管道埋弧自動焊合格率分析

薛姣龍,陳曉勇，梁卓

(中國石油天然氣第一建設有限公司，河南 洛陽471000)

0 前言

目前，自動焊技術在長輸管道施工過程中應用推廣良好[1-4]，由于長輸管道大口徑、高鋼級、大壁厚等特點，其流水施工作業優勢明顯，而工業管道安裝具有多材質，多規格，焊接工作量大等特點[5-8]，為降本增效，自動焊接也在逐步推廣，例如中石化十公司在石家莊煉化260萬噸/年柴油加氫工程施工中不銹鋼管道應用埋弧自動焊[9]，對自動焊效率，焊材消耗，勞動條件，環境要求，可操作性等方面進行了分析評價。中石化四建公司在中石化長煉分公司170萬噸/年渣油加氫處理裝置通過一系列措施保證焊接一次合格率[10]，然而針對自動焊接的一次合格率情況并沒有進行系統研究。

1 焊接工藝及材料

以盛虹煉化一體化項目1 600萬噸/年常減壓蒸餾裝置管道施工為例，涉及到的碳鋼材質有：GB/T 8163 20，GB/T 9948 20 H2S，GB/T 9711 L245N HIC/H2S，鉻鉬鋼材質有：A335-P5，A335-P22, 不銹鋼材質有：022Cr19Ni10。針對以上管道公稱直徑≥DN150,壁厚≥6 mm管道焊縫采用鎢極氬弧焊(GTAW)打底，埋弧焊(SAW)進行填充和蓋面，即GTAW+SAW焊接方法。GTAW +SAW工藝參數見表1。

表1 焊接工藝參數

2 試驗結果及分析

根據表1的焊接工藝參數，并嚴格遵守相應焊接施工程序，對相同時期內，將GTAW+SMAW與GTAW+SAW焊件的RT無損檢測結果進行了統計分析，結果見表2。

RT檢測結果有2種：合格和不合格。因此n次檢測結果分布律遵循(0-1)分布，假設拍片不合格率為p，則檢測結果分布律為式(1)：

P{X=k}=pk(1-p)n-k，k=0,1(0

(1)

則似然函數為式(2)：

(2)

對L(p)取對數，得對數似然函數式(3)：

(3)

令

(4)

借此方程得p的極大似然估計為式(5)：

(5)

表3 不同材質GTAW+SAW和GTAW+SMAW合格率統計

在水平0.01下拒絕域為式(6)：

(6)

其中：

(7)

觀察表3，不同材質下GTAW+SAW的不合格率都低于GTAW+SMAW，對于A335-P5合金鋼2種焊接方法下不合格率都高與同焊接方法下其他2種材質，分析原因可能是由于A335-P5合金鋼焊接性能差，且焊接過程需要進行加熱，控制因素角度，導致不合格率高于其他2種材質。

表4對不同缺陷占總缺陷比例進行統計，累計頻率為自上而下頻率依次累加值，對表4缺陷類型進行分析，發現GTAW+SAW方法下未熔合缺陷最多，占不合格總片數將近一半，未出現深孔、未焊透2種類型的缺陷，而GTAW+SMAW方法下圓形和未熔合兩種缺陷是其主要缺陷，并且圓形缺陷數量顯著增多，可以看出GTAW+SAW方法對于圓形缺陷的控制效果優于GTAW+SMAW；另外，GTAW+SAW方法中未出現深孔及未焊透缺陷，說明此方法對于這兩種缺陷的控制效果較好。進一步分析GTAW+SAW未熔合缺陷中有45張缺陷屬于根部未熔合，85張屬于層間未熔合，GTAW+SMAW未熔合缺陷中有136張缺陷屬于根部未熔合，64張屬于層間未熔合；根部未熔合產生的原因可能是在GTAW焊接過程中人為因素或電流控制不當造成的；層間未熔合是由于焊接過程中層間清渣不徹底造成的。由于根部未熔合缺陷屬于GTAW過程，排除這一部分缺陷，可以看出不同缺陷類型下埋弧自動焊的焊接缺陷率更低，而層間未熔合缺陷則可以通過過程控制，做好層間清渣，進而有效控制一次不合格率。因此，可以得出人為因素對焊接合格率影響較大。

表4 GTAW+SAW和GTAW+SMAