万米智能钻机-焊接过程控制

万米智能钻机-焊接过程控制

何洲

宝鸡石油机械有限责任公司 陕西宝鸡  712000

材料使用情况；万米智能钻机主要涉及材料为Q690ME、Q420ME、Q355E。

井架滑轮段、下段和人字架前后腿涉及Q690ME材料，其余各段以Q420ME为主。

底座主体在左右中基座、前基座、左右井架支脚、后立根台中大量采用Q690ME材料。

天车架、转盘梁主梁材料为Q690ME。二层台排管机械手中也采用了Q690ME。

Q690ME焊接性较差，易产生焊接冷裂纹等缺陷。只有严格执行经焊接工艺评定合格的焊机工艺规范（WPS），才能避免产生焊接缺陷，保证质量。

一、焊前

对部件的整体结构、所采用的母材材料、焊接材料等做到心中有数，大多数部件存在多次组合后焊接时更换焊材的情况，必须严格把关。

1、复查组装质量、定位焊质量和焊接部位的清理情况。

不符合工艺文件要求时，重新组合和定位焊，经检查合格后方可施焊。主要检查坡口深度-间隙、打磨情况、预热温度是否达标，定位焊是否存在焊接缺陷？

2、定位焊要求。

定位焊的数量应控制到最少，但须保证足够的吊运强度，其长度、高度必须符合J075的规定，涉及Q690ME材料的定位焊必须进行预热。

在井场大组装时涉及的配焊定位焊，可用氧乙炔火焰进行预热，时间要足够长使母材整体温度上升到WPS要求的预热温度以上，在母材背面进行测温。

3、预热区域不少于焊缝坡口两侧75mm范围。

对于涉及Q690ME材料、特殊合金钢、特厚板材的焊接，必须采用履带式陶瓷加热片在焊缝坡口两侧不少于75mm范围进行加热，焊前工件应预热至不低于焊接工艺规程（WPS）中规定的最低温度；在焊接过程中应始终保持这一预热温度，范围是在焊接点所有方向上75mm范围内，不可以只检测焊缝坡口内的温度。适当的预热能降低冷却速度，防止冷裂纹，减少焊接应力。

温度检测可用测温笔、接触式温度计、热电偶毫伏计、红外辐射测温仪等在加热范围的边缘或背面进行。

4、预热方式

天车架、井架滑轮段及耳座、支座等小部件可采用钢结构热时效处理炉（工件最大尺寸：长12000×宽3400×高2800）加热。

人字架、底座基座及H型钢外形尺寸较大，均须采用履带式陶瓷加热器进行加热。

近期针对Q690ME材料进行“斜Y形坡口焊接裂纹试验”的焊接结果，其中，16mm环境温度（约8℃）焊接的试件、25mm环境温度焊接和预热60℃焊接、40mm环境温度焊接的4组试件均在焊缝中心出现纵向贯穿式裂纹；25mm预热90℃焊接的试件和40mm预热90℃焊接+焊后消氢处理的试件暂未出现裂纹。
二、焊中

1、严控焊接热输入及道间温度

焊接过程中的电流、电压、焊接速度、预热温度、层间温度等要严格执行WPS的要求。Q690ME钢焊接时容易产生热影响区的脆化，应控制焊接电流（电流控制在WPS范围内），道间温度不能超过WPS限制：埋弧焊最大热输入控制在25kJ/cm以下，焊接电流应控制在550A～620A；气体保护焊和焊条电弧焊最大热输入控制在14kJ/cm以下，气体保护焊焊接电流应控制在210A～230A，焊条电弧焊Φ4.0焊条焊接电流应控制在120A～150A；道间温度控制在60℃～160℃以内。

2、中断焊接要后热、重开焊接要再次预热

每条焊缝或焊件应尽可能一次焊完，焊缝外形应光顺，不应有过高的焊缝余高。当中断焊接时，应及时采取后热、缓冷措施；再次施焊时，仍需按规定进行预热。

3、严格执行工艺，采用合理组焊顺序

采用合理的装配步骤和焊接顺序以保证主要焊缝的焊接，多层多道焊应注意各层道的焊接方向以及层间锤击的应用，尽可能地降低其内部残余应力，减少其产生裂纹的可能性。

4、引弧、收弧需注意

引弧应在引弧板上、距工件边缘或接弧点10 mm～15 mm处的坡口内或焊道上。不应在产品非焊缝区域或焊缝端部引弧，不允许在Q690ME材料的板厚方向上进行起弧或收弧，并严格禁止电弧击损。

收弧应在收弧板上或在焊至边缘时宜逆向运行10 mm～15 mm再进行收弧。不应在工件边缘、焊缝交叉点和焊缝的拐角处收弧。

焊缝末端收口处应填满弧坑，以防止产生弧坑裂纹。在去除临时焊缝、定位焊缝、焊缝缺陷、焊疤和清根时，均不应损伤母材。

5、碳弧气刨加热注意事项

使用碳弧气刨清根时，应避免在焊缝和母材上产生渗碳或过热现象。如有渗碳或过热现象，应予打磨。打磨出的槽口形状应符合焊接工艺要求。

若焊后未及时对焊缝清根，导致温度低于预热温度，需先预热至相应温度（约60℃）后，再进行清根，以免因为碳刨造成淬硬组织。

6、履带式陶瓷加热注意事项

应能熟练使用履带式陶瓷加热器，并在使用过程中注意安全，防止烫伤。

焊接时在钢板一侧采用陶瓷电加热片加热，或者在角焊缝待焊侧背面采用陶瓷电加热片加热，或者焊接在局部无法布片或者厚度大、温差大时，辅助采用烘枪加热。

三、焊后

1、焊后处理要求

凡是涉及Q690ME的焊接接头，均应进行焊后消氢处理，若焊后无法立即进行焊后消氢处理（包括焊接完成的焊缝、焊接完成的部件），应将所有焊缝及其周围75mm范围内用陶瓷电加热片进行保温（温度不低于100℃），待整个部件焊接完成后，再进行焊后消氢处理。

