埋弧焊在中厚板壓力鋼管制作中的應用

朱國新

（福建省水利水電工程局有限公司　泉州市　362000）

埋弧焊在中厚板壓力鋼管制作中的應用

朱國新

（福建省水利水電工程局有限公司泉州市362000）

文章以福建省泉州市山美水庫至惠女水庫引調水工程壓力鋼管制作焊接為例，介紹埋弧焊的焊接主要參數和工藝流程；在確保質量時兼顧效益，對鋼管的坡口型式，由原標準X型坡口改為Y型坡口，并重點分析Y型坡口型式埋弧焊的分層焊接過程，不同坡口型式每米焊縫在使用人工和材料上的比值，供參考。

埋弧焊壓力鋼管焊縫坡口

隨著經濟社會的快速發展，各地引水調水工程相繼上馬，而壓力鋼管作為引調水工程的重要組成部分，大管徑中厚板的鋼管需求量越來越多；常規生產線管道（如球墨鑄鐵管、螺旋管等）由于自身的加工和性能極限性無法生產，只能采用傳統方法進行制作。泉州市山美水庫至惠女水庫引調水工程C2標段鋼管直徑2 800 mm,板厚26 mm,鋼管總長2 400多米。工程具有管徑大、壁厚厚、數量多等特點，采用傳統方法制作，必須應用埋弧焊焊接。圍繞既要保證質量又要提高效率，制定合理的焊接工藝和焊接參數顯得非常關鍵。下面重點對埋弧焊在中厚板壓力鋼管制作中如何提高焊接效率和節約成本的焊接工藝參數、流程等進行分析。

1　埋弧焊的焊接工藝參數介紹

埋弧焊的焊接工藝參數主要有：焊接電流、電弧電壓、焊接速度和直徑。

（1）焊接電流。一般焊接條件下，焊縫熔深與焊接電流成正比。隨著焊接電流的增加，熔深和焊縫余高都有顯著增加，而焊縫的寬度變化不大。同時，焊絲的熔化量也相應增加，這也會使焊縫的余高增加，隨著焊接電流的減小，熔深和余高都減小。如圖1。

圖1　　電流與熔深關系

（2）電弧電壓。電弧電壓的增加，焊接寬度明顯增加，而熔深和焊縫余高則有所下降；但是電弧電壓太大時，不僅使熔深變小，產生未焊透，而且會導致焊縫成形差、脫渣困難，甚至產生咬邊等缺陷，所以在增加電弧電壓的同時，還應適當增加焊接電流。

（3）焊接速度。當其他焊接參數不變而焊接速度增加時，焊接熱輸入量相應減小，從而使焊縫的熔深也減小，焊接速度太大會造成未焊透等缺陷；為保證焊接質量必須保證一定的焊接熱輸入量，即為了提高生產率而提高焊接速度的同時，應相應提高焊接電流和電弧電壓。如圖2。

（4）焊絲直徑。焊接電流、電弧電壓、焊接速度一定時，焊絲直徑不同，焊縫形狀會發生變化。其他條件不變，熔深與焊絲直徑成反比關系，但這種關系隨電流密度的增加而減弱，這是由于隨著電流密度的增加，熔池熔化金屬量不斷增加，熔融金屬后排困難，熔深增加較慢，并隨著熔化金屬量的增加，余高增加焊縫成形變差，所以埋弧焊焊接時增加焊接電流的同時要增加電弧電壓，以保證焊縫成形質量。

圖2　焊接速度對焊縫形成的影響

了解埋弧焊的相關參數關聯特點，便于制定焊接工藝參數，制作操作手冊。

2　埋弧焊焊接工藝流程（圖3）

圖3　埋弧焊焊接工藝流程

3　埋弧焊焊接工藝參數及鋼板坡口形式優化選擇

在制定埋弧焊焊接工藝時，首先要保證的是焊接質量要符合焊接技術要求和規范標準，其次提高效率，降低生產成本，在低耗材耗能下完成整個焊接過程。

以泉州市山美水庫至惠女水庫引調工程壓力鋼管直徑2 800 mm，板厚26 mm，材質為Q345C制作焊接為例選擇焊接方案和工藝參數。從理論上依據單絲埋弧焊使用電流范圍，當板厚小于14 mm，可以不開坡口，裝配時留有一定間隙：板厚為（14～22）mm，一般開Y形坡口；板厚（22～50）mm時開X形坡口。引用國標（GB/T985.2-2008）埋弧焊的推薦坡口如表1。

