管道固定口機動焊（MAG）工藝在碳鋼管道上的應用

■ 王銀飛，王 健，姜隆官，田文沖，劉建國

管道固定口機動焊是管子固定不動，焊接小車繞著楔形帶軌道轉動，從而實現管道全位置（平、立、仰）焊接的方法。管道固定口機動焊焊接裝置由焊接小車、行走軌道、自動控制系統等部分組成。焊接過程由機械和手持遙控器操作完成，受人為因素限制較小，可顯著提高焊接質量和效率，減輕操作人員的勞動強度。在大管徑、大壁厚管道的深度預制以及施工現場的部分固定口焊接具有很高的使用價值。

1.管道固定口機動焊優缺點

管道固定口機動焊相對于其他焊接方法有以下優點：

第一，管道固定口機動焊進行碳鋼實芯焊絲焊接時，采用80%Ar＋20%CO2混合氣體保護熔化極MAG焊（以下簡稱：管道固定口機動焊（MAG）），焊接時能夠顯著提高電弧穩定性，熔滴細化，過渡頻率增加，增大電弧的熱功率，降低熔池的表面張力，熔池金屬的潤濕性好，焊道平鋪無凸起缺陷，飛濺大大減少，焊縫外觀成形美觀。采用混合氣體保護還可以改善熔深形狀，減少焊接完成后的清理，節能降耗，優化焊接作業條件。

第二，管道固定口機動焊（MAG）時，焊縫平齊，可以連續焊接，減少了焊縫中的接頭，縮短了常規焊條更換時間，能有效地預防焊接缺陷的產生。

第三，管道固定口機動焊（MAG）與焊條電弧焊在相同的焊材用量時，所損耗的實芯MAG焊絲遠遠小于焊條電弧焊，可提高工效三倍以上。根據焊接數據反饋，管道固定口機動焊比焊條電弧焊更能在管道焊接中發揮降本增效的作用。

管道固定口機動焊有以下缺點：

第一，管道固定口機動焊的機頭和楔形帶軌道條件的制約，操作空間離焊口的距離不能＜500mm，施工現場焊接受到一定限制。

第二，管道固定口機動焊設備配套的機頭、控制箱、控制電纜等較多，設備轉場不方便，一次性投入高。施工現場由于不同的管徑較多，楔形帶軌道組裝還需根據實際情況增加模塊支撐，組裝調整時間較長。

第三，管道固定口機動焊（MAG）對焊接參數要求較高，尤其是對弧壓和氣體配比的精確度要求較為嚴格。需要焊工熟練的掌握焊接參數調整規律，如果焊工操作不當以及焊接參數選配不當，仰焊部位熔池不易控制。

第四，管道固定口機動焊（MAG）屬于氣體保護焊，抗風能力差，在風速＞2m/s的條件下需要及時做好防風措施。

第五，焊接過程中根據實際情況進行微調節后的焊接參數不能儲存到設備上，再次焊接時需重新設定合適的參數，增加了操作難度。

2.焊接缺陷分析及預防措施

（1）氣孔 施工現場焊接中產生的氣孔，主要是由于焊接區的防護措施不到位，造成空氣侵入導致氣孔。焊接過程中影響保護效果的主要因素是電弧長度和電弧的穩定性、保護氣體純度和流量。

預防氣孔措施：應嚴格控制電弧長度，影響電弧長度的焊接參數是電弧電壓。同時還應認真調節焊接電流和電壓的配備比，特別是電弧電壓，在保證熔寬的前提下盡量采用短弧焊。應對導絲軟管和焊槍彎管經常清理，保證焊絲輸送流暢。仔細檢查地線與焊件是否接觸良好，若接觸不良，會導致電弧不穩。施焊空間做好防風措施。

（2）未熔合 產生未熔合的缺陷原因有多種：焊接電流與電壓匹配不合適；電流小，焊接速度快；電弧挺度不夠；產生的熱能量不夠；致使母材坡口或先焊金屬未能熔化；電流過大熔敷金屬過多，在母材邊緣還沒有達到熔化的溫度就覆蓋過去而產生未熔合；焊槍角度偏向一側而另一側尚未熔化就被填充金屬掩蓋；焊前待焊部位清理不干凈等原因均有可能導致未熔合。

預防措施：嚴格控制焊接電流與電壓；調整合適的氣體配比；合理布置焊層道數，盡量多層多道焊，嚴格控制每一層的厚度；焊絲的干伸長度要合適，不宜過短；焊前仔細清理待焊部位，直至露出金屬光澤。

表1 焊接材料化學成分（質量分數） （%）

表2 熔敷金屬力學性能（保護氣體80%Ar＋20%CO2）

3.焊接材料選用

根據施工現場管道焊接位置（5G水平固定）、焊接特點，以碳鋼管道A106.Gr.B為例，管道規格為φ406mm×30mm，使用的焊絲牌號CHW－50C6，焊絲直徑1.2mm，焊材的化學成分和力學性能如表1、表2所示。

