中俄東線長輸管道自動焊焊接難點解析

袁吉偉，張敬洲，朱文學

大慶油田工程建設有限公司培訓中心 黑龍江大慶 163712

1 序言

中俄東線天然氣管道是目前國內第一條同時采用大口徑、高鋼級、高壓力等級及單管輸量最大的跨境長輸天然氣管道工程。中俄東線天然氣管道是中俄兩國能源領域務實合作的重要工程，起點位于黑龍江省黑河中俄邊境，止于上海市白鶴末站，工程采用的管道規格為φ1422mm×21.4mm，焊接方法為管道自動焊內焊機打底，自動焊外焊機雙槍填充、蓋面。在施工過程中，碰到了一系列的難題，很多施工單位都未能很好地解決此問題。結合我方現場進行指導的焊接技能專家經驗，提出了各個難點的解決方案，并取得了良好的效果。

2 焊接設備

2.1 根焊設備

根部焊接采用的是熊谷管道全自動內焊系統，型號為：A-808/56。內焊機總共8個焊槍，分別為CW（前半周焊接）和CCW（后半周焊接）各4個焊槍（見圖1）。焊接方向為下向焊。

圖1 內焊機

2.2 外焊設備

熱焊、填充及蓋面采用的是熊谷A-610全位置管道自動外焊系統。A-610雙焊槍機頭依靠機頭小車行走輪夾持于環繞管道圓周上的淬火鋼帶上，并圍繞管道運動。雙焊槍機頭組件配備了一個行走電動機（用于小車行走）、兩個焊槍擺動電動機以及兩個焊槍垂直運動電動機。小車組件分為順時針CW和逆時針CCW結構（見圖2）。

圖2 管道自動外焊系統

3 焊接難點及解決方案

3.1 焊接接頭

（1）接頭打磨 焊接接頭是管道自動焊焊接時必不可少的操作過程，在管道自動焊外焊機焊接中分為CW（前半周焊接）和CCW（后半周焊接），在12點和6點位置各有一個焊接接頭。因此，在焊接前焊接接頭如果處理不當會產生跨區未熔合等焊接缺陷。在CW一側焊接完畢后，將12點位置的待焊接頭處用磨光機打磨成斜坡，斜坡的長度約為20mm，斜坡前端深度要打磨到前一焊層并且不要破壞兩側的坡口面。新一層焊接接頭要保證與上一層接頭錯開30mm以上，否則容易缺陷疊加導致不合格。6點位置的接頭一般情況下不用進行打磨修整，但是如果出現后槍熔池超前或者前后槍熔池形狀異常要及時處理，否則容易產生跨區未熔合[1-2]。

（2）焊前調節 焊接前，先將焊接小車的后槍對準焊接位置進行焊前調節。首先調節焊槍的對中性，保證焊絲端頭指在焊道的中心，然后調節擺寬，使焊絲的端頭指向底層焊道與坡口面的夾角，擺寬不宜過大或過小，否則容易產生層間未熔合或側壁未熔合。其次再調節干伸長度和焊絲端頭與焊道的距離。干伸長度為10~15mm，焊絲端頭與焊道的距離為1~2mm。干伸長度過長或過短在起弧時會影響垂直跟蹤的自身調節，使焊接電弧不穩定而產生焊接缺陷。完成后槍調節后，將焊接小車向焊接反方向移動，當到達前槍焊接位置時進行前槍的焊前調節，調節方法與后槍相同。雙槍調節完畢后，才能進行焊接（見圖3）。

圖3 調節雙槍

3.2 氣孔

由于管道自動焊焊接是氣體保護焊，所以氣孔產生的原因很多。通過以下幾個原因可以有效防止氣孔的產生。

（1）保護氣體 氣瓶使用一段時間后，注意氣瓶壓力應不低于2MPa，氣體流量應達到25~30L/min。定期檢查氣帶是否有漏氣現象，CO2表通電后是否在加熱，在每次更換氣瓶后，要按住驗氣按鈕將空氣排出，否則，由于空氣的摻雜，將會產生氣孔。