表1　適合26 mm板厚埋弧焊坡口的幾種推薦形式

由于該工程壓力鋼管工程量大，若采用帶墊板單面焊則所需要的墊板數量大，且墊板材料為黃銅，不僅材料貴，而且因為鋼管直徑大不適應作為鋼管環縫焊接的墊板；若開X型坡口下料切割工作量大，焊道數增加，耗材費工；而采用埋弧焊工藝，通過特定工藝參數的選擇，我們可以采用Y型坡口，大大提高效率、節約成本。通過多次樣板實驗，我們總結出開X型坡口和Y型坡口的用工和耗材對比情況見表2。

表2　開X型坡口和Y型坡口每米焊縫使用工和耗材對比

采用圖3的坡口型式制定合理的焊接道數和熱量輸入等焊接參數，經多次實驗，采用手工電弧焊打底可以穩定埋弧焊焊接時制定的焊接參數；綜合考慮單絲埋弧焊在正常焊接電流使用范圍下單道最大熔深厚度（10 mm～12 mm）和正常焊接電壓使用范圍下單遍最大焊縫寬度（18 mm～23 mm），經計算選擇鈍邊厚度13 mm±2 mm，坡口角度為30°±2°，拼裝縫隙不超過2 mm，選擇焊絲規格（Φ5.0 mm）和牌號（H08MnA），焊劑型號（HJ101）。

圖3　　鋼板拼裝對接坡口尺寸

經實驗按照該坡口尺寸用Φ5 mm的埋弧焊絲焊接需雙面焊，作三道埋弧焊完成焊接，如圖4。

圖4　三道焊縫示意圖

在焊接過程中，每一道焊接都有各自的特點和需要注意的因素：

（1）底層焊。在中厚板底層焊時，根部是最薄弱的環節，電流過大焊縫根部焊道熔合比增大，熱量輸入多，易使鋼板焊穿，增加焊件變形，還會使焊接接頭的組織由于過熱而發生變化，導致力學性能下降；焊接電流過小，又會使電弧不穩，造成鋼板未焊透、夾渣及焊縫成形不良等缺陷。

（2）填充焊。在填充焊這層中，焊接工藝參數應盡可能地提高焊絲的熔化速度，使填充金屬盡快地填滿坡口以提高焊接效率，在這層焊接過程中，須注意控制這層焊道高度和成型，電流過大填充過高會使最后一道蓋面焊成型余高過高，造成浪費且外觀不良；電壓過大焊縫熔合過寬，也是影響最后蓋面焊無法一遍蓋過前一道焊縫且易形成咬邊，電流過小焊絲熔合少，易夾渣同時影響最后一道蓋面焊成型。

（3）蓋面焊。蓋面焊是影響焊縫最后成型尺寸和外觀的最后一道焊縫，因此焊接前需檢查前一道焊縫焊高和焊寬，坡口余下未焊接尺寸來制定焊接工藝參數，同時也需注意電流，電壓，焊接速度配比，使得最后焊縫余高和寬度符合質量要求，若如圖4第三道焊縫還需保證焊透鋼板，最好是實驗幾次焊接試驗樣板無損檢測后來制定焊接參數。

