探究管道自动焊接过程中微调控制的作用机理

探究管道自动焊接过程中微调控制的作用机理

孙健

身份证号码： 3703 04 1970 10155 1**

摘要：在管道对接环缝焊接中，常因管件尺寸和形状等条件限制，难以进行管道里口的焊接，其接头也往往未完全焊透。为此，通常采用单面焊双面成形技术（背面不加衬垫）来保证焊道根部均匀平整，避免出现咬边、弧坑及未焊透等焊接缺陷。由于氩弧焊工艺具有工艺性能好、易观察电弧及熔池、热输入容易控制等特点，结合自动打底焊技术可有效保证单面焊双面成形的要求，在压力容器及承压管道的预制和安装中得到了广泛应用。

关键词：管道自动焊接；微调控制；作用机理

1自动打底焊接过程的影响因素

管道环缝焊接时的组对质量受多重因素的影响。从原材料生产工艺角度看，来料钢管和管件在椭圆度、壁厚均匀度、直度等方面或多或少存在误差；从后续管件的切割、坡口加工过程看，其加工误差也无法避免。

直接影响因素及其成因有以下几点：(1)错边量方面，圆度不够、坡口偏、壁厚不均匀，并且钢管直径越大，错边量越大；(2)间隙方面，组对、钢管端面不在同一个平面上；(3)干伸长方面，焊枪的高低，焊丝伸出导电嘴的长度。

间接影响因素及其成因如下：(1)圆度，材料本身问题导致错边量不均；(2)焊枪位置，现有设备的焊枪角度可调，伸缩随意，但设备无法读出焊枪的伸缩量；(3)点焊点，通常比较厚，影响焊缝成形，需调节焊枪的高低，但一般把点焊点打磨薄，此困难容易解决；(4)焊缝收缩，焊接过程中试件受热，焊缝间隙变小；(5)试件夹持不水平，包括钢管圆度、同心度及加工精度，变位机与管件的同心度，卡盘精度；(6)焊道倾斜（管子、设备、窜动），包括钢管直度、设备稳定性。

2自动焊接过程中微调控制机理

2.1一元变量因素下的微调

2.1.1错边量

钢管对口错边量过大，可能导致焊缝侧面未熔合、焊缝底部咬边、未焊透等缺陷。为了消除错位的影响，焊枪的位置应移向一侧。

焊接过程的微调动作主要是：左右调整焊枪的位置。

作用机理：由于整个母材在焊接过程中温度场不均匀，只有高于其熔点的部分熔化。焊枪向左移动，使熔池中心向左移动。焊接电弧的热量迫使坡口左侧母材的熔化量增加，减少了左右两侧熔化的填充金属与局部熔化母材形成的熔池中液态金属的差异，使交错区域平滑过渡，避免咬边，未熔合和未焊透。

2.1.2间隙

如果间隙过大，熔池会严重下沉，如果背面焊缝补强过大，在填充金属不足时容易出现焊缝漏焊；如果间隙过小，会导致背面未熔合等缺陷。

焊接过程的微调动作是：（1）调整摆动；（2）调整焊接速度。

作用机理：当间隙由小到大增大时，增大摆幅可促进横向熔池中的金属流动，使液态金属流动覆盖母材中电弧效应较弱的未熔化部分，增加焊缝宽度；当间隙逐渐增大到熔池不够填充时，在焊接过程中，应加大焊枪摆动，降低焊接速度，使回流熔池能满足增加的熔敷金属，避免金属液脱落、焊缝补强高、焊缝漏焊等缺陷。

2.1.3干伸长

影响因素包括干伸长尺寸、焊枪高度和钢管椭圆度不均匀。焊接工艺微调动作主要是：上下焊枪位置。作用机理：在其它条件不变的情况下，焊丝干伸长的变化会引起电流和电压的波动。当管件椭圆度变为工况（1）时，应向下压焊枪，保持电流和电压稳定，使焊缝高度一致；当管件椭圆度变为工况（2）时，应向上抬起焊枪，保持电流和电压稳定，保证焊缝高度一致。另一方面，成形时要防止管件在TIG打底焊时与钨极发生摩擦。

2.1.4焊接过程中的焊缝收缩

焊缝收缩的微调和机理与间隙变化的微调和机理相同。焊接过程的微调动作是：（1）焊枪摆动调整；（2）TIG打底，送丝速度调整。作用机理：在焊接过程中，焊缝收缩使坡口间隙由大变小。通过减少焊枪的摆动，避免了过多的熔融金属流到焊缝边缘，减小了焊缝宽度。当间隙进一步减小时，必须降低送丝速度，以减少熔敷金属量，增强焊道熔合，有效避免未熔合、未焊透等缺陷。

