直縫埋弧焊管焊縫單側咬邊和焊偏缺陷原因分析

王立柱，張婷婷，王亞彬，劉 濤，游方芳，徐 佳

（渤海裝備巨龍鋼管有限公司，河北 青縣 062658）

直縫埋弧焊管焊縫單側咬邊和焊偏缺陷原因分析

王立柱，張婷婷，王亞彬，劉 濤，游方芳，徐 佳

（渤海裝備巨龍鋼管有限公司，河北 青縣 062658）

為了解決薄壁直縫埋弧焊管在生產過程中存在的單側咬邊和焊偏缺陷較多的問題，對實際生產中單側咬邊和焊偏缺陷產生的原因進行了分析，發現通過對滾輪架位置進行相應的調整，便可消除焊縫單側咬邊和焊偏缺陷。因此得出：在焊接過程中，焊點偏移量較大是引起薄壁直縫埋弧焊管生產過程中出現單側咬邊和焊偏缺陷的根本原因，并就如何減少焊點偏移量、消除薄壁直縫埋弧焊管單側咬邊和焊偏提出了建議。

薄壁直縫埋弧焊管；單側咬邊；焊偏；焊點偏移；滾輪架

1 概 述

埋弧自動焊依靠顆粒狀焊劑堆積形成保護條件，主要適用于水平位置焊縫焊接[1-2]。為保證直縫埋弧焊管焊接質量，內焊時需要將焊接坡口調整到水平最低點即6點鐘位置進行焊接，外焊時需要將焊接坡口調整到水平最高點即12點鐘位置進行焊接，焊點位置如圖1所示。

圖1 焊點位置示意圖

直縫埋弧焊管焊接設備一般是由焊接電源、懸臂、焊接機頭、焊接車和導電刷等幾部分組成。焊接車上裝有兩對帶絕緣層的滾輪架，其作用是借助滾輪架主動滾輪與鋼管之間的摩擦力帶動鋼管旋轉調整焊縫位置。焊接機頭安裝在懸臂上，機頭上帶有自動跟蹤裝置，一般內焊采用機械式跟蹤，跟蹤輪在一定壓力下騎在V形坡口內行走[3]，跟蹤范圍±25 mm。外焊一般采用激光自動跟蹤，通過激光頭檢測焊接坡口中心線進行跟蹤，跟蹤范圍±50 mm，雖然焊接設備帶有焊點位置調節及焊縫跟蹤功能，但是在實際生產過程中仍然有焊點位置偏移導致的焊偏和咬邊缺陷產生[4]。

2 缺陷的產生

某廠在生產φ508 mm×7.9 mm薄壁直縫埋弧焊管時，管尾焊偏較多，且有部分鋼管在起焊2 m之后出現直到管尾的單側咬邊，同時管尾焊縫窄而高，而且鏡像布置的兩條內焊生產的鋼管咬邊都在焊縫同一側。焊偏是指焊縫與坡口中心不重合或內外焊縫中心不在一條直線上，如圖2所示。咬邊是指焊縫金屬在鄰近焊趾的母材上形成的凹槽和未充滿[5]，如圖3所示。

圖2 焊偏缺陷宏觀圖

圖3 咬邊缺陷宏觀圖

經調查可以發現引起焊偏的原因是管尾焊點位置偏移，即管尾坡口不在6點鐘位置。而在管端焊點不偏移的情況下，產生管尾焊點偏移的原因有兩個：①鋼管有軸錯，導致坡口傾斜，與鋼管中心線產生一定夾角；②焊接車前后兩組滾輪架的中心不在同一條直線上[6]。試驗發現沒有軸錯的鋼管焊接過程中也可能產生焊偏，于是，選取一根鋼管在兩臺焊接車上進行焊點偏移量測量，發現兩臺車上的焊點偏移量相差較大，由此確定焊接車前后兩組滾輪架的中心不在一條直線上，產生這種問題的原因可能是焊接車存在安裝誤差或長期使用過程中產生的應力變形導致的。采用在焊接車滾輪架一端單側滾輪上墊膠皮的方法，將鋼管焊接坡口首尾都調整到6點鐘位置[7]再進行焊接，焊縫沒有單側咬邊和管尾焊偏缺陷產生。

3 原因分析

薄壁直縫埋弧焊管產生單側咬邊和焊偏缺陷是由于焊點偏移量較大、焊點偏離原來的平焊位置（類似于橫焊）造成的[8]。經測量φ508 mm×7.9 mm鋼管兩端最大偏移量達30 mm，當管頭處于6點鐘位置時，管尾焊點偏移角θ約為6.7°，焊點具體位置如圖4所示。

圖4 焊點偏移示意圖

式中：θ—焊點偏移角度，（°）；

L—焊點偏移量，mm；

D—鋼管直徑，mm。

此時焊點不在水平位置，當焊點與水平位置距離超過刀輪跟蹤范圍時，刀輪帶動焊接機頭傾斜，焊絲與坡口表面橫向不垂直[9]，且焊點不在最低點，焊接過程中熔池液態金屬受重力作用向下流淌[10]，所以焊接過程中很容易在坡口上方引起單側咬邊。單側咬邊的產生與焊點偏移角度和一絲焊接電流的大小有關，焊點偏移角度越大， 一絲焊接電流越小，越容易產生單側咬邊。