（2）防風棚 在焊接過程中，防風棚能夠有效防止外界風源進入，從而避免焊接時產生氣孔。在使用防風棚的過程中應該注意，由于管墩有時過高，防風棚的底板很容易進風，在防風棚里形成旋風而產生氣孔。解決的方法是將防風棚底部四周用帆布圍上，并將帆布加長。另外，防風棚底板鋪開后，地板的間隙也漏風，為此焊接前在地板上再鋪上一層帆布，則能夠阻止外界風源（見圖4）。

圖4 防風棚

（3）焊槍 每焊接完一層后要及時清理噴嘴內壁飛濺，檢查導電嘴的對中性以及是否需要更換。如果導電嘴的對中性不好，會使噴嘴內的保護氣體分布不均勻而偏向一側產生氣孔。檢查分流器是否堵塞或松動，分流器上面的孔如果被堵塞，會使氣體流量減小，焊道保護不好而產生氣孔。焊接到仰位時，前、后焊槍的軟管不要有硬彎，使保護氣體暢通。

3.3 未熔合

管道自動焊焊接時，采用的是全自動超聲波（AUT）檢測方法，AUT對未熔合很敏感，缺陷主要出現在焊縫的根部、鈍邊、熱焊及填充等區域，主要分為層間未熔合、側壁未熔合與跨區未熔合等。

（1）層間未熔合 層間未熔合主要產生在焊道層與層之間，產生的位置大多數在12點至5點之間，主要是由于焊接過程中熔深不夠而引起的焊接缺陷。通過AUT檢測的結果能判斷出焊接缺陷的深度，確定焊接缺陷的位置后調節焊槍的電弧長度，降低電弧電壓來增加熔深。

（2）坡口未熔合 坡口未熔合又稱側壁未熔合，分布在焊道的單側或雙側，多呈線狀或點狀出現。產生的原因是焊工操作時擺寬不夠或電弧電壓過低。在焊接時要求焊工觀察熔池寬度，避免因擺寬不夠使焊道兩側產生過深的夾角。如果調節擺寬后，夾角過深的現象沒有改善再調節電弧電壓，使電弧電壓略高一些，達到焊道兩側熔合良好的狀態，使焊道接近于平整，可以避免側壁未熔合的產生。

（3）跨區未熔合 跨區未熔合又稱貫穿性未熔合，在AUT圖像中顯示沿著焊縫的厚度方向產生的未熔合。這種焊接缺陷主要產生在平位接頭和仰位接頭的焊接位置，缺陷的高度超過了AUT的評定區域，缺陷基本上是垂直于焊道。產生的原因是焊工打磨不到位或引弧之前，焊槍槍距偏高、干伸長過短造成的。焊前要求焊工按著要求認真打磨焊接接頭，調節好焊槍槍距及干伸長度，焊絲端頭與焊道的距離在1~2mm之間，干伸長度在10~15mm之間，保證電弧的穩定性，防止焊接缺陷的產生。

3.4 咬邊

焊接時，由于焊接參數選擇不當，或操作方法不正確，沿焊腳的母材部位產生的溝槽或凹陷稱為咬邊。管道自動焊咬邊一般都集中在仰焊位置，在設置焊接參數時，立填充焊道仰焊位置要焊接飽滿一些，將焊道兩側的坡口棱邊完全熔合，高出母材部分的焊道用磨光機打磨平整，為蓋面層打好基礎。蓋面焊接時，當焊接到仰位時要求焊工要躺到管下，這樣能比較清晰地觀察熔池狀況。由于蓋面是兩道排焊，焊工要觀察前、后焊槍的擺寬是否合適。擺寬過大、焊接速度過快容易在仰位產生咬邊；擺寬過小、焊接速度過慢使熔池下垂也會產生咬邊和焊道超高。

4 結束語

通過在施工中對長輸管道自動焊常見焊接缺陷產生類型及原因的分析，總結出減少和避免焊接缺陷產生的有效方法，并在焊接過程中嚴格控制，提高了長輸管道自動焊的一次合格率。