為保證鋼管焊接質量和制定埋弧焊工藝參數的準確性，嚴格要求下料坡口時需按照設計坡口尺寸進行下料且坡口角度需均勻，鈍邊厚度偏差不超過2 mm，坡口角度偏差不超過2°，坡完后，坡面光滑無鋸齒狀且無雜質。鋼管卷制坡口朝內，拼裝手工點焊時，點焊不可過高而使得坡口尺寸減小。經幾次不同焊接參數試驗，焊接出來的試驗板進行無損檢測和焊縫外觀檢查測量進行比較，最終選擇出質量合格，并且功耗最少的參數作為接下來焊接鋼管的焊接參數，如表3。

表3　　鋼管埋弧焊焊接參數

從表3我們可以看出隨著焊接電流增大，焊接電壓也隨著增大，第一層底層焊接電流和電壓較小，屬于控制性焊接，電流小防止鋼板擊穿，減少輸入熱量防止變形和金屬組織變化；電壓較小防止焊縫成型過寬影響下一層的焊接；第二層屬于填充焊和蓋面焊同時進行，在第一層焊縫良好的基礎上，焊接前檢查焊道，在工藝板進行試驗得出焊接參數，使電流、電壓和焊接速度形成良好配比，焊縫外觀成型自然質量合格；第三層外壁焊接需注意要在第一層焊縫焊透鋼板鈍邊厚度基礎上焊透余下的鈍邊厚度，且要同時保證焊縫外觀，所以所需焊接電流較大，確保焊縫內部質量合格。

4　埋弧焊焊接過程中易產生的問題和處理方法

（1）第一道底層焊焊接易焊穿。在鋼管施焊過程中第一道焊縫容易焊穿，產生這問題的原因是下料坡口時預留鈍邊過少或者鋼管定位拼接焊道時留縫過大，用設計的焊接工藝參數焊接就容易使鋼板焊穿透。焊穿后需用手工焊填補焊穿洞口且補足一定厚度才能夠繼續進行埋弧焊，這樣做極易產生焊縫質量問題，因為手工補洞難度較大且難確保該焊穿處都能焊透.所以操作員在施焊前需仔細測量焊縫坡口尺寸及焊道縫隙大小，根據實際焊縫鈍邊和坡口尺寸修改焊接參數。

（2）無損檢測時發現焊道邊有小缺陷。這個問題經常發生在鋼管環縫焊縫上，產生這種問題的原因是鋼管在操作機滾輪上焊接時，由于鋼管拼裝直線度或者多個滾輪架滾輪直線度有偏差，鋼管在滾輪上滾動時會產生前后位移，因此焊接環縫時焊道會發生前后位移，操作員施焊時沒及時跟蹤焊絲有否在焊道中心，焊接熔池偏移在焊道一側，導致熔池與一側鋼板未好好熔合而產生缺陷，避免上述情況發生操作員在焊接時應及時跟蹤焊絲是否在焊道中心，送絲機構送絲是否垂直于焊縫。

（3）焊縫產生氣孔。一般情況焊接電流越大產生氣孔越少，產生氣孔主要原因是焊劑沒烘干或鋼板焊道生銹有雜質，焊前需烘干焊劑和檢查焊道有否潮濕生銹，若生銹需用風磨機清除銹層才可施焊。

5　結語

埋弧自動焊在水利水電工程壓力鋼管制作中的應用，可以極大降低勞動強度，而且焊接質量穩定可靠，應廣泛推廣使用。在本工程中我們引用埋弧焊的技術，對傳統焊接工藝、焊縫參數進行適當的創新改變，其目的在于保證焊接質量的同時，提高工作效率。實踐證明，對26 mm板厚的鋼管采用Y型坡口，在工料方面比標準的X型坡口具有省工省料的優勢，在本工程近5 000 t壓力鋼管的生產過程中為企業節約了成本、創造了效益，可供同行借鑒參考。

[1]奚泉.埋弧焊技術[M].北京:中國勞動社會保障出版社，2011.

[2]GB/T 985.2-2008.埋弧焊的推薦坡口[S].北京:中國標準出版社，2008.

[3]DL/T 5017-2007.水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收規范[S].北京:中國電力出版社，2007.

朱國新（1965-），男，福建仙游人，工程師，從事水利水電工程建設工作。

（2016-01-19）