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直縫埋弧焊鋼管預(yù)焊技術(shù)

: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-08-21

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在管線建設(shè)中，油氣長輸管道正向著大口徑高壓力輸送和海底管道厚壁化方向發(fā)展，越來越多的管線要求采用直縫埋弧焊鋼管。隨著我國幾條大直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線的引進投產(chǎn)，掌握先進的直縫埋弧焊焊接技術(shù)顯得尤其重要。本文主要介紹直縫埋弧焊鋼管的預(yù)焊技術(shù)。 1. 預(yù)焊技術(shù)現(xiàn)狀預(yù)焊是直縫埋弧焊鋼管的焊接工藝組成部分，它將成型縫沿全長進行“淺焊”，是直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)中的特殊工序之一。在早期的直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)中沒有預(yù)焊，直到第二代UOE焊管機組中才開始出現(xiàn)了預(yù)焊機，但此時的預(yù)焊為間斷式焊接，間距約300mm，到了UOE焊管機組發(fā)展的第三代(1968～1979年問)，預(yù)焊得到了極大的重視和發(fā)展，已將不連續(xù)方式變?yōu)檫B續(xù)方式，此階段的預(yù)焊技術(shù)為現(xiàn)代預(yù)焊技術(shù)奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)代預(yù)焊技術(shù)采用了連續(xù)的、高速的氣體保護焊(MAG)方式和焊縫激光跟蹤，焊速可達到7 m／min，焊道成型平直美觀。就MAG焊而言，目前有兩種方法：一種是美國和德國等國家采用的單絲雙電源的大電流高速氣體保護預(yù)焊，另一種是日本采用的雙絲高速氣體保護預(yù)焊。目前應(yīng)用較多者為單絲高速氣體保護預(yù)焊，我國從德國引進的兩條直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線中預(yù)焊都是采用此種方法。從鋼管的質(zhì)量標準中也可反映出預(yù)焊技術(shù)的發(fā)展，在最新的有關(guān)海洋、低溫和酸性條件用管標準IS03183—3和GB／T9711．3的6．3款中，已明確提出不允許采用斷續(xù)點焊，說明了預(yù)焊方式對鋼管質(zhì)量的重要性。2. 預(yù)焊工藝2.1 預(yù)焊工藝過程預(yù)焊時，先將鋼管管坯進行合縫，隨后進行連續(xù)氣體保護焊，在焊接同時進行焊縫狀態(tài)和焊接質(zhì)量的監(jiān)測和反饋。具體工藝過程為：進口輥道接受管坯--調(diào)整管坯開口位置--輸送裝置遞送管坯葉管坯合縫--確認合縫質(zhì)量--焊槍下降準備焊接--啟動激光跟蹤器進行跟蹤--打開保護氣體及冷卻水閥--啟動焊接(管坯以焊接速度進給)_--到終端熄弧停焊--滯后關(guān)斷保護氣體--焊槍上升回位--管坯傳往下道工序。到此，一個預(yù)焊周期完成。在上述工序中，調(diào)整管坯的開口位置，是指將開口縫位置調(diào)整到要求位置，一般是12點鐘位置，此項工作可通過電控系統(tǒng)中攝像監(jiān)視系統(tǒng)進行。確認合縫質(zhì)量，就是對合縫的錯邊量、合縫的間隙等進行確認，只有確認后才可進行合縫的跟蹤和焊接。為了保證焊接質(zhì)量，在焊接啟動前，檢查專用焊槍，及時清理焊槍上的飛濺物，可適當(dāng)噴些防飛濺劑。預(yù)焊的啟弧和熄弧一般在啟弧板和熄弧板上進行。管端約80mm范圍內(nèi)的成型縫在預(yù)焊結(jié)束后通過手工氣體保護焊進行焊接。2.2 預(yù)焊質(zhì)量預(yù)焊質(zhì)量包括合縫質(zhì)量和焊縫質(zhì)量。(1)合縫(也即成型縫)無錯邊或錯邊小于規(guī)定值，一般規(guī)定錯邊量≤板厚的8％，最大不超過1．5mm。 (2)要保證焊縫有適宜的熔透深度和熔敷量，既要保證焊后不開裂，不產(chǎn)生燒穿現(xiàn)象，又要控制焊縫高度，對外焊焊縫余高不產(chǎn)生影響。