小口徑管道自動(dòng)焊工藝試驗(yàn)

馬國(guó)榮，韓 慶，胡 俊

（1.中國(guó)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(guó)石化江鉆石油機(jī)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(lái)隨著單位在重慶平橋南頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)，后續(xù)的輸氣管線的敷設(shè)中機(jī)械化的應(yīng)用，使得焊接工藝的組合也變得多元化。自動(dòng)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(dòng)進(jìn)行焊接的技術(shù)。在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后可以提高焊接速度、保證焊接質(zhì)量、降低勞動(dòng)強(qiáng)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(duì)象，針對(duì)軌道自動(dòng)焊填充、蓋面的工藝方法，對(duì)其焊接工藝方法進(jìn)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(jī),填充、蓋面采用熊谷DPS-500P焊機(jī)+A-302全位置自動(dòng)焊接系統(tǒng)（見(jiàn)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(hù)氣體參數(shù)

管材選用具有高強(qiáng)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(hù)FCAW焊。保護(hù)氣體參數(shù)詳見(jiàn)表1。

2 管材清理組對(duì)及打底焊接

（1）坡口清理。管口焊接區(qū)不清潔會(huì)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(dòng)砂輪機(jī)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(duì)。焊口組對(duì)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(duì)口器進(jìn)行組對(duì)，坡口采用V型，角度為55°～65°，鈍邊0～1.0mm，對(duì)口間隙2.5mm～3.0mm。

（3）打底焊注意事項(xiàng)。由于氬弧焊對(duì)風(fēng)速較為敏感(要求風(fēng)速應(yīng)≤2 m/s)，因此打底時(shí)應(yīng)采取有效的防護(hù)措施，如采用防風(fēng)棚保護(hù)等。環(huán)境風(fēng)速過(guò)大時(shí)因停止焊接。為防止焊接過(guò)程中出現(xiàn)裂紋，對(duì)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(jiàn)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(jī)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(duì)稱測(cè)量4個(gè)點(diǎn)，要求誤差≤1mm）。調(diào)整軌道時(shí)嚴(yán)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(jī)頭之前，必須用牙規(guī)檢查軌道連接處上下齒條是否對(duì)正。

（2）機(jī)頭安裝。調(diào)整四個(gè)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(jī)頭掛上軌道，操作手柄至“1”位，鎖緊四個(gè)導(dǎo)向輪，來(lái)回移動(dòng)機(jī)頭，行走應(yīng)輕便、無(wú)阻力。若阻力大應(yīng)重新調(diào)整導(dǎo)向輪。應(yīng)該注意四個(gè)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(dòng)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(duì)管子中心，以獲得正確的焊槍角度。

4 線纜連接

正確進(jìn)行焊接電源、適配器、機(jī)頭、遙控面板及氣瓶之間的氣路、焊接電纜、反饋線、信號(hào)線等線纜連接。要求各部連接必須牢靠、不松動(dòng)。

5 焊前檢查

（1）電源通訊建立。檢查焊接電源、機(jī)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(shí)焊機(jī)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(hù)氣體流量，一般在20/min～30L/min。

（3）焊槍角度及擺動(dòng)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(dòng)方向是否正確。

（4）試行走及擺動(dòng)。確認(rèn)行走方向是否正確。檢查擺動(dòng)寬度是否合適、焊槍?xiě)?yīng)該對(duì)正焊縫中心。

（5）電位器旋鈕位置。確認(rèn)電位器旋鈕當(dāng)前所處位置應(yīng)在“0”位，并進(jìn)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(dòng)等動(dòng)作。

6 焊接過(guò)程

按下遙控面板檢氣鍵，建立穩(wěn)定的氣體保護(hù)氛圍，按焊接鍵開(kāi)始焊接。焊接過(guò)程中注意觀察熔池，時(shí)刻關(guān)注電弧的對(duì)中性，通過(guò)遙控面板微調(diào)節(jié)擺動(dòng)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(duì)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(shí)熔合良好。填充完成后將熔渣清理干凈，檢查無(wú)缺陷后將小車行走至底部起焊處進(jìn)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(rèn)無(wú)誤后檢氣開(kāi)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(yàn)

（1）焊縫外觀檢查。焊接完成后對(duì)焊縫外觀進(jìn)行檢查，確保焊縫焊接無(wú)咬邊、表面氣孔、因焊槍擺動(dòng)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(yú)鱗紋。檢查如有缺陷應(yīng)用角磨機(jī)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(jìn)行100%無(wú)損檢測(cè)。

（2）焊縫力學(xué)性能試驗(yàn)。檢測(cè)合格的試件按照NB/T47014-2011進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。由表3可知：4個(gè)拉伸試樣的抗拉強(qiáng)度值均高于母材的抗拉強(qiáng)度(460MPa)；彎曲試驗(yàn)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(yán)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(yàn)結(jié)果

8 總結(jié)

經(jīng)過(guò)多次焊接工藝試驗(yàn)的研究，確定了自動(dòng)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(dòng)焊焊接工藝參數(shù)調(diào)節(jié)通過(guò)參數(shù)控制系統(tǒng)輸入，焊工不能對(duì)其進(jìn)行隨意修改，確保了焊接工藝參數(shù)的準(zhǔn)確性。焊接過(guò)程嚴(yán)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(shí)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(shí)現(xiàn)焊接施工的高質(zhì)、高效和經(jīng)濟(jì)性，得到了有力保證。