鉆機鵝頸管對接全熔透焊接方法的探索及應用

楊曉哲，孫占奇，溫如春

(寶雞石油機械有限責任公司，陜西 寶雞721002)

鉆機鵝頸管對接全熔透焊接方法的探索及應用

楊曉哲，孫占奇，溫如春

(寶雞石油機械有限責任公司，陜西 寶雞721002)

為了保證鉆機水龍頭鵝頸管對接全熔透焊縫的焊接質量，提高一次探傷合格率，通過對焊接過程中的手法、技巧、焊接電流、電壓、焊接速度以及主要操作流程等的反復實踐，總結出了一套行之有效的單面焊雙面成形焊接操作方法。采用此方法焊接的鵝頸管，經RT檢測均未發現超標缺陷，焊縫內部質量和外觀質量都達到了設計要求，成功地解決了鵝頸管焊接質量不穩定、一次探傷合格率低的問題，提高了生產效率，降低了生產成本。

焊接；鵝頸管；全熔透焊接方法；探索及應用

1 概 述

水龍頭是鉆機的重要配套部件之一，鵝頸管總成作為水龍頭的關鍵零件，其主要的制作工藝就是將鵝頸管加工后與油壬焊接而成，鵝頸管結構如圖1所示。

鵝頸管與油壬的環形焊縫是采用手工電弧焊完成的。由于鵝頸管的技術標準要求很高，焊接難度大，產品合格率偏低，造成產品交貨期較長。因此，提高焊接質量和一次檢驗合格率，是突破該生產瓶頸的關鍵。筆者經過大量實踐探索，證明采用單面焊雙面成形焊接工藝，不僅保證了鵝頸管焊縫的外觀質量，而且RT合格率大幅度提升，生產進度和產品質量都得到了保證，取得了良好的經濟效益。

圖1 鵝頸管結構示意圖

2 單面焊雙面成形全熔透焊接技術難點

一般情況下，全熔透焊接時先采取一側焊縫焊好后，用碳弧氣刨或其他方法在反面清根，再焊接其余待焊部分以保證焊接接頭的全部熔透，這種焊縫大多要求RT或UT檢測。由于全熔透焊縫具有承載能力強、應力集中小等優點而大量被應用。鵝頸管焊縫接頭因管徑小而無法背面清根，只能采用單面焊雙面成形工藝來保證焊縫的全熔透。單面焊雙面成形技術是指在焊接過程中，要求正面焊透而無需在背面進行清根和重新焊接的一種焊接技術。在操作過程中，不需要采用任何輔助措施，而是坡口根部在進行組裝定位焊時，按焊接速度和操作手法不同，留出恰當的間隙，通過正面施焊，最后在坡口的正、背兩面都能獲得均勻整齊、成形良好、符合質量要求的焊縫。此類焊縫由于工藝、操作等原因，經常會存在不同程度的焊縫根部未熔合或未焊透，導致焊縫有效厚度達不到設計要求而引發返修量偏高。返修不僅拖延了工期，而且由于鵝頸管結構的局限性，返修難度大，多次返修后還會使構件變形嚴重，造成報廢和浪費。

3 焊接工藝參數及焊接技巧

3.1 焊前準備

(1)坡口 75°，鈍邊0.5～1.5mm，組合間隙3.2～4mm，清除坡口面及其他待焊接部位及兩側50mm范圍內的油污、鐵銹等污物，直至露出金屬光澤。

(2)定位焊采用J707Ni低氫焊條，定位焊縫長度10～12mm。

(3)待焊材料為35CrMo，由于其合金元素含量和碳當量均較大，相對普通低合金鋼來說焊接性較差，根據工藝要求，將工件預熱到250℃左右。

3.2 焊接方法

焊條電弧焊熱源能量集中，易于控制熱輸入量和焊接變形，適合全方位和窄間隙焊接，易于操作。結合鵝頸管的結構特點、焊接工位以及生產實際，根據質量優先，兼顧生產效率及生產成本的原則以及焊條電弧焊的特點，采用焊條電弧焊。焊條選用J707Ni低氫焊條，規格為Φ3.2mm和Φ4.0mm。

3.3 焊接工藝參數

采用直流反接，打底焊和填充焊均采用Φ3.2mm焊條施焊，蓋面焊采用Φ4.0mm焊條施焊，焊條需經350℃烘干2h，現場120℃保溫，隨用隨取。焊接接頭形式如圖2所示，焊接工藝參數見表1。