(3)焊道連續(xù)，成型良好，以利于保證最后的外焊質(zhì)量。(4)焊縫不存在焊偏、氣孔、裂紋、夾渣、燒穿及背面焊瘤等缺陷，要求焊縫中心偏差≤1 mm。(5)無電弧灼傷，飛濺小，不影響管端坡口及表面質(zhì)量。(6)焊縫與母材匹配，焊縫金屬理化性能達到質(zhì)量要求。 2．3焊接材料及規(guī)范 (1)保護氣體。預(yù)焊所用的保護氣體基本上可以與常規(guī)的CO：／MAG焊相同，純CO：氣體雖然可進行焊接，但為了減少飛濺，改善焊縫成型，以利后續(xù)焊接工序，仍然推薦富氬氣混合氣體，并加大氬氣的配比。當(dāng)焊速大于4m／min時，其保護氣可采用三元混合氣體(Ar+CO：+0：)，該工藝過程即屬于“大電流MAG焊”。 (2)焊絲。同保護氣體一樣，預(yù)焊可以采用H08Mn2SiA等常規(guī)焊絲，但對于管線鋼的預(yù)焊應(yīng)采用專用焊絲，如X70鋼采用MD82焊絲。針對不同的壁厚，可以選擇西2．5mm、th3．2 mm、64．0 mm等不同直徑的焊絲。 (3)焊接規(guī)范。一般通過試驗進行確定。對于不同規(guī)格的焊絲，當(dāng)焊接線能量處于一定范圍內(nèi)、焊縫具有良好外觀成型的同時，兼有較佳的理化性能。以舭．0mm焊絲為例，當(dāng)線能量在3．5 ～4．0 kJ／cm時，焊縫外觀及理化性能均處于理想狀態(tài)。 3. 預(yù)焊設(shè)備預(yù)焊設(shè)備主要包括機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等部分。3．1機械系統(tǒng) 機械系統(tǒng)是設(shè)備的主體，包括進出口輥道、驅(qū)動裝置、合縫裝置、內(nèi)擴導(dǎo)向裝置等，它實現(xiàn)管坯的合縫、輸送。 (1)進出口輥道。進出口輥道完成管坯的接授、輸送、開口縫位置調(diào)整等功能。根據(jù)預(yù)焊工藝要求，管坯的下底標高不變，因此要求進出口輥道開口能根據(jù)鋼管規(guī)格進行調(diào)節(jié)。 (2)驅(qū)動裝置。預(yù)焊機一般采用焊槍固定、管坯移動方式。驅(qū)動裝置實現(xiàn)管坯合縫和焊接時的輸送。根據(jù)預(yù)焊工藝要求，焊接速度連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)后穩(wěn)定可靠，此要求也就是對驅(qū)動裝置的驅(qū)動要求，因此一般采用直流調(diào)速電機。傳動方式一般采用鏈傳動。通過安裝在傳動鏈上的推塊推動管坯連續(xù)進給。(3)合縫裝置。合縫裝置完成管坯的收縮擠壓合縫。為了適應(yīng)妒06～thl422 mm(或咖1 625 mm)的管徑范圍，一般設(shè)計7～9組壓輥對管坯進行控制，保證管坯合縫為一個理想的圓形合縫。裝置包括機架、環(huán)形架、合縫壓輥等，見圖1。環(huán)形架可沿機架上下移動，從而保證管底下表面標高不變。合縫壓輥實現(xiàn)對管坯的擠壓合縫。每組壓輥可沿環(huán)形架圓周方向移動。根據(jù)不同的管徑，調(diào)整不同的輥梁夾角。每組壓輥也可徑向調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的鋼管規(guī)格。為了保證管坯合縫的穩(wěn)定，每組壓輥在周向利用彈簧力鎖緊，鋼管換規(guī)格調(diào)型時再利用液壓力開鎖；其徑向依靠液壓力鎖緊，保證合縫質(zhì)量。(4)內(nèi)擴導(dǎo)向裝置。內(nèi)擴導(dǎo)向裝置安裝在機架管坯進口側(cè)，用于對管坯內(nèi)腔的支撐，減少錯邊量，提高合縫質(zhì)量，主要用于薄壁管。 3．2液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)完成機械系統(tǒng)的部分功能。一般液壓系統(tǒng)設(shè)計有一集中的液壓站，通過管道與合縫輥的周向松鎖缸、徑向退讓保護缸、進出口輥道開口調(diào)整機構(gòu)油缸等相聯(lián)，以滿足工藝對這些執(zhí)行元件的要求。 3．3焊接系統(tǒng) 焊接系統(tǒng)采用MAG焊連續(xù)焊接。