埋弧自動(dòng)焊工藝在導(dǎo)管架主吊點(diǎn)焊接方面的應(yīng)用

陳紅義

【摘要】導(dǎo)管架海洋平臺(tái)的建造陸續(xù)朝著“短平快”方向發(fā)展，工期緊，任務(wù)重，其中，焊接工作量在海洋平臺(tái)建造中所占比重最大，因此，采用合適的焊接工藝是保證項(xiàng)目按期交付的必要條件。墾利10-1項(xiàng)目導(dǎo)管架建造首次采用埋弧自動(dòng)焊新工藝，高質(zhì)量、高效率地完成了主吊點(diǎn)的焊接，并且已陸續(xù)應(yīng)用到其它項(xiàng)目中。本文比較傳統(tǒng)焊接工藝，強(qiáng)調(diào)了此項(xiàng)新工藝的原理和優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】導(dǎo)管架 主吊點(diǎn) 埋弧自動(dòng)焊 焊接工藝

1 引言

導(dǎo)管架是焊接結(jié)構(gòu)，焊接在導(dǎo)管架上的吊點(diǎn)，是為了方便安裝吊索具，且保證安全吊裝不可或缺的結(jié)構(gòu)附件。吊點(diǎn)材料多數(shù)使用厚板，之前一直采用傳統(tǒng)焊接工藝進(jìn)行焊接，如手工電弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊等，不僅焊接質(zhì)量很難保證，而且工作量大，加大人力、物力、財(cái)力投入成本。MT、UT探傷驗(yàn)收合格率低下，焊接不確定因素多，形成缺陷如焊縫成形不美觀、焊渣飛濺多等，導(dǎo)致返工返修率高，延誤工期。吊點(diǎn)焊接后的MT、UT探傷驗(yàn)收合格率，只有達(dá)到100%且最終通過(guò)，吊裝過(guò)程中的安全才能有效得以保證。

眾所周知，焊接過(guò)程中影響結(jié)構(gòu)性能的，主要有焊接材料、焊接方法、焊接工藝和焊接檢驗(yàn)等。隨著時(shí)間的推移，一系列先進(jìn)的焊接工藝，逐漸被應(yīng)用到海洋平臺(tái)的建造中，解決了生產(chǎn)難題，降低了成本，縮短了工期。埋弧自動(dòng)焊工藝，首次應(yīng)用到墾利10-1項(xiàng)目的導(dǎo)管架焊接中，較之前采用CO2焊接，質(zhì)量提高了85%以上，進(jìn)度加快了35%以上，節(jié)省人工日30以上，降本增效成果顯著。質(zhì)量、進(jìn)度都得到了保證，無(wú)疑為后續(xù)項(xiàng)目的吊點(diǎn)焊接應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

2 原理及優(yōu)點(diǎn)

導(dǎo)管架主吊點(diǎn)的焊接，主要有手工電弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、埋弧自動(dòng)焊三種焊接工藝，其中，埋弧自動(dòng)焊的應(yīng)用時(shí)間還并不長(zhǎng)。埋弧自動(dòng)焊，簡(jiǎn)稱埋弧焊，是通過(guò)機(jī)械自動(dòng)引燃電弧、控制焊絲的送進(jìn)、焊接收尾等，使電弧在焊劑層下持續(xù)地燃燒并自動(dòng)移動(dòng)，熔池金屬逐漸冷卻后形成穩(wěn)定的焊縫。

與傳統(tǒng)的二氧化碳焊接和手工電弧焊相比較而言，埋弧焊的自動(dòng)化程度比較高，電弧引燃、電弧移動(dòng)、焊絲送進(jìn)、焊接收尾等動(dòng)作均采用機(jī)械自動(dòng)控制，這樣不但節(jié)約了勞動(dòng)力，而且減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。除此之外，埋弧焊還有很多其他的優(yōu)點(diǎn)。

