陜京四線管道內焊+雙焊槍外焊工藝研究及應用

■ 單忠斌，郭建明，張先龍，祁來寶，劉永慶，劉春，朱文學，袁吉偉，賈東

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1. 概述

管道全位置自動焊具有焊接效率高、焊接質量好、勞動強度低等特點，可以有效解決更高鋼級大口徑長輸管道自保護藥芯半自動焊工藝在施工效率、焊接質量和力學性能等方面存在的問題。本文依托陜京四線管道工程，基于熊谷內焊機和A610雙焊槍外焊設備，進行了內焊+雙焊槍外焊工藝研究，針對常見焊接缺陷給予解決措施，成功應用到陜京四線管道工程施工中。

2. 工程概況

陜京四線輸氣管道工程是中亞進口氣和國產氣輸送的重要通道，是“西氣東輸”戰略通道的延伸，進一步優化全國管網總體布局。陜京四線的建設，對于增加華北地區天然氣供應量，提升冬季調峰供氣能力，治理大氣污染將發揮重要作用。該工程干線起自陜西省靖邊首站，途經內蒙古、河北，止于北京市高麗營末站，全長1083km，采用X80M高強度鋼管，管徑為1219mm，設計輸量250億m3/a。大慶油田工程建設公司成功中標第二標段263km的施工任務，其中要求126km采用全自動焊焊接技術。

3. 焊接工藝研究

（1）坡口形式選擇 根據陜京四線工程施工要求，結合熊谷設備本身特性，工藝選擇采用V-U形復合坡口形式，如圖1所示。

圖1 V-U形復合坡口

（2）焊接參數選擇 陜京四線采用X80M高強度鋼管，為φ1219mm×22mm，工藝采用實芯氣體保護下向焊工藝，保護氣體為80%Ar+20%CO2，根焊焊材為ER70S-G（φ0.9mm），熱焊、填蓋為ER80S-G（φ1.0mm），均采用直流反接。焊接參數如表1、表2所示。

（3）內焊機操作要求 設備的檢查：檢查保護氣氣壓、焊絲剩余量、儲氣罐壓力、焊接測試電壓等，然后進行內焊機調試：包括內焊機同心度、焊槍干伸長度、送絲速度及焊槍對中性等的調節。

表1 根焊焊接參數

表2 熱焊及填蓋焊接參數

防風準備：該管道全自動焊屬氣體保護焊，焊接環境風速不得＞2m/s，內焊時需進行管口封堵，防止管子內部過堂風對內焊質量造成影響（見圖2）。

管口組對：管口組對的要求：組對間隙≤0.5mm，錯邊量≤2.0mm，螺旋焊縫錯開量≥100mm。

焊前預熱：預熱的目的主要是減少焊縫及熱影響區的淬硬程度，減少焊接應力，降低焊接接頭的冷卻速度，避免產生裂紋。采用圖3所示的中頻加熱設備，預熱坡口兩側50mm，預熱溫度為120℃。

圖2 內焊管口封堵裝置

圖3 中頻加熱裝置

（4）A610雙焊槍外焊操作 軌道安裝：軌道的安裝精度對后續焊接操作和焊接質量的影響極大，將軌道安放在管材上，使軌道端面距離焊縫坡口近端一個合適且固定的距離，保證焊接小車焊槍能在坡口內左右擺到位，并適當預緊，調整使軌道各點距離焊縫坡口近端距離值之差＜1mm，然后將軌道夾緊在管材上。

熱焊：焊前檢查根焊焊道外部質量，對錯邊量偏大處的外坡口用砂輪機進行適當的修磨，以保證熱焊時能夠焊透，修磨好后進行熱焊道的焊接。熱焊采用雙焊槍的后槍進行焊接。熱焊道的接頭應與根焊道的接頭錯開50mm以上，熱焊必須緊跟根焊，避免根焊道冷卻過快造成出現裂紋等焊接缺陷。

填充：經檢查熱焊焊道外觀合格，即可進行填充層焊接。填充時，雙焊槍前/后分布擺動焊，同時完成兩層焊道，如圖4所示。填充每層焊道厚度控制在2～3mm，填充焊道的各層接頭應錯開50mm以上，接頭搭接長度20mm以上，并在下一遍焊接前將其打磨掉。填充焊時兩邊焊工需相互配合，注意起弧時間的控制和接頭的打磨處理，盡量減少焊接空余時間，提高焊接效率。若焊接過程中發現擺寬不合適，可使用自動焊機的增減幅功能。若焊接過程出現密集氣孔或焊偏，需停焊修磨焊道后再焊，修磨時切勿傷害焊縫坡口，否則焊接時易造成未熔合缺陷。

