埋弧自動焊工藝在導管架主吊點焊接方面的應用

陳紅義

【摘要】導管架海洋平臺的建造陸續朝著“短平快”方向發展，工期緊，任務重，其中，焊接工作量在海洋平臺建造中所占比重最大，因此，采用合適的焊接工藝是保證項目按期交付的必要條件。墾利10-1項目導管架建造首次采用埋弧自動焊新工藝，高質量、高效率地完成了主吊點的焊接，并且已陸續應用到其它項目中。本文比較傳統焊接工藝，強調了此項新工藝的原理和優點。

【關鍵詞】導管架 主吊點 埋弧自動焊 焊接工藝

1 引言

導管架是焊接結構，焊接在導管架上的吊點，是為了方便安裝吊索具，且保證安全吊裝不可或缺的結構附件。吊點材料多數使用厚板，之前一直采用傳統焊接工藝進行焊接，如手工電弧焊、二氧化碳氣體保護焊等，不僅焊接質量很難保證，而且工作量大，加大人力、物力、財力投入成本。MT、UT探傷驗收合格率低下，焊接不確定因素多，形成缺陷如焊縫成形不美觀、焊渣飛濺多等，導致返工返修率高，延誤工期。吊點焊接后的MT、UT探傷驗收合格率，只有達到100%且最終通過，吊裝過程中的安全才能有效得以保證。

眾所周知，焊接過程中影響結構性能的，主要有焊接材料、焊接方法、焊接工藝和焊接檢驗等。隨著時間的推移，一系列先進的焊接工藝，逐漸被應用到海洋平臺的建造中，解決了生產難題，降低了成本，縮短了工期。埋弧自動焊工藝，首次應用到墾利10-1項目的導管架焊接中，較之前采用CO2焊接，質量提高了85%以上，進度加快了35%以上，節省人工日30以上，降本增效成果顯著。質量、進度都得到了保證，無疑為后續項目的吊點焊接應用打下了良好的基礎。

2 原理及優點

導管架主吊點的焊接，主要有手工電弧焊、二氧化碳氣體保護焊、埋弧自動焊三種焊接工藝，其中，埋弧自動焊的應用時間還并不長。埋弧自動焊，簡稱埋弧焊，是通過機械自動引燃電弧、控制焊絲的送進、焊接收尾等，使電弧在焊劑層下持續地燃燒并自動移動，熔池金屬逐漸冷卻后形成穩定的焊縫。

與傳統的二氧化碳焊接和手工電弧焊相比較而言，埋弧焊的自動化程度比較高，電弧引燃、電弧移動、焊絲送進、焊接收尾等動作均采用機械自動控制，這樣不但節約了勞動力，而且減輕了勞動強度，提高了工作效率。除此之外，埋弧焊還有很多其他的優點。

第一、焊縫質量較高，機械性能較好。電弧在焊劑層下燃燒，有焊劑和焊渣保護焊接熔池，雜質很難進入焊縫，使得焊縫雜質較少、成分穩定，從而可以獲得高質量的焊縫。除此之外，隔開了熔池金屬與空氣的接觸，電弧區主要成分為CO，焊后金屬氫、氧含量較低，而且使熔池金屬較慢地凝固，避免了被氧化，同時可以減少氣孔、延時裂紋等缺陷產生的可能，減少了返工返修率。

第二、生產率較高。埋弧焊的焊絲伸出長度，即從導電嘴末端到電弧端部的焊絲長度遠比手工電弧焊的焊條短，而且是光焊絲，不會因提高電流而造成焊條藥皮發紅的情況，可以使用較大的電流，比手工焊大4-10倍，電流、電流密度較高，一次熔深可達20mm以上，生產率較高。

第三、工作環境較好。埋弧焊的電弧是在顆粒狀焊劑下產生的，電弧熱會使焊件、焊絲、焊劑熔化以至部分蒸發，金屬和焊劑的蒸發氣體在電弧周圍會形成一個封閉的氣泡空腔，電弧就在氣泡空腔內持續燃燒，氣泡空腔的頂部被一層熔融狀焊劑——熔渣所構成的外膜所包圍。這層外膜很好地隔離了弧光不再輻射出來，電弧弧光埋在焊劑層下，沒有弧光輻射，從而避免了輻射對人體造成傷害，焊工可以集中注意力進行操作。

第四、焊后表面較光潔。采用CO2氣體保護焊會產生大量飛濺且防風能力較差，而采用埋弧焊不產生任何燒損、火花和飛濺，因此，焊后無需修磨焊縫表面，減少了焊后處理工作量，省去了輔助工序，提高了工作效率。

