋼質(zhì)排泥管使用特性與內(nèi)焊縫焊接工藝改進(jìn)意義

鋼質(zhì)排泥管是疏浚與吹填工程中的主要損耗備件之一，其主要作用是將泥漿、泥沙從海底輸送上岸，具有輸送流量大、流速高、管徑磨損量大的特點(diǎn)。并且鋼質(zhì)排泥管在輸送泥漿的過程中存在著石塊，對(duì)管壁具有一定的撞擊力，因此排泥管在具有較好耐磨性的同時(shí)，也要有足夠的抗沖擊能力，并不能只追求耐磨性能。

排泥管一般選用厚度20 mm左右的Q355B材料制作。目前國內(nèi)幾家大型疏浚公司，每年鋼質(zhì)排泥線的損耗金額都在千萬元以上，在當(dāng)前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境下，如何在保證排泥管制作質(zhì)量的前提下，提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，做到降本增效，是各個(gè)排泥管制造廠家都在積極研究和思考的問題，也是提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的有效措施。鋼質(zhì)排泥管內(nèi)焊縫焊接是其制作生產(chǎn)中一項(xiàng)工作量占比較大的工序，如能對(duì)焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，對(duì)降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率具有積極的推進(jìn)作用，因而成為降本增效的重要研究方向之一。

2? ? 原鋼質(zhì)排泥管內(nèi)焊縫焊接工藝介紹

目前國內(nèi)幾家大型疏浚公司使用的鋼質(zhì)排泥管的直徑基本上在700 mm以上，綜合考慮使用經(jīng)濟(jì)性、耐磨性、抗沖擊能力、使用壽命等方面的因素，一般采用厚度20 mm的Q345B（現(xiàn)Q355B）鋼板制作，管體焊縫采用雙面熔透焊接。其中原內(nèi)焊縫焊接工藝是在內(nèi)坡口先使用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊打底焊接一道，然后再使用埋弧自動(dòng)焊焊接一道蓋面。如不先使用二氧化碳焊絲焊接打底，因埋弧自動(dòng)焊電流大、熔透深度深以及原工藝內(nèi)坡口較深的原因，將產(chǎn)生局部焊穿、脫渣困難、底部夾渣等質(zhì)量缺陷，因此需進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊和埋弧自動(dòng)焊各一道[1]。

原焊接工藝存在著工序較多、焊接速度慢、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)，并且二氧化碳?xì)怏w焊絲相對(duì)于埋弧焊絲價(jià)格較高，焊接損耗率大，因此焊接成本也較高。

3? ? 鋼質(zhì)輸泥鋼管內(nèi)焊縫焊接改進(jìn)后的工藝方法

針對(duì)內(nèi)焊縫原焊接工藝存在的以上問題，經(jīng)過在生產(chǎn)實(shí)踐過程中不斷去探索，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與改進(jìn)，將鋼質(zhì)輸泥鋼管內(nèi)焊縫焊接工藝從需燒一道二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊和埋弧自動(dòng)焊改為只燒一道直接埋弧自動(dòng)焊，具體實(shí)施方法如下：

3.1? ? 設(shè)計(jì)加裝埋弧焊劑托盤裝置

在管體外壁對(duì)應(yīng)焊縫的位置設(shè)計(jì)制作加裝埋弧焊劑托盤裝置，內(nèi)直縫在焊接平臺(tái)上加裝弧形托盤，內(nèi)環(huán)縫在滾輪架底部加裝彈簧支柱和焊劑托盤，使焊劑與焊縫外壁始終保持緊密貼合。其工藝原理是利用埋弧焊劑能形成熔渣，保護(hù)過渡的熔滴和形成的熔池，覆蓋在焊道表面，避免焊縫過快冷卻，起到焊劑墊的作用，以有效避免焊接時(shí)局部燒穿現(xiàn)象。

3.2? ? 改進(jìn)內(nèi)坡口尺寸

原工藝內(nèi)坡口角度為50°，深度為11 mm，如直接燒埋弧自動(dòng)焊，即使在底部加裝焊劑托盤解決局部焊穿問題，因夾角較小和深度較深的問題，焊劑溶渣與焊肉難以形成分離層，容易形成焊渣難以脫落以及底部夾渣現(xiàn)象。針對(duì)這一問題，實(shí)踐中的有效解決方法是將坡口角度適當(dāng)放大以及深度改淺，將內(nèi)坡口角度改為55°，深度改為9.5 mm為宜，有利于焊渣浮上焊縫表面、成型后焊渣脫落以及避免底部夾渣質(zhì)量缺陷。

