中俄東線長輸管道自動(dòng)焊焊接難點(diǎn)解析

袁吉偉，張敬洲，朱文學(xué)

大慶油田工程建設(shè)有限公司培訓(xùn)中心 黑龍江大慶 163712

1 序言

中俄東線天然氣管道是目前國內(nèi)第一條同時(shí)采用大口徑、高鋼級、高壓力等級及單管輸量最大的跨境長輸天然氣管道工程。中俄東線天然氣管道是中俄兩國能源領(lǐng)域務(wù)實(shí)合作的重要工程，起點(diǎn)位于黑龍江省黑河中俄邊境，止于上海市白鶴末站，工程采用的管道規(guī)格為φ1422mm×21.4mm，焊接方法為管道自動(dòng)焊內(nèi)焊機(jī)打底，自動(dòng)焊外焊機(jī)雙槍填充、蓋面。在施工過程中，碰到了一系列的難題，很多施工單位都未能很好地解決此問題。結(jié)合我方現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)的焊接技能專家經(jīng)驗(yàn)，提出了各個(gè)難點(diǎn)的解決方案，并取得了良好的效果。

2 焊接設(shè)備

2.1 根焊設(shè)備

根部焊接采用的是熊谷管道全自動(dòng)內(nèi)焊系統(tǒng)，型號為：A-808/56。內(nèi)焊機(jī)總共8個(gè)焊槍，分別為CW（前半周焊接）和CCW（后半周焊接）各4個(gè)焊槍（見圖1）。焊接方向?yàn)橄孪蚝浮?/p>

圖1 內(nèi)焊機(jī)

2.2 外焊設(shè)備

熱焊、填充及蓋面采用的是熊谷A-610全位置管道自動(dòng)外焊系統(tǒng)。A-610雙焊槍機(jī)頭依靠機(jī)頭小車行走輪夾持于環(huán)繞管道圓周上的淬火鋼帶上，并圍繞管道運(yùn)動(dòng)。雙焊槍機(jī)頭組件配備了一個(gè)行走電動(dòng)機(jī)（用于小車行走）、兩個(gè)焊槍擺動(dòng)電動(dòng)機(jī)以及兩個(gè)焊槍垂直運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。小車組件分為順時(shí)針CW和逆時(shí)針CCW結(jié)構(gòu)（見圖2）。

圖2 管道自動(dòng)外焊系統(tǒng)

3 焊接難點(diǎn)及解決方案

3.1 焊接接頭

（1）接頭打磨 焊接接頭是管道自動(dòng)焊焊接時(shí)必不可少的操作過程，在管道自動(dòng)焊外焊機(jī)焊接中分為CW（前半周焊接）和CCW（后半周焊接），在12點(diǎn)和6點(diǎn)位置各有一個(gè)焊接接頭。因此，在焊接前焊接接頭如果處理不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生跨區(qū)未熔合等焊接缺陷。在CW一側(cè)焊接完畢后，將12點(diǎn)位置的待焊接頭處用磨光機(jī)打磨成斜坡，斜坡的長度約為20mm，斜坡前端深度要打磨到前一焊層并且不要破壞兩側(cè)的坡口面。新一層焊接接頭要保證與上一層接頭錯(cuò)開30mm以上，否則容易缺陷疊加導(dǎo)致不合格。6點(diǎn)位置的接頭一般情況下不用進(jìn)行打磨修整，但是如果出現(xiàn)后槍熔池超前或者前后槍熔池形狀異常要及時(shí)處理，否則容易產(chǎn)生跨區(qū)未熔合[1-2]。

（2）焊前調(diào)節(jié) 焊接前，先將焊接小車的后槍對準(zhǔn)焊接位置進(jìn)行焊前調(diào)節(jié)。首先調(diào)節(jié)焊槍的對中性，保證焊絲端頭指在焊道的中心，然后調(diào)節(jié)擺寬，使焊絲的端頭指向底層焊道與坡口面的夾角，擺寬不宜過大或過小，否則容易產(chǎn)生層間未熔合或側(cè)壁未熔合。其次再調(diào)節(jié)干伸長度和焊絲端頭與焊道的距離。干伸長度為10~15mm，焊絲端頭與焊道的距離為1~2mm。干伸長度過長或過短在起弧時(shí)會(huì)影響垂直跟蹤的自身調(diào)節(jié)，使焊接電弧不穩(wěn)定而產(chǎn)生焊接缺陷。完成后槍調(diào)節(jié)后，將焊接小車向焊接反方向移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)前槍焊接位置時(shí)進(jìn)行前槍的焊前調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方法與后槍相同。雙槍調(diào)節(jié)完畢后，才能進(jìn)行焊接（見圖3）。

圖3 調(diào)節(jié)雙槍

3.2 氣孔

由于管道自動(dòng)焊焊接是氣體保護(hù)焊，所以氣孔產(chǎn)生的原因很多。通過以下幾個(gè)原因可以有效防止氣孔的產(chǎn)生。

（1）保護(hù)氣體 氣瓶使用一段時(shí)間后，注意氣瓶壓力應(yīng)不低于2MPa，氣體流量應(yīng)達(dá)到25~30L/min。定期檢查氣帶是否有漏氣現(xiàn)象，CO2表通電后是否在加熱，在每次更換氣瓶后，要按住驗(yàn)氣按鈕將空氣排出，否則，由于空氣的摻雜，將會(huì)產(chǎn)生氣孔。