第一、焊縫質(zhì)量較高，機(jī)械性能較好。電弧在焊劑層下燃燒，有焊劑和焊渣保護(hù)焊接熔池，雜質(zhì)很難進(jìn)入焊縫，使得焊縫雜質(zhì)較少、成分穩(wěn)定，從而可以獲得高質(zhì)量的焊縫。除此之外，隔開(kāi)了熔池金屬與空氣的接觸，電弧區(qū)主要成分為CO，焊后金屬氫、氧含量較低，而且使熔池金屬較慢地凝固，避免了被氧化，同時(shí)可以減少氣孔、延時(shí)裂紋等缺陷產(chǎn)生的可能，減少了返工返修率。

第二、生產(chǎn)率較高。埋弧焊的焊絲伸出長(zhǎng)度，即從導(dǎo)電嘴末端到電弧端部的焊絲長(zhǎng)度遠(yuǎn)比手工電弧焊的焊條短，而且是光焊絲，不會(huì)因提高電流而造成焊條藥皮發(fā)紅的情況，可以使用較大的電流，比手工焊大4-10倍，電流、電流密度較高，一次熔深可達(dá)20mm以上，生產(chǎn)率較高。

第三、工作環(huán)境較好。埋弧焊的電弧是在顆粒狀焊劑下產(chǎn)生的，電弧熱會(huì)使焊件、焊絲、焊劑熔化以至部分蒸發(fā)，金屬和焊劑的蒸發(fā)氣體在電弧周圍會(huì)形成一個(gè)封閉的氣泡空腔，電弧就在氣泡空腔內(nèi)持續(xù)燃燒，氣泡空腔的頂部被一層熔融狀焊劑——熔渣所構(gòu)成的外膜所包圍。這層外膜很好地隔離了弧光不再輻射出來(lái)，電弧弧光埋在焊劑層下，沒(méi)有弧光輻射，從而避免了輻射對(duì)人體造成傷害，焊工可以集中注意力進(jìn)行操作。

第四、焊后表面較光潔。采用CO2氣體保護(hù)焊會(huì)產(chǎn)生大量飛濺且防風(fēng)能力較差，而采用埋弧焊不產(chǎn)生任何燒損、火花和飛濺，因此，焊后無(wú)需修磨焊縫表面，減少了焊后處理工作量，省去了輔助工序，提高了工作效率。

第五、節(jié)省焊接材料和能源。較厚的焊件不開(kāi)坡口也能焊透，從而焊縫中所需的焊接材料即焊絲量顯著減少，省去了開(kāi)坡口所需的時(shí)間和能量損失。同時(shí)，熔渣的保護(hù)作用避免了金屬元素的燒損和飛濺損失。

墾利10-1項(xiàng)目導(dǎo)管架的主吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，使用的是PL80mm的厚板材料卷制成管，縱焊縫為水平長(zhǎng)焊縫，毫無(wú)疑問(wèn)，埋弧焊是可采用的最為理想的焊接方式。而受位置區(qū)域的限制，主吊點(diǎn)與主結(jié)構(gòu)的對(duì)焊區(qū)域的環(huán)焊縫，埋弧焊無(wú)法進(jìn)行，必須采用二氧化碳焊接工藝進(jìn)行焊接。

3 缺陷與維護(hù)

埋弧焊的焊接工藝參數(shù)主要有焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑等。由于是埋弧操作，看不到熔池和焊縫的形成過(guò)程，因此，必須嚴(yán)格控制焊接規(guī)范，保證焊接工藝操作。如果焊接參數(shù)的選擇和工藝操作不當(dāng)，就會(huì)伴隨有成形不良、咬邊、未熔合、夾渣、氣孔等缺陷的發(fā)生。