圖2 焊接接頭示意圖

表1 焊接工藝參數

3.4 焊接技巧

(1)采用焊條電弧焊，打底焊采用連弧焊法，焊接過程中電弧連續燃燒，不熄滅，采用較小的坡口鈍邊、裝配間隙和鈍邊，必須均勻，始終保持短弧連續施焊。

(2)打底焊接接頭技法。在接頭時要仔細清渣，查看起焊處是否存有缺陷或懷疑有缺陷時，需及時打磨清除。焊接時從起焊處的定位焊縫上引弧，電弧稍長，并在定位焊縫上快速擺動幾下，待定位焊縫前端開始熔化時，掌握好時機向間隙中壓焊條，使電弧的2/3在定位焊縫上。當聽到電弧穿透坡口的“撲哧”聲，看到電弧前端出現熔孔時，焊條開始做鋸齒形擺動，轉入正常焊接。焊接過程中采用短弧焊接，始終讓電弧的2/3壓在已焊好的焊縫上，前面的1/3在熔孔上，保持熔孔大小不變。待焊條焊剩50mm左右時，電弧稍微拉長向上將熔孔擴大(如圖3所示)，然后移至熔池，向里推送使熔池飽滿，再短弧向后拉出，完成熄弧操作。更換焊條時，按上述步驟先作出熔孔再正常焊接。

(3)填充層焊接技法。填充層焊接前應將打底層每個起弧點打磨干凈，確保無任何缺陷，在進行填充層焊接時，首先切記在焊縫接頭熔池前10～15mm處劃擦起弧，并快速移回至熔池，開始正式焊接(如圖4所示)。其次是運條時確保焊條在坡口兩側停留均勻，使兩側溫度均衡。運條到中間時，移弧要稍快。其次在焊接第一層填充焊縫時，應注意焊接電流的選擇，過大的焊接電流會使打底層金屬組織過燒，使根部金屬組織的塑性和韌性降低，影響焊縫的整體性能。

圖3 熄弧操作示意圖

圖4 填充層焊接示意圖

(4)熔池中的熱量分布。通過控制熔池中的熱量分布來控制熔孔的大小，使熔孔大小均勻，背面熔合良好，焊縫成形美觀。

(5)焊條更換技法。更換焊條要快，以減少焊接過程的中斷時間，使焊件始終保持在200℃以上。由于在連弧焊接時，熔池始終處在連續燃燒的電弧保護下，液態金屬和熔渣易分離，氣孔也容易從熔池中溢出，保護效果好，所以焊縫不容易產生缺陷，力學性能好。

(6)蓋面層的焊接技法。與填充層相似，由于蓋面層是最后一層填充層焊縫，除要求焊縫兩側融合良好外，還要求焊縫成形美觀、魚鱗紋整齊。

4 焊接過程操作要領

在關鍵產品施焊過程中要“眼精、手穩、心靜、氣勻”，“心靜、氣勻”是前提，“眼精、手穩”是結果，這8個字既有各自獨立的特性，又有相互依托的共性。

“眼精”就是在焊接過程中，焊工的眼睛要時刻注意觀察焊接熔池的變化，注意熔孔尺寸，隨時調整電弧在熔池中的熱量分布和液態金屬與熔渣的分離等。“手穩”是指眼睛看到哪，焊條就應該按選用的運條方法和合適的弧長準確地送到哪，保證正、背兩面焊縫成形良好。“心靜”是要求焊工在焊接過程中，專心焊接，否則運條、焊接速度等方面易出現差錯，從而導致焊縫產生各種焊接缺陷。“氣勻”是指焊工在焊接過程中，無論是站位、蹲位都要保持呼吸平穩均勻，以免影響焊接技能的發揮。在焊接過程中呼吸方法不當會使焊工身體上下浮動而影響手臂運弧的平穩。

5 結 語

多次應用上述單面焊雙面成形焊接技術、焊接技巧及工藝參數進行焊接后，焊接接頭經RT檢測均未發現超標缺陷，焊縫內部質量和外觀質量都達到設計要求，產品合格率大幅度提高，此方法也應用于其他產品，均取得良好的應用效果。生產實踐再次證實以上工藝方法、工藝參數切實可行，可滿足設計要求和生產需要。

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Exploration and Application of Drilling Machine Gooseneck Butt Full Penetration Welding Method

YANG Xiaozhe，SUN Zhanqi，WEN Ruchun
(Baoji Petroleum Machinery Co.,Ltd.,Baoji 721002，Shaanxi，China)

In order to guarantee the welding quality of drilling machine gooseneck butt full penetration weld，increase the inspection qualified rate at a time,it summarized a set of effective one-side welding double-side forming method through repeated practice from some aspects during welding process，such as techniques,skills,welding current,voltage，welding speed and main operation process.After RT detection，it did not find the exceeding standard defects on gooseneck，which welded by using the above welding method.Both the internal quality and appearance quality of weld reached the design requirements，it successfully solved the problems of gooseneck，including unstable welding quality and low detection qualified rate at a time，increased production efficiency and reduced production cost.

welding； gooseneck； full penetration welding method； exploration and application

TE922

A

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.09.005

楊曉哲(1975—)，男，陜西扶風人，大學本科，工程師，主要從事鉆機結構件生產的技術質量管理工作。

2016-06-14

李紅麗