焊偏是由于焊點偏移量大，超出內焊跟蹤刀輪的橫向跟蹤范圍，刀輪跳出內焊坡口引起的。焊偏的產生與焊點偏移量的大小和刀輪橫向跟蹤范圍的大小有關，焊點偏移量越大，刀輪橫向跟蹤范圍越小，焊縫越容易產生焊偏。

4 解決措施

由于單側咬邊和焊偏缺陷的產生都與焊點偏移量有關，減少焊點偏移量即可解決焊縫產生單側咬邊和焊偏缺陷的問題。可通過下列方法減少焊點偏移量：

（1）在鋼管一端焊點處于6點鐘位置時，在焊接車另一端單側滾輪架上墊膠皮，將另一端焊點調整到6點鐘位置，使整根鋼管焊接坡口始終處于平焊位置進行焊接，是避免焊縫產生單側咬邊和焊偏缺陷的有效措施。這種方法優點是成本低，使用靈活；缺點是需要逐根鋼管墊膠皮，崗位工人的勞動強度大，適用于小批量生產使用。

（2）將焊接車一端的滾輪架改成橫向絲杠手動調節，每次更換鋼管規格時，在成型參數穩定后根據鋼管焊點偏移量大小調整焊接車一端滾輪架的中心位置并鎖緊。這種方法優點是成本較低，崗位工人的勞動強度??；缺點是批量生產時焊點偏移量大小易受其他因素如鋼管軸錯、橢圓度等影響，適用于成型質量穩定的大批量生產使用。

（3）將鋼管起弧端焊接車旋轉輥改成可橫向電動調節，并帶自鎖功能，起焊前當鋼管熄弧端進入焊接位置時，先轉動旋轉輥將管尾坡口調整到6點鐘位置，當鋼管起弧端進入焊接位置時，橫向調整起弧端滾輪架的中心位置，將管端坡口調整到6點鐘位置，然后鎖緊橫向電動調節裝置。這種方法優點是崗位工人的勞動強度小，每根鋼管都能調整到最佳的焊點位置；缺點是成本高，各種批量生產均適用。

5 結 語

生產薄壁直縫埋弧焊管時產生的單側咬邊和焊偏缺陷，大部分是由于焊點偏移量較大引起的。通過調整焊接車滾輪架的中心位置，減少焊點偏移量，可有效地控制單側咬邊和焊偏缺陷的產生，提高薄壁直縫埋弧焊管產品質量和生產效率。某廠在φ508 mm×7.9 mm鋼管生產中采取這種措施后，單側咬邊和焊偏缺陷不再發生，取得了良好的效果。

［1］姜煥中.電弧焊與電渣焊[M].北京：機械工業出版社，1993.

［2］吳毅雄.焊接手冊[M].北京：機械工業出版社，2007.

［3］吳輝， 蔣文凱，仝天永，等.大口徑直縫埋弧焊管制造技術[J].金屬加工（熱加工），2009（2）：28-34.

［4］李青松.咬邊缺陷分析[J].科技信息，2009（34）：319.

［5］API SPEC 5L，管線鋼管規范[S].

［6］鄭虹，唐海燕，張青.咬邊缺陷分析及對策[J].機械設計與制造，2002（1）：73-74.

［7］黃凱燕.壓力容器環縫質量問題的解決方案[J].機械工程師，2000（3）：85-86.

［8］王亞男.常見焊接接頭缺陷分析[J].科技風，2011（6）：144.

［9］周浩森.焊接結構生產及裝備[M].北京：機械工業出版社，1992.

［10］孫景榮.實用焊工手冊[M].北京：化學工業出版社，1997.

Cause Analysis on Single Side Undercut and Weld Misalignment Defects for Longitudinal Submerged Arc Welded(SAWL)Pipe

WANG Lizhu,ZHANG Tingting,WANG Yabin,LIU Tao,YOU Fangfang,XU Jia
(CNPC Bohai Equipment Julong Steel Pipe Co.,Ltd.,Qingxian 062658,Hebei,China）

In order to solve single side undercut and weld misalignment defects problems during thin-wall SAWL pipe production process,through cause analysis for single side undercut and weld misalignment defects,it found the single side undercut and weld misalignment can be eliminated through adjusting turning roll frame position.Thus it is concluded that the larger welding spot offset is the main reason for single side undercut and misalignment of thin-wall SAWL pipe,and the proposal of how to reduce the welding spot offset and eliminate single side undercut and misalignment was put forward.

thin-wall longitudinal submerged arc welded pipe;single side undercut;weld misalignment;welding spot offset; turning roll frame

TG441.7

B

1001－3938（2015）08-0066-03

王立柱（1973—），男，工程師，長期從事直縫埋弧焊管焊接工藝研究。

2015-01-26

張 歌