通過(guò)分析產(chǎn)生缺陷的原因，選擇合適的焊接參數(shù)和工藝措施，能夠有效預(yù)防缺陷的產(chǎn)生。第一，焊縫成形不良主要表現(xiàn)為表面堆積過(guò)高和金屬滿溢兩個(gè)方面，當(dāng)電流過(guò)大或電壓過(guò)低時(shí)，會(huì)使焊縫表面堆積過(guò)高，而當(dāng)焊接速度太慢或電壓過(guò)低時(shí)，會(huì)造成焊縫金屬滿溢。除此之外，焊絲的焊接提前量也是影響焊縫成形不良的因素。第二，咬邊主要是由焊接速度過(guò)快或焊接電流過(guò)大產(chǎn)生，表現(xiàn)為焊縫應(yīng)力集中，從而影響焊縫強(qiáng)度。第三，接頭處混有污物、清根不當(dāng)、焊絲直徑不當(dāng)、焊劑潮濕以及電壓過(guò)大等，都會(huì)導(dǎo)致氣孔或夾渣的產(chǎn)生，最終降低焊縫金屬的強(qiáng)度。第四，未熔合一般是由于焊絲未對(duì)準(zhǔn)造成一側(cè)熔合不良， 焊偏或焊道局部彎曲過(guò)大也會(huì)造成未熔合的情況。

除此之外，焊接設(shè)備的正常運(yùn)行也是保證焊接質(zhì)量的必要前提。埋弧焊機(jī)是比較貴重的焊接設(shè)備，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，焊接設(shè)備不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種故障，從而影響焊縫最終質(zhì)量，因此，日常的維護(hù)保養(yǎng)十分重要。例如，設(shè)備必須由受過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的專人進(jìn)行使用，并且該操作人員應(yīng)對(duì)設(shè)備的基本原理非常熟悉，能夠合理使用焊接工藝規(guī)范進(jìn)行焊接，等等。

埋弧焊設(shè)備是由電源、控制電纜、小車三部分組成，三者只有配合得很好才能充分發(fā)揮出埋弧焊的整體優(yōu)勢(shì)。因此，必須加強(qiáng)對(duì)其日常的隱患排查，定期進(jìn)行清潔、修理，并且更換一些易損部件。

埋弧焊在焊接前還必須做好其它準(zhǔn)備工作，如焊件的坡口加工、待焊部位的表面清理、焊件的裝配、焊絲表面的清理以及焊劑的烘干等等，去除氧化皮、鐵銹、水分等，可有效防止夾渣、氣孔等缺陷的產(chǎn)生。

4 結(jié)束語(yǔ)及展望

隨著導(dǎo)管架海洋平臺(tái)的建造陸續(xù)朝著“短平快”方向發(fā)展，工期越來(lái)越緊，因此，企業(yè)必須不斷創(chuàng)新，尋求有效的焊接工藝，提高施工效率，才能確保項(xiàng)目按期交付。

相對(duì)于傳統(tǒng)的焊接工藝，埋弧焊具備焊縫質(zhì)量高、生產(chǎn)效率高及勞動(dòng)條件好的優(yōu)點(diǎn)，這些特點(diǎn)是其他焊接工藝所無(wú)法滿足的，因而埋弧焊能在海洋平臺(tái)的建造中得以應(yīng)用，并且隨著時(shí)間的推移將會(huì)越來(lái)越廣泛。近年來(lái)，雖然先后出現(xiàn)了許多種高效、優(yōu)質(zhì)的新焊接方法，但埋弧焊的應(yīng)用領(lǐng)域依然未受任何影響。截至目前，埋弧自動(dòng)焊已是海洋平臺(tái)建造中最為常用和有效的一種焊接方法。

當(dāng)然，埋弧焊也存在自身的不足，如不及手工焊靈活、適應(yīng)性差局限于焊接水平位置的焊縫、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜等。但是，降本增效是企業(yè)一直倡導(dǎo)的主題，例如開(kāi)發(fā)最優(yōu)焊接技術(shù)，涉及設(shè)備選型、焊接參數(shù)設(shè)置、焊接材料選擇以及焊接坡口選擇等方面。因此，隨著市場(chǎng)的推動(dòng)和技術(shù)的不斷進(jìn)步，有些問(wèn)題可以逐漸被有效解決，相信會(huì)有更加先進(jìn)的焊接工藝和焊接設(shè)備被應(yīng)用到海洋平臺(tái)的建造中。

參考文獻(xiàn)：

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