双枪管道全自动焊未熔合缺陷控制

双枪管道全自动焊未熔合缺陷控制

唐远刚 ,闫光宁 ,杜国双, 李东辉, 刘松

中国石油天然气管道第二工程有限公司  江苏徐州  221008

摘要：本文结合江苏滨海LNG配套输气管线滨海-盱眙项目一标段施工现状，工程选用双枪管道全自动焊接的工艺，就项目施工过程中出现的主要焊接缺陷未熔合产生的原因及控制方法加以论述，希望论述之后，可以给管道全自动焊焊接及相关人员提供一定的帮助和技术支持。

关键词：熊谷管道全自动焊设备未熔合原因分析及防止措施

0.引言

管道全自动焊接具有焊接质量一致性好、有利于管道长期安全运行、焊工劳动强度低等优点，是今后发展的方向，我国重点石油天然气长输管道建设将进入全面推广使用管道全自动焊的时期。我公司承接施工段，江苏滨海LNG配套输气管道工程，管道直径为1219毫米，材质X80M，壁厚22毫米和27.5毫米。我机组采用熊谷全自动焊接设备，A-800内焊机打底、A-610管道全自动双焊炬焊机填充盖面的焊接工艺，主要负责22毫米壁厚的管线焊接。熊谷管道全自动焊接设备及焊接工艺代表着国内管线焊接的先进水平，新工艺的熟练掌握将是本工程顺利施工的前提，而焊口一次合格率的高低则直接关系到工程质量。必须确保焊接一次合格率。

1.熊谷管道全自动焊设备

1.1长输管道通常是指较长距离和较大管径输送油、气等介质的管道。

1.2管道全自动焊的概念:用自动焊接装置完成全部焊接操作的焊接方法称为自动焊。

1.3用管道自动焊接装置完成全部管道焊接操作的焊接方法称为管道全自动焊。

1.4完整的一套全自动焊系统包括坡口机、内焊机、双枪头焊接系统。

（1）熊谷管道全自动内焊机系统集对口器和内焊机于一体，有8个枪头，沿圆周方向均匀分布。内焊机的控制线缆通过送达杆连接到管口的控制盒，根焊可通过操作控制盒来完成管口组对和根焊焊接操作。根焊在管口内部完成，采用80%Ar+20%CO2混合气体保护熔池，焊接使用实芯焊丝，焊接方向下向，具有自动化程度高、焊接速度快、质量好的特点，焊接效率约为手工焊条电弧焊的10倍，而且焊接质量可靠。

（2）外部焊接系统由一些主要部件及相关的连接电缆组成。包括焊接电源、双焊枪机头组件、焊枪水冷装置、电源控制箱、正极和负极焊接电缆（带电压传感导线）、保护气体源和调压器、焊接电源以及手持式控制器。该系统具有操作简单、可编程和电弧垂直水平跟踪等特点，焊接质量较好，填充盖面焊采用80%Ar+20%CO2的混合气体作保护，焊接使用实芯焊丝，焊接方向下向，电弧燃烧稳定，飞溅少，焊缝成形美观。具有自动倾角感应功能，可根据焊机所处的位置而自动切换焊接参数。它的CPU可存储多组参数，可焊接直径φ600mm以上的钢管。

1.5熊谷全自动焊的坡口形式是典型的窄坡口设计，具有焊接接头受热范围小、焊接热影响区小、焊接变形和应力小、焊缝的组织和性能好、节省焊接材料、焊接效率高等特点。

1.6 熊谷全自动焊施工过程是一个严密的体系，主要工序在于焊接性试验、焊接工艺评定、卸管、坡口加工、布管、管口清理、管口组对、预热以及焊接作业等，在这个体系中任何一个环节出现问题，最终都会影响焊接质量和施工效率。

2、未熔合原因分析及防止措施

2.1、未熔合

管道自动焊焊接时，采用的是全自动超声波（AUT）和射线双检，AUT对未熔合很敏感，缺陷主要出现在焊缝的根部、钝边、热焊、填充等区域，主要分为根部未熔合、层间未熔合、单边未熔合等。工程前期该项目开工，焊口一次合格率只有78%，没能充分体现管道全自动焊优质高效的特点，统计未熔合占已出缺陷的87.5%,解决该问题将大幅提高焊接一次合格率。