2.1.5焊道倾斜

焊道倾斜（坡口表面不垂直于管件轴线）会引起焊接偏差、侧面未熔合、焊缝成形不良等问题。焊接工艺微调动作：主要调整焊枪的位置。作用机理：管道移动或平直度、设备夹紧稳定性、坡口切割等因素都可能引起焊缝倾斜。通过调整焊枪在焊道倾斜侧的位置，可以获得良好的熔池形状，有效地避免了焊接偏差、侧焊未熔合、成形不良等问题。

2.1.6点焊

组装管件时，应在坡口根部点焊。对于点焊点及后续自动打底焊可能存在未熔合、焊缝成形不良等微调动作的情况。焊接工艺微调措施是：（1）在焊接电流足够大的前提下，适当抬高焊枪，以保证背面熔透；（2）点焊厚度较大时，降低送丝速度或停止送丝。

作用机理：对点焊点施焊时，应适当提高焊枪，减少熔深，保证焊缝高度一致，避免TIG焊时碰到钨极；如果点焊点较高，应降低送丝速度或停止送丝直接焊接，避免了未熔合和焊缝成形不良的问题。

2.2多元因素下的微调

影响管道自动焊接过程的因素复杂多样，焊接过程中的微调难度大。根据实际管道自动焊接过程，有三种微调动作：焊枪位置（上下左右）、焊枪摆动幅度（增减）和焊接速度（增减）。当不对中、间隙、椭圆度、焊缝收缩、焊道倾斜度、点焊等两个或两个以上变量同时作用时，微调动作可以执行上述协调中的一个、两个或三个。不难推测，要实现管道焊接过程的全自动化、智能化，需要上述三种自适应调整动作。

3焊接工艺的选择

埋弧焊、气体保护焊等焊接工艺是管道焊接中常用的焊接方法。一般情况下，除手工焊接外，多采用埋弧自动焊和气体保护焊。

对于埋弧自动焊，具有良好的焊缝成形性。具有焊接效率高、焊接成本低等优点。在管道焊接中，这种焊接方法可用于双管接头焊接，俗称“二合一”管道焊接。在这个过程中，焊枪只需固定在一个特定的位置，待焊接的管道可以通过旋转焊接。然而，对于长输管道的焊接，管道不能自由转动。因此，埋弧自动焊的工艺取决于管道的尺寸。将该技术应用于全位置自动焊接技术，首先需要将焊接轨迹由原来的直线排列改为水平排列，还需要调整焊剂输送、支撑和回收机构。这使得焊接过程变得复杂，安装也不方便。同时，很多设备需要直接安装在焊接车上，增加了焊接车的重量，焊接质量难以保证。而埋弧焊一般采用粗焊丝，需要大功率送丝机。用于全位置自动焊时，由于熔滴沉积速率高，会产生熔滴下垂、流动不畅等焊接缺陷。因此，需要对这种焊接工艺进行不断的研究，以便更好地应用于全位置自动焊接技术。

采用气体保护焊时，需要与药芯焊丝配合进行气体保护焊接工作，但这种焊接方法往往不能一次达到理想的效果，因此需要多次焊接；多次焊接容易在焊缝表面产生大量焊渣，给清洁带来不便。如果要一次成型，需要增加焊枪和移动成型铜滑块，同时还需要连接循环水进行冷却。这种方法虽然可以提高焊接效率，但总体上还是增加了重量，设备复杂，药芯价格高，焊接还需要气体保护，虽然整个焊接效率高，但是成本也更高。自保护焊丝一次使用节约了成本，但焊渣不易清理。因此，对于这两种工艺，仍需在连续使用中进行优化，以便更好地应用于全位置自动焊接技术。

结论

综上所述，随着我国的经济不断的发展，社会基础设施的建设也在不停的建设，而对于全位置自动焊接技术的出现，极大的提高了焊接效率，由传统的人工焊接改为自动化焊接，也是我国建设工业中一项重要的突破。面对目前激烈的国际市场竞争环境，企业想要在管道建设市场中占据有利的地位，就需要提高其施工方式和施工工艺，而全位置自动焊接技术无疑就是为我国管道工程建设在国际市场中打开大门的那把钥匙。所以，研究增强全位置自动焊接技术对提高我国管道施工水平和提高与国际之间的竞争力有着不可忽视的现实意义。

参考文献：

[1]任国强，张先龙，郭建明.长输管道全位置自动焊工艺对比分析[J].金属加工:热加工，2018(12):32-34.

[2]沈少锋.简析长输管道全位置自动焊技术要点[J].名城绘，2019(05):323.