4.焊前準備與坡口形式

（1）焊接設備 采用昆山安意源產CH－500 Pro管道固定口機動焊機，手持遙控器可實現編程、系統設置。焊接參數可以任意分段，在焊接過程中根據機頭位置自動轉換。

（2）坡口加工 下料的管段采用機械切割加工，使用砂輪機將坡口及內外兩側各20mm范圍內打磨至露出金屬光澤，坡口形式及尺寸如圖1所示。

圖1 坡口形式

（3）焊工資格證 施焊前對所有參加管道固定口機動焊操作的焊工，進行碳鋼實芯焊絲管道固定口機動焊技能操作專項培訓，并按照TSG Z6002－2010《特種設備焊接操作人員考核細則》取得相應的資格證。

（4）焊前防護措施 采取搭建防風防雨棚、加大焊接保護氣體流量等防護措施，保證焊接的質量和進度。

5.焊接工藝要點

管道固定口機動焊（MAG），選擇合理的焊接參數是確保焊接接頭質量的前提條件。它包括焊接電流、電弧電壓、焊接小車行走速度、焊槍的擺動速度及幅度、電感、分段點的度數等。以上參數主要根據管徑、壁厚、層數、焊接模式來選定相關焊接參數后，儲存在手持遙控器中，隨用隨取，快捷方便。

（1）焊接電流（焊絲送進速度） 電流的大小取決于送絲速度的快慢，送絲速度愈慢，焊接電流相應減小，易產生大顆粒熔滴過渡，熔深較淺；送絲速度加快，焊接電流增大，熔敷率高，但熔深增大，焊縫易出現凸形，飛濺增多，外觀成形變差。

（2）電弧電壓（焊絲熔化速度） 在焊接電流一定的情況下，電弧電壓降低時，焊道窄而高，焊縫中凸起，熔深淺，容易造成未熔合；電弧電壓增大時，焊道寬而平，飛濺增多，將會產生氣孔。實芯焊絲對電壓的要求較為嚴格，焊工要根據不同的施焊部位掌握電流、電壓的調整規律。

（3）焊接速度 焊接過程中焊接速度直接決定填充金屬的熔敷量。速度過快，焊縫兩側咬邊，成形不均勻；速度過慢，容易擊穿打底層，焊接熱輸入相應增大，熱影響區增寬，降低焊接接頭區域韌性。

6.焊接注意事項

（1）管道固定口機動焊（MAG）對焊接參數要求較高，對焊接電流和電壓的配比要求較為嚴格，特別是仰焊部位和下45°熔池不易控制。通過實際驗證采用多層道焊，焊層不超過3mm，焊縫寬度不超過焊絲直徑10倍，熔池易于控制，焊縫成形美觀，確保了焊接質量和提高生產效率。

（2）管道固定口機動焊（MAG）焊槍角度影響著焊道的熔深和形狀。對于各種焊接位置，焊槍傾角大多選擇80°～90°之間，這樣可以更好的控制熔池和氣體保護。

（3）焊工要熟練掌握焊接工藝和實操技巧，還要掌握電流、電壓參數調整規律、不斷積累總結操作經驗。在施工中管件存在橢圓，焊接時應及時手動調節手持遙控器上的微調功能鍵，否則易造成焊槍噴嘴觸碰焊件。

7.管道固定口機動焊（MAG）填充、蓋面焊接

（1）填充層 在填充層焊接中，焊工要及時觀察焊接熔池形狀，當發現熔池尺寸逐漸變大時，說明焊接速度過慢和層間溫度提高，容易出現焊瘤或者燒穿現象，此時應加快焊接速度，增加擺幅，電弧在坡口兩側稍作停留，避免焊縫中間凸起（見圖2）。

圖2 單道填充層

圖3 蓋面焊縫

（2）蓋面層焊接 蓋面層焊接時，焊絲干伸長度控制在15～20mm，如果干伸長度較低，會影響焊工觀察熔池的視線。干伸過長會使氣體保護效果較差，容易造成焊縫咬邊，飛濺增大，產生氣孔（見圖3）。

管道全位置自動焊主要焊接參數如表3所示。

表3 管道全位置自動焊主要焊接參數

8.結語

管道固定口機動焊（MAG）在管道填充層和蓋面焊接中，針對設備特點結合現場實際情況，通過采用合理的焊接工藝和技術措施，焊縫的外觀質量、內在質量均滿足質量要求。面對石油化工建設行業日趨激烈的市場競爭，必須提高新設備，新工藝的研發創新。實踐證明，管道固定口機動焊（MAG）對于提高管道的焊接質量和施工效率具有重要的意義，值得大力推廣應用。