3.3? ? 選用小一規(guī)格的埋弧焊絲

原工藝是首先使用直徑為1.2 mm的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊絲打底一道，再使用直徑為4 mm的埋弧焊絲燒一道蓋面。改進(jìn)后的工藝直接燒埋弧焊，如使用?4 mm埋弧焊絲焊接，因其直徑偏大，焊絲與底部間隙較大，存在局部未熔透質(zhì)量缺陷。選用?3.2 mm埋弧焊絲，焊絲改小后，焊絲與坡口底部間隙變小，有利于焊絲更深入地與坡口底部接觸，消除了內(nèi)焊縫的底部夾渣及局部未熔透質(zhì)量缺陷。

4? ? 技改工裝制作方法

技改工裝制作分為內(nèi)直縫技改工裝制作和內(nèi)環(huán)焊工裝制作，具體如下：

4.1? ? 內(nèi)直焊縫技改工裝制作方法

（1）如圖1所示，使用型材和鋼板制作300 mm×2 000 mm×6 000 mm焊接平臺(tái)一個(gè)，標(biāo)記平臺(tái)中心線并間隔200 mm打好樣沖點(diǎn)，以平臺(tái)中心線為基準(zhǔn)，在平臺(tái)上面對(duì)稱安裝平直圓導(dǎo)軌兩條作為埋弧小車行走導(dǎo)軌，對(duì)稱安裝滾輪架使鋼管順利轉(zhuǎn)動(dòng)角度，鋼管前、后以及左、右位置對(duì)稱安裝定位板4件，并鉆孔攻M16螺紋安裝調(diào)節(jié)螺栓，主要作用在于活動(dòng)導(dǎo)軌架的快速定位，并具有一定左右方向的調(diào)整范圍。

（2）使用厚壁無縫管加長埋弧小車伸長臂，并在靠近焊接頭位置設(shè)計(jì)加裝加長臂托輪一對(duì)用于支撐焊接頭的平衡。制作移動(dòng)式導(dǎo)軌架一個(gè)，兩頭伸出管體，底部緊貼管臂，上表面對(duì)稱平行安裝平直圓導(dǎo)軌兩條，作為加長臂托輪導(dǎo)軌，通過定位板的作用使其與埋弧小車導(dǎo)軌同中心線，使焊接頭跟隨埋弧小車同步平行行走，進(jìn)行焊接作業(yè)。

（3）將鋼管吊上焊接平臺(tái)滾輪架，旋轉(zhuǎn)調(diào)整鋼管角度使待焊接焊縫的坡口中心線與平臺(tái)中心線重合，待焊接焊縫兩頭點(diǎn)焊固定引弧板和熄弧板，將活動(dòng)式導(dǎo)軌伸入管體，兩邊的定位板負(fù)責(zé)固定活動(dòng)式導(dǎo)軌的定位，使活動(dòng)式導(dǎo)軌的中心線與待焊接焊縫的中心線重合，加長臂托輪推置活動(dòng)式導(dǎo)軌，在引弧板上起弧開始焊接作業(yè)。

4.2? ? 內(nèi)環(huán)焊縫焊接工裝制作方法

（1）如圖2所示，在內(nèi)環(huán)縫底部加裝托盤和彈簧支柱裝置。制作弧度60°適量尺寸的焊劑托盤一個(gè)，計(jì)算托盤重量G1和托盤體積容量V，取托盤體積容量1.05倍系數(shù)計(jì)算焊劑重量G2，托盤下部加裝3根彈簧支柱，在G1和G2之和的基礎(chǔ)上增加30 N承載力作為3根彈簧支柱所承載的壓縮力F，根據(jù)承載壓縮力F和規(guī)格彈簧的彈性系數(shù)K選擇合適大小和長度的彈簧制作彈簧支柱。

（2）取托盤體積容量1.05倍系數(shù)計(jì)算焊劑重量和取3根彈簧支柱所承載的壓縮力大于托盤和焊劑的重量之和，主要是因?yàn)楹竸┮哌^托盤和使焊劑對(duì)管體外壁有一定的壓緊力，能使焊劑始終緊貼管體，并且不影響支撐管體重量的電動(dòng)滾輪架的勻速輪動(dòng)，以確保穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)縫焊接質(zhì)量。