（2）防風(fēng)棚 在焊接過程中，防風(fēng)棚能夠有效防止外界風(fēng)源進(jìn)入，從而避免焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔。在使用防風(fēng)棚的過程中應(yīng)該注意，由于管墩有時(shí)過高，防風(fēng)棚的底板很容易進(jìn)風(fēng)，在防風(fēng)棚里形成旋風(fēng)而產(chǎn)生氣孔。解決的方法是將防風(fēng)棚底部四周用帆布圍上，并將帆布加長。另外，防風(fēng)棚底板鋪開后，地板的間隙也漏風(fēng)，為此焊接前在地板上再鋪上一層帆布，則能夠阻止外界風(fēng)源（見圖4）。

圖4 防風(fēng)棚

（3）焊槍 每焊接完一層后要及時(shí)清理噴嘴內(nèi)壁飛濺，檢查導(dǎo)電嘴的對中性以及是否需要更換。如果導(dǎo)電嘴的對中性不好，會(huì)使噴嘴內(nèi)的保護(hù)氣體分布不均勻而偏向一側(cè)產(chǎn)生氣孔。檢查分流器是否堵塞或松動(dòng)，分流器上面的孔如果被堵塞，會(huì)使氣體流量減小，焊道保護(hù)不好而產(chǎn)生氣孔。焊接到仰位時(shí)，前、后焊槍的軟管不要有硬彎，使保護(hù)氣體暢通。

3.3 未熔合

管道自動(dòng)焊焊接時(shí)，采用的是全自動(dòng)超聲波（AUT）檢測方法，AUT對未熔合很敏感，缺陷主要出現(xiàn)在焊縫的根部、鈍邊、熱焊及填充等區(qū)域，主要分為層間未熔合、側(cè)壁未熔合與跨區(qū)未熔合等。

（1）層間未熔合 層間未熔合主要產(chǎn)生在焊道層與層之間，產(chǎn)生的位置大多數(shù)在12點(diǎn)至5點(diǎn)之間，主要是由于焊接過程中熔深不夠而引起的焊接缺陷。通過AUT檢測的結(jié)果能判斷出焊接缺陷的深度，確定焊接缺陷的位置后調(diào)節(jié)焊槍的電弧長度，降低電弧電壓來增加熔深。

（2）坡口未熔合 坡口未熔合又稱側(cè)壁未熔合，分布在焊道的單側(cè)或雙側(cè)，多呈線狀或點(diǎn)狀出現(xiàn)。產(chǎn)生的原因是焊工操作時(shí)擺寬不夠或電弧電壓過低。在焊接時(shí)要求焊工觀察熔池寬度，避免因擺寬不夠使焊道兩側(cè)產(chǎn)生過深的夾角。如果調(diào)節(jié)擺寬后，夾角過深的現(xiàn)象沒有改善再調(diào)節(jié)電弧電壓，使電弧電壓略高一些，達(dá)到焊道兩側(cè)熔合良好的狀態(tài)，使焊道接近于平整，可以避免側(cè)壁未熔合的產(chǎn)生。

（3）跨區(qū)未熔合 跨區(qū)未熔合又稱貫穿性未熔合，在AUT圖像中顯示沿著焊縫的厚度方向產(chǎn)生的未熔合。這種焊接缺陷主要產(chǎn)生在平位接頭和仰位接頭的焊接位置，缺陷的高度超過了AUT的評定區(qū)域，缺陷基本上是垂直于焊道。產(chǎn)生的原因是焊工打磨不到位或引弧之前，焊槍槍距偏高、干伸長過短造成的。焊前要求焊工按著要求認(rèn)真打磨焊接接頭，調(diào)節(jié)好焊槍槍距及干伸長度，焊絲端頭與焊道的距離在1~2mm之間，干伸長度在10~15mm之間，保證電弧的穩(wěn)定性，防止焊接缺陷的產(chǎn)生。

3.4 咬邊

焊接時(shí)，由于焊接參數(shù)選擇不當(dāng)，或操作方法不正確，沿焊腳的母材部位產(chǎn)生的溝槽或凹陷稱為咬邊。管道自動(dòng)焊咬邊一般都集中在仰焊位置，在設(shè)置焊接參數(shù)時(shí)，立填充焊道仰焊位置要焊接飽滿一些，將焊道兩側(cè)的坡口棱邊完全熔合，高出母材部分的焊道用磨光機(jī)打磨平整，為蓋面層打好基礎(chǔ)。蓋面焊接時(shí)，當(dāng)焊接到仰位時(shí)要求焊工要躺到管下，這樣能比較清晰地觀察熔池狀況。由于蓋面是兩道排焊，焊工要觀察前、后焊槍的擺寬是否合適。擺寬過大、焊接速度過快容易在仰位產(chǎn)生咬邊；擺寬過小、焊接速度過慢使熔池下垂也會(huì)產(chǎn)生咬邊和焊道超高。

4 結(jié)束語

通過在施工中對長輸管道自動(dòng)焊常見焊接缺陷產(chǎn)生類型及原因的分析，總結(jié)出減少和避免焊接缺陷產(chǎn)生的有效方法，并在焊接過程中嚴(yán)格控制，提高了長輸管道自動(dòng)焊的一次合格率。