蓋面：經檢查填充焊道外觀合格后，方可進行蓋面焊接。雙焊槍焊機蓋面時兩焊槍呈左/右分布，實現單層雙焊道，蓋面焊道的寬度應為每側比坡口增寬1～2mm為宜，蓋面外觀如圖5所示。

外焊焊接參數調節：在進行熱焊、填充及蓋面過程中，焊接參數需要進行提前預設，同時根據組對情況進行實時調整，焊接參數調節在專用的編程軟件上進行，然后上傳到適配器里，可進行不同角度的焊接參數設置。可進行補焊參數調節的有：弧長、基值電流、電流挺度、左右停留、擺動速度、擺動加速度、擺寬、擺頻、行走速度及送絲速度等共計20項焊接參數。

4. 常見焊接缺陷解決措施

內焊常見焊接缺陷及解決措施如下：

圖4 外焊雙槍填充焊接

圖5 蓋面外觀

第一，內焊焊縫偏離中心：組對定位時，內焊機三個定位靴必須同時貼近管口端面，如有間隙需通過調整導向輪或添加墊片來確保定位。組對時需檢查內焊機旋轉大盤轉動過程中各焊槍頭是否一直在內坡口中心，如發生偏離，需調整槍頭底座。

第二，內焊密集氣孔：嚴格檢查保護氣體比例以及純度，根焊焊接材料嚴格按規定進行保管，防止受潮生銹影響焊接質量。每天焊接前必須進行設備電氣檢查、機械部分檢查，并進行模擬焊接。焊接前需清理焊槍保護氣罩飛濺，防止因飛濺堵塞氣罩而影響氣體保護效果。檢查氣瓶內的氣體存量、壓力，保護氣體壓力低于1.5MPa時需更換。焊接前，必須嚴格按照要求進行焊口加熱。焊接前對管口進行封堵，管內不允許有穿堂風。內焊密集氣孔如圖6所示。

第三，焊縫接頭搭接不到位或過度：圖7所示出現根部接頭未搭接現象。解決措施：應及時檢查各焊槍頭引弧及收弧位置，必要時調整焊槍頭的位置以及限位開關擋塊的位置，更換焊絲后檢查送絲速度和行走速度是否正常。內焊焊接完成后進行外觀檢查，如有搭接不到或過度時需進行內部修磨后使用內焊機補焊槍進行補焊。

外焊常見焊接缺陷及解決措施如下：

圖6 內焊密集氣孔

第一，鈍邊未熔合：首先應檢查坡口鈍邊是否超過合理范圍，熱焊焊前需檢查坡口錯邊量，修磨錯邊過大處，同時檢查內焊是否出現焊縫偏離現象，保證鈍邊能焊透。

第二，坡口未熔合：最后一遍填充時因沒有水平跟蹤，焊縫寬度、填充厚度需要焊工通過控制手柄上擺寬、送絲速度旋鈕來調節，易出現坡口未熔合，如圖8所示。因此在焊接過程中需仔細觀察電弧和熔池情況，保證電弧始終處于熔池的前方中間，如出現焊偏等現象則需停弧打磨補焊。

在平、仰位置接頭時易出現跨區坡口未熔合，為此打磨接頭時，須平滑過渡，同時保證原有坡口的寬度，且對側壁的打磨不能傷及坡口，另外對上一焊層的打磨不能過深。接頭時后焊接一方起弧位置必須在打磨斜坡頂端，新一層焊接接頭必須保證與上層接頭錯開30mm以上。在出現飛濺過大、電弧發飄、立縫鐵液下墜等問題，應立即停弧根據實際情況修正參數，保證焊接效果和質量。

第三，密集氣孔：焊接前嚴格檢查焊接混合保護氣體比例以及純度，外焊焊接材料嚴格按規定保管，防止受潮生銹影響焊接質量。采用防風棚，保證焊接時棚內風速＜2m/s。檢查氣瓶內氣體存量、壓力，外焊保護氣氣體壓力低于0.2MPa必須更換。焊接過程中打磨一側焊道接頭時，需用擋板與另一側隔離，防止砂輪氣流影響另一側焊接的氣體保護效果。焊接過程中可能因分流器堵塞、導電嘴燒損、飛濺堵塞導電嘴引起送絲不暢，導致電弧不穩定，為此應根據實際情況清理或更換導電嘴、分流器。

圖7 根焊接頭未搭接

圖8 坡口未熔合

5. 結語

目前在大口徑管道施工中，內焊機根焊+雙槍外焊工藝是最先進的管道焊接技術，不僅焊縫質量高、力學性能好，而且焊接速度快，合格率高，同時有效地降低了操作工人的勞動強度。

本文通過熊谷的A-808/48+A610雙槍外焊的工藝研究，分析了內焊機外焊常見缺陷的產生原因，并制定了相對應的解決措施，成功應用于大慶油田在陜京四線的管道施工中，提升了施工質量和效率。