管道埋弧自動(dòng)焊合格率分析

薛姣龍,陳曉勇，梁卓

(中國石油天然氣第一建設(shè)有限公司，河南 洛陽471000)

0 前言

目前，自動(dòng)焊技術(shù)在長輸管道施工過程中應(yīng)用推廣良好[1-4]，由于長輸管道大口徑、高鋼級(jí)、大壁厚等特點(diǎn)，其流水施工作業(yè)優(yōu)勢(shì)明顯，而工業(yè)管道安裝具有多材質(zhì)，多規(guī)格，焊接工作量大等特點(diǎn)[5-8]，為降本增效，自動(dòng)焊接也在逐步推廣，例如中石化十公司在石家莊煉化260萬噸/年柴油加氫工程施工中不銹鋼管道應(yīng)用埋弧自動(dòng)焊[9]，對(duì)自動(dòng)焊效率，焊材消耗，勞動(dòng)條件，環(huán)境要求，可操作性等方面進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。中石化四建公司在中石化長煉分公司170萬噸/年渣油加氫處理裝置通過一系列措施保證焊接一次合格率[10]，然而針對(duì)自動(dòng)焊接的一次合格率情況并沒有進(jìn)行系統(tǒng)研究。

1 焊接工藝及材料

以盛虹煉化一體化項(xiàng)目1 600萬噸/年常減壓蒸餾裝置管道施工為例，涉及到的碳鋼材質(zhì)有：GB/T 8163 20，GB/T 9948 20 H2S，GB/T 9711 L245N HIC/H2S，鉻鉬鋼材質(zhì)有：A335-P5，A335-P22, 不銹鋼材質(zhì)有：022Cr19Ni10。針對(duì)以上管道公稱直徑≥DN150,壁厚≥6 mm管道焊縫采用鎢極氬弧焊(GTAW)打底，埋弧焊(SAW)進(jìn)行填充和蓋面，即GTAW+SAW焊接方法。GTAW +SAW工藝參數(shù)見表1。

表1 焊接工藝參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)表1的焊接工藝參數(shù)，并嚴(yán)格遵守相應(yīng)焊接施工程序，對(duì)相同時(shí)期內(nèi)，將GTAW+SMAW與GTAW+SAW焊件的RT無損檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表2。

RT檢測(cè)結(jié)果有2種：合格和不合格。因此n次檢測(cè)結(jié)果分布律遵循(0-1)分布，假設(shè)拍片不合格率為p，則檢測(cè)結(jié)果分布律為式(1)：

P{X=k}=pk(1-p)n-k，k=0,1(0

(1)

則似然函數(shù)為式(2)：

(2)

對(duì)L(p)取對(duì)數(shù)，得對(duì)數(shù)似然函數(shù)式(3)：

(3)

令

(4)

借此方程得p的極大似然估計(jì)為式(5)：

(5)

表3 不同材質(zhì)GTAW+SAW和GTAW+SMAW合格率統(tǒng)計(jì)

在水平0.01下拒絕域?yàn)槭?6)：

(6)

其中：

(7)

觀察表3，不同材質(zhì)下GTAW+SAW的不合格率都低于GTAW+SMAW，對(duì)于A335-P5合金鋼2種焊接方法下不合格率都高與同焊接方法下其他2種材質(zhì)，分析原因可能是由于A335-P5合金鋼焊接性能差，且焊接過程需要進(jìn)行加熱，控制因素角度，導(dǎo)致不合格率高于其他2種材質(zhì)。

表4對(duì)不同缺陷占總?cè)毕荼壤M(jìn)行統(tǒng)計(jì)，累計(jì)頻率為自上而下頻率依次累加值，對(duì)表4缺陷類型進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)GTAW+SAW方法下未熔合缺陷最多，占不合格總片數(shù)將近一半，未出現(xiàn)深孔、未焊透2種類型的缺陷，而GTAW+SMAW方法下圓形和未熔合兩種缺陷是其主要缺陷，并且圓形缺陷數(shù)量顯著增多，可以看出GTAW+SAW方法對(duì)于圓形缺陷的控制效果優(yōu)于GTAW+SMAW；另外，GTAW+SAW方法中未出現(xiàn)深孔及未焊透缺陷，說明此方法對(duì)于這兩種缺陷的控制效果較好。進(jìn)一步分析GTAW+SAW未熔合缺陷中有45張缺陷屬于根部未熔合，85張屬于層間未熔合，GTAW+SMAW未熔合缺陷中有136張缺陷屬于根部未熔合，64張屬于層間未熔合；根部未熔合產(chǎn)生的原因可能是在GTAW焊接過程中人為因素或電流控制不當(dāng)造成的；層間未熔合是由于焊接過程中層間清渣不徹底造成的。由于根部未熔合缺陷屬于GTAW過程，排除這一部分缺陷，可以看出不同缺陷類型下埋弧自動(dòng)焊的焊接缺陷率更低，而層間未熔合缺陷則可以通過過程控制，做好層間清渣，進(jìn)而有效控制一次不合格率。因此，可以得出人為因素對(duì)焊接合格率影響較大。

表4 GTAW+SAW和GTAW+SMAW缺陷類型統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)缺陷統(tǒng)計(jì)表制作埋弧自動(dòng)焊缺陷排列圖氬電聯(lián)焊缺陷排列圖如圖1和圖2所示，也能得出相同的結(jié)論：埋弧自動(dòng)焊方法對(duì)于缺陷的控制效果優(yōu)于氬電聯(lián)焊。還可以得出在焊接質(zhì)量控制控制過程中埋弧自動(dòng)焊方法時(shí)未熔合、圓形和條形為A類控制因素，裂紋為B類控制因素，內(nèi)凹和咬邊為C類控制因素。同樣的，氬電聯(lián)焊方法時(shí)未熔合、圓形和條形為A類控制因素。2種焊接方法下，未熔合、圓形和條形缺陷都是累計(jì)頻率較高的因素，因此在焊接質(zhì)量控制時(shí)重點(diǎn)關(guān)注與之對(duì)應(yīng)的控制措施，提高整體合格率。

圖1 GTAW+SAW缺陷排列圖

圖2 GTAW+SMAW缺陷排列圖

3 結(jié)束語

人工施焊過程中不確定性因素較多，對(duì)于焊接過程質(zhì)量的控制也較困難，而自動(dòng)焊能夠降低人為因素的干擾。文中通過對(duì)管道RT無損檢測(cè)結(jié)果分析得出結(jié)論：由于減少人為因素，GTAW+SAW方法對(duì)于缺陷的控制效果優(yōu)于GTAW+SMAW。為自動(dòng)焊接技術(shù)在工業(yè)管道施工過程中推廣提供了依據(jù)。

隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，企業(yè)想要在建設(shè)市場(chǎng)中占據(jù)有利的地位，就需要降本增效，創(chuàng)新升級(jí)，全自動(dòng)焊的全面推廣也勢(shì)在必行。