2.1.1、根部未熔合

根部未熔合主要产生在根焊层与热焊层之间，产生的位置大多数在0点-5点之间。

原因分析：

（1）钝边太厚，热焊层不足以将钝边穿透而实现与根焊道金属的良好熔合。

（2）焊接参数设置不合理，热输入量不够。

（3）错边量太大。

（4）混合气比例不合适，二氧化碳含量低，电弧漂移挺度不够，熔深浅。

防止措施：

（1）要求工艺师及质量员严格控制坡口尺寸，尤其是内坡口和钝边的尺寸。

（2）适当增大容易出现未熔合位置的焊接参数或缩短干伸长度，由于根焊和热焊都是短弧焊接，缩短干伸长度可增大焊接电流，提高电弧的熔深。

（3）严格控制错边量，管工在焊接前进行管口记配，组对矫正，变形超标的钢管不选用，局部少量错边时，先完成根焊，在热焊进行前，对坡口进行打磨（主要打磨高的一侧）。

（4）严格控制焊接保护气配送质量，保证混合气配比达标，须专人专检。

2.1.2、层间未熔合

填充金属之间局部未完全熔化结合的现象，常出现于最后一遍填充和盖面焊，主要位置在立焊位。

原因分析：

（1）焊枪角度不正确引起层间未熔合的产生。

（2）送丝速度和行走速度不匹配。当送丝速度较大或者行走速度太慢时，都会导致熔敷铁水过多而沿着坡口向下流，而导致焊接熔池流到了电弧前面，这种情况下铁水达不到自然熔合，产生层间未熔。

（3）层间清理不够，实芯焊丝在焊接时会产生一定的氧化皮覆在焊道表面，若不及时清理，随着焊接量的增加而增加，严重时就会产生未熔超标。在大规模的生产中，电焊工层间清理工作的细心程度降低。，

防止措施：

（1）合理调节枪头角度，枪头应沿焊接方向略微前倾，一般为5-7°。

（2）适当调低送丝速度，使之与行走速度相匹配。焊接时要注意观察熔池，合理操控焊车的行走速度，焊丝始终要保持在熔池中间，既不能超前，也不能滞后。

（3）要求填充焊工在每一遍完成后进行层间清理，减少氧化皮对焊接的影，防止出现层间未熔。

2.1.3、单边未熔合

单边未熔合又称侧壁未熔合，分布在焊道的单侧或双侧，多于线状或点状出现。

原因分析：

（1）坡口的原因：由于坡口尺寸变大，已设定的焊接摆幅不能够满足坡口两侧熔合良好；坡口侧壁若有较深的沟槽，也很容易造成单边未熔合；另外坡口侧壁凹凸不平，容易导致跟踪的失效。

（2）摆幅太大或太小。

（3）电弧不稳造成点状或断续未熔合。

（4）焊工操作不当引起的焊偏。

防止措施：

（1）严格按照工艺规范加工坡口，在焊接前认真检查加工质量。每次焊接前调整好焊枪的角度，每次根焊结束后增加焊工管内部自检工序，确保根部熔合良好。

（2）合理设置摆宽。

（3）经常清理导电嘴和送丝系统，保持焊接过程中的电弧稳定。

（4）焊工操作时，要采取正确的姿势和位置观察熔池。

3、对策实施

组织全员工工进行质量学习，指出存在的主要质量问题，要求各工序，加强自检力度，保证坡口质量及保护气配比达标。电焊工要认真施焊，对可能出现质量问题的部位及时进行打磨、处理，焊丝燃烧后所产生的飞溅和氧化皮覆在焊道表面，掩盖了熔合不好的点，若不及时清理，严重时就会产生未熔超标，决定各填充层在层道焊接后都要及时进行清理，并提醒质检员在加快施焊进度的同时要严把质量关。

送丝速度和行走速度不匹配，易产生层间未熔，把焊接小车的送丝速度由500in/min±25%调整为480in/min±25%，行走速度不变，为17.5in/min±25%。当天焊接20道焊口，焊后检测没有出现层间未熔合现象。由此证明，适当调节焊接参数，使送丝速度和行走速度相匹配，有利于消除层间未熔合。

项目全体自动焊机组人员提高了质量意识，2020年9月21日-2020年9月29日在一标段施工段共焊接138道口，只有2道不合格，一次合格率达到了98.6%。

4、结论

通过在施工中对长输管道全自动焊焊接未熔合缺陷产生原因的分析,总结出避免未熔合产生的控制方法,成功地解决了未熔合问题，需要在焊接过程中严格控制。管道全自动焊的焊接质量控制是一个较为复杂的过程，需要过程中做精准的准备、控制、操作、维护等工作。

参考文献：

[1]曹永利,黄福祥,王勤.我国长输管道焊接技术进展及发展方向[J].石油科技论坛,2012,(1).7-11.

[2]杨天冰,郭瑞杰.长输油气管道焊接技术[J].金属加工（热加工）,2008,(24).32-36.

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