5? ? 改進(jìn)后焊接參數(shù)及工藝要點(diǎn)

5.1? ? 焊接參數(shù)

經(jīng)過多次的焊接調(diào)試總結(jié)，將內(nèi)埋弧焊接參數(shù)調(diào)至如表1所示數(shù)值，焊縫質(zhì)量穩(wěn)定性和焊接效率綜合效果較優(yōu)。

5.2? ? 焊接工藝要點(diǎn)

（1）內(nèi)坡口建議使用銑邊機(jī)加工，銑削坡口相對(duì)于火焰切割和碳刨坡口，具有成本低和加工速度快、坡口表面平直光順的特點(diǎn)，相對(duì)于火焰切割和碳刨?zèng)]有坡口表面夾碳和銅斑等影響焊接質(zhì)量的缺陷，有利于提高焊接質(zhì)量。

（2）埋弧焊絲表面的鐵銹、油污和水分等焊前應(yīng)清理干凈，焊劑使用前經(jīng)過250 ℃烘焙2 h，露天放置時(shí)間不得超過2 h。

（3）焊前應(yīng)將坡口及兩側(cè)20 mm范圍以內(nèi)的鐵銹、油污、油漆等影響焊接質(zhì)量的雜質(zhì)清除，潮濕天氣應(yīng)用加熱的方法去除焊接部位的水分。

（4）內(nèi)直焊縫兩端應(yīng)點(diǎn)焊加裝與母材同板厚的引弧板和熄弧板，另托盤的焊劑加滿確保上表面能與焊縫外壁充分接觸，保證焊接質(zhì)量。

（5）嚴(yán)格按照摸索出來的最優(yōu)焊接參數(shù)進(jìn)行焊接，確保焊接效率和焊接質(zhì)量最優(yōu)[1]。

5.3? ? 工藝改進(jìn)成效

經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，采用新焊接工藝生產(chǎn)制造的鋼質(zhì)排泥管，內(nèi)焊縫焊接質(zhì)量穩(wěn)定，成型美觀，且通過減少一道焊層起到了降本增效功效，以生產(chǎn)?700 mm×20 mm×6 000 mm鋼質(zhì)排泥管的管體內(nèi)焊縫焊接為例，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，相比原工藝焊接效率提高20%左右，成本降低17.51%，具體如下：

（1）焊接效率提高20%。以?700 mm×20 mm×6 000 mm鋼質(zhì)排泥管的管體內(nèi)焊縫焊接為例，內(nèi)焊縫總長為10.4 m，原焊接工藝兩道焊需耗時(shí)5 h，改進(jìn)后焊接工藝需耗時(shí)4 h，節(jié)省工時(shí)1 h，生產(chǎn)效率提高20%。

（2）內(nèi)焊縫焊接成本降低達(dá)17.51%。同樣以?700 mm×20 mm×6 000 mm鋼質(zhì)排泥管的管體內(nèi)焊縫焊接為例。

原焊接工藝的成本：焊材費(fèi)用367.7元（二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊絲+埋弧焊絲+焊劑）+氣體費(fèi)用28.9元+電費(fèi)60元+人工費(fèi)200元=656.6元。

改進(jìn)后焊接工藝的成本：焊材費(fèi)用333.6元（埋弧焊絲+焊劑）+氣體費(fèi)用0元+電費(fèi)48元+人工費(fèi)160元=541.6元。

（3）新工藝降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。原工藝需進(jìn)行一道二氧化碳?xì)怏w保護(hù)打底再燒埋弧焊，需焊工進(jìn)入管體進(jìn)行焊接，而新工藝可直接燒埋弧自動(dòng)焊，減少了一道工序，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

6? ? 結(jié)語

生產(chǎn)實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)托盤裝置、改進(jìn)坡口尺寸、更換小直徑焊絲等措施能有效降低生產(chǎn)成本，提高焊接效率，對(duì)鋼質(zhì)排泥管制造廠家提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力起到有力的支撐作用。另外，此工藝可通過適應(yīng)性調(diào)整應(yīng)用到圓狀的鋼結(jié)構(gòu)件上。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 趙冬梅.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004.

收稿日期：2020-03-05

作者簡(jiǎn)介：吳祝華（1984—），男，廣東河源人，工程師，從事疏浚挖泥機(jī)具制造工作。