涉及Q690ME材料大组装时的配焊，焊后可采用氧乙炔火焰对焊缝及其周围75mm范围内进行加热保温缓冷处理。

2、焊缝返修

凡是涉及Q690ME不合格焊缝返修时严禁用碳弧气刨，可采用的方式有：等离子刨、砂轮打磨或者铣刀方式。

不合格焊缝返修去除缺陷时应先进行预热（约60℃）。

3、无损检测时间要求

探伤时机：涉及Q690ME材料必须48h后进行探伤；涉及Q420ME材料不低于24h后进行探伤。当多种材质同时存在时，按时间间隔时间长的执行。

四、无镀铜焊丝操作注意事项

万米智能钻机生产中涉及Q690ME的埋弧焊和气体保护焊均采用无镀铜焊丝，Q690ME+Q420ME、Q690ME+Q355E、Q420ME+Q420ME、Q420ME+Q355E的气体保护焊亦采用无镀铜焊丝，无镀铜焊丝的操作应注意以下几点：

1、送丝轮

送丝轮经长期使用后，沟槽会发生磨损而变得不规则，当焊丝经过送丝轮时，就极有可能使焊丝表面发生划伤，从而影响焊丝的导电性能，电弧稳定性变差。正常情况下，送丝轮可以使用6个月。

措施：每天定时清理一次送丝轮沟槽中的油泥，按期更换送丝轮。

2、压线轮

压线轮将焊丝压在送丝轮上，凭借送丝轮的转动，将焊丝送入送丝软管中。压线轮调节太松，摩擦力太小，送丝轮打滑，送丝不稳定。压线轮调节太紧，将焊丝表面损伤，导电性变差，使电弧不稳定。

无镀铜焊丝表面和镀铜焊丝表面不同，压线轮手柄应比镀铜焊丝松。对于1.2mm焊丝，调节刻度应该在0.8～0.9，（镀铜焊丝为1.2～1.6）。

措施：重新调节压线轮。

3、校直轮

对于盘装焊丝来讲，焊丝在自然状态下放在平面上为一定直径的圆圈，为减小送丝阻力，要对焊丝进行校直处理，校直轮起着校直焊丝的作用（只针对单驱送丝机，双驱送丝机不需要校直轮）。如果校直轮转动不灵活或不转，则会划伤焊丝，使电弧稳定性变差。

措施：调节校直轮，也可根据实际情况，去掉校直轮。

4、送丝软管

送丝软管规格要和焊丝规格相匹配。

1）送丝软管连续使用一周左右时间，需要清理一次。清理时，可以用煤油或其他有机溶剂浸泡一小时，再用压缩空气吹干。

2）送丝软管磨损严重，也会增大送丝阻力，造成送丝不顺。

3）送丝软管的长度为在焊枪平直放置时，焊枪尾部到导电嘴尾部的距离再加3mm～5mm。如果送丝软管太短，焊接时容易产生枪抖的现象。

措施：清理或更换送丝软管。

5、导电嘴

1）导电嘴磨损严重，焊丝和导电嘴之间导电面积减小，使导电性能变差，严重时，焊丝在导电嘴内引弧，焊丝和导电嘴发生粘连，造成断弧。

2）应该采用CrZrCu导电嘴，外径9mm。

3）当电流较大时，建议选用大一规格的导电嘴。

措施：更换合适的CrZrCu导电嘴。

6、焊丝与导丝管同心

送丝轮沟槽同导丝管中心线不在一条直线上，导致送丝时，焊丝线性发生变化，焊丝表面损伤，增大送丝阻力。

措施：调节送丝轮位置，使沟槽同导丝管中心线处于同一直线上。

五、鑫宇高强钢焊丝操作要点

这次Q690ME的焊接采用了鑫宇GHS-80无镀铜实心焊丝和XW-11+XF-BG埋弧焊焊丝焊剂，在实际焊接时应注意如下几点：

1、尽量不摆弧焊接。鑫宇高强钢焊丝的焊缝组织以针状铁素体为主，大幅度的摆弧，将改变铁素体的形态，并在晶间析出有害的组织。因此，在焊接时尽量不要摆弧，以保证获得性能良好的焊缝。

2、高强钢焊丝尽可能采用富氩的混合气体进行焊接，以保证合金元素的过渡，获得良好的微观组织。同时减小了焊接飞溅，改善了焊道成形。

常用混合气体：80%Ar+20%CO2

3、焊前预热、层间温度控制和焊后热处理。

高强钢是否需要预热，决定于母材的碳当量，板厚，环境温度以及扩散氢等各项指标。碳当量Ceq≥0.40，就需要预热。对于板厚超过30mm的板材，即使夏天也是需要预热。

对于Q690以上级别的高强钢，预热和焊后热处理是必要的，还要控制焊接过程中的道间温度。必要时，采用多人焊接。

4、采用多层多道错位焊，以获得优良的焊接接头。引弧和收弧应错开50mm以上，避免在应力集中处引弧和收弧。

6、选择合理的焊接顺序。既要防止发生较大的焊接变形，又要控制焊接内应力，依据工件结构，制定合理的焊接顺序。

7、XW-11是760MPa级的高强钢埋弧焊丝，为NiCrMo合金系，配合焊剂为XF-BG烧结焊剂，适合多层多道焊工艺。