主要包括焊機、專用焊槍、水冷系統(tǒng)、送絲系統(tǒng)、送氣系統(tǒng)、地線裝置和焊接操作機等。為了滿足大電流、高速焊接的要求，可采用兩臺DC一1000林肯焊機并聯(lián)使用。送絲系統(tǒng)可采用與焊機相配套的NA一3送絲機構(gòu)。專用焊槍采用噴嘴與導(dǎo)電桿分別冷卻的雙水冷式，保證焊接的穩(wěn)定與使用壽命。送氣系統(tǒng)選用三元氣體(Ar+CO：+O：)配比器，并帶有流量檢測開關(guān)。焊接操作機用來固定專用焊槍、激光跟蹤機構(gòu)等，根據(jù)鋼管規(guī)格、焊點位置可以作縱向和上下位置調(diào)節(jié)。3．4電控系統(tǒng)電控系統(tǒng)實現(xiàn)對整個預(yù)焊區(qū)的控制，是一個由現(xiàn)場總路線構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)(rCS)。主站可采用西門子s7系列作為控制中心，協(xié)調(diào)各個從站的動作?？刂葡到y(tǒng)實現(xiàn)下列功能： (1)焊接操作機的控制。由電機拖動，實現(xiàn)操作機橫梁的升降和伸縮運動。 (2)焊接過程控制。采用程序控制器結(jié)合焊機本身的控制，實現(xiàn)對焊接過程的控制。(3)攝像監(jiān)視系統(tǒng)的控制。能夠保證焊接過程中清楚地觀察焊絲對縫及焊接進行的情況。 (4)激光跟蹤的控制。進口激光跟蹤，實現(xiàn)高速預(yù)焊的焊縫自動跟蹤，同時，能夠檢測合縫的錯邊量，當(dāng)錯邊量超標時，及時報警。 (5)斷弧檢測及控制。檢測焊接過程中的焊接電流、電弧電壓，信號綜合后獲取斷弧信號，當(dāng)檢測到斷弧時，自動停止焊接過程。(6)氣體流量的控制。在混流排出口處安裝流量計，將信號引入控制系統(tǒng)，當(dāng)氣體流量不足時實現(xiàn)報警并停止焊接過程。4. 預(yù)焊常見問題及處理措施預(yù)焊作業(yè)中常常出現(xiàn)錯邊、背面焊瘤、燒穿、氣孔、飛濺、焊縫成型差等缺陷。 (1)錯邊。這是預(yù)焊中最常見問題，錯邊超差，直接導(dǎo)致鋼管的降級或報廢。所以，預(yù)焊時要求嚴格控制錯邊量。當(dāng)整根或大半根鋼管坯出現(xiàn) 錯邊超差時，一般是由于：①開口縫調(diào)整不到位 (合縫偏向一側(cè))；②合縫壓輥調(diào)整不到位(壓輥的周向角度不對，或以管坯中心線為軸線，左右壓輥不對稱，或相對的壓輥的徑向伸長量不一致)，沒有壓圓；③預(yù)彎邊沒有預(yù)彎到位，板邊存在直邊現(xiàn)象所致。當(dāng)管坯的頭或尾出現(xiàn)錯邊超差時，一般是由于：①進出口輥道的位置不對；②環(huán)形架中心不對；③合縫壓輥壓圓不好，個別壓輥位置偏差；④成型不好(成型后的管坯兩邊高低相差較大；⑤開口縫寬在150 mill以上)；⑥液壓系統(tǒng)壓力波動所致。 (2)背面焊瘤、燒穿。背面焊瘤，若清除，耗時，影響生產(chǎn)過程的正常進行；不清除，影響內(nèi)焊焊接成型及內(nèi)焊焊縫的跟蹤。燒穿，影響內(nèi)外焊質(zhì)量，需填補。產(chǎn)生背面焊瘤和燒穿的原因，一般是：①合縫不緊，也有可能是液壓系統(tǒng)壓力過低；②成型不好，圓度偏差大；③預(yù)焊工藝參數(shù)選擇不當(dāng)。一定的焊接電流和電弧電壓要配以適當(dāng)?shù)暮附铀俣?，線能量過大或焊速過低，都易產(chǎn)生背面焊瘤和燒穿。 (3)氣孔。預(yù)焊焊縫氣孑L導(dǎo)致內(nèi)外焊的內(nèi)部缺陷。預(yù)焊焊縫產(chǎn)生氣孔，一般是由于：①保護氣體質(zhì)量不佳，如含有水分，壓力流量不夠等舊3；②焊槍出現(xiàn)部分堵塞，保護氣體形成的氣罩不均，有害氣體攪入；③坡口上有銹蝕、油污等所。 (4)焊縫成型差。焊縫成型差，影響后序的內(nèi)封性能，確保了管體和管件之間不會因松動引起滲漏。(2)DNl25～DN600的襯塑復(fù)合鋼管因口徑較大，擰緊螺紋較困難，故采用溝槽式管接頭連接，執(zhí)行CJ／T156標準。我公司生產(chǎn)的溝槽式管接頭¨j，出廠前承受過3．75 MPa的耐壓試驗、0．08 MPa的真空試驗和使用壓力1．5倍的氣壓試驗。: 回答者：網(wǎng)友

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