第五、節省焊接材料和能源。較厚的焊件不開坡口也能焊透，從而焊縫中所需的焊接材料即焊絲量顯著減少，省去了開坡口所需的時間和能量損失。同時，熔渣的保護作用避免了金屬元素的燒損和飛濺損失。

墾利10-1項目導管架的主吊點結構，使用的是PL80mm的厚板材料卷制成管，縱焊縫為水平長焊縫，毫無疑問，埋弧焊是可采用的最為理想的焊接方式。而受位置區域的限制，主吊點與主結構的對焊區域的環焊縫，埋弧焊無法進行，必須采用二氧化碳焊接工藝進行焊接。

3 缺陷與維護

埋弧焊的焊接工藝參數主要有焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑等。由于是埋弧操作，看不到熔池和焊縫的形成過程，因此，必須嚴格控制焊接規范，保證焊接工藝操作。如果焊接參數的選擇和工藝操作不當，就會伴隨有成形不良、咬邊、未熔合、夾渣、氣孔等缺陷的發生。

通過分析產生缺陷的原因，選擇合適的焊接參數和工藝措施，能夠有效預防缺陷的產生。第一，焊縫成形不良主要表現為表面堆積過高和金屬滿溢兩個方面，當電流過大或電壓過低時，會使焊縫表面堆積過高，而當焊接速度太慢或電壓過低時，會造成焊縫金屬滿溢。除此之外，焊絲的焊接提前量也是影響焊縫成形不良的因素。第二，咬邊主要是由焊接速度過快或焊接電流過大產生，表現為焊縫應力集中，從而影響焊縫強度。第三，接頭處混有污物、清根不當、焊絲直徑不當、焊劑潮濕以及電壓過大等，都會導致氣孔或夾渣的產生，最終降低焊縫金屬的強度。第四，未熔合一般是由于焊絲未對準造成一側熔合不良， 焊偏或焊道局部彎曲過大也會造成未熔合的情況。

除此之外，焊接設備的正常運行也是保證焊接質量的必要前提。埋弧焊機是比較貴重的焊接設備，但在實際生產過程中，焊接設備不可避免地會出現各種故障，從而影響焊縫最終質量，因此，日常的維護保養十分重要。例如，設備必須由受過專業培訓的專人進行使用，并且該操作人員應對設備的基本原理非常熟悉，能夠合理使用焊接工藝規范進行焊接，等等。

埋弧焊設備是由電源、控制電纜、小車三部分組成，三者只有配合得很好才能充分發揮出埋弧焊的整體優勢。因此，必須加強對其日常的隱患排查，定期進行清潔、修理，并且更換一些易損部件。

埋弧焊在焊接前還必須做好其它準備工作，如焊件的坡口加工、待焊部位的表面清理、焊件的裝配、焊絲表面的清理以及焊劑的烘干等等，去除氧化皮、鐵銹、水分等，可有效防止夾渣、氣孔等缺陷的產生。

4 結束語及展望

隨著導管架海洋平臺的建造陸續朝著“短平快”方向發展，工期越來越緊，因此，企業必須不斷創新，尋求有效的焊接工藝，提高施工效率，才能確保項目按期交付。

相對于傳統的焊接工藝，埋弧焊具備焊縫質量高、生產效率高及勞動條件好的優點，這些特點是其他焊接工藝所無法滿足的，因而埋弧焊能在海洋平臺的建造中得以應用，并且隨著時間的推移將會越來越廣泛。近年來，雖然先后出現了許多種高效、優質的新焊接方法，但埋弧焊的應用領域依然未受任何影響。截至目前，埋弧自動焊已是海洋平臺建造中最為常用和有效的一種焊接方法。

當然，埋弧焊也存在自身的不足，如不及手工焊靈活、適應性差局限于焊接水平位置的焊縫、設備結構復雜等。但是，降本增效是企業一直倡導的主題，例如開發最優焊接技術，涉及設備選型、焊接參數設置、焊接材料選擇以及焊接坡口選擇等方面。因此，隨著市場的推動和技術的不斷進步，有些問題可以逐漸被有效解決，相信會有更加先進的焊接工藝和焊接設備被應用到海洋平臺的建造中。

參考文獻：

[1]吳敢生.埋弧自動焊[M].遼寧：科學出版社，2007.

[2]陳浩.埋弧焊常見缺陷的產生原因及防止措施[J].內蒙古科技與經濟，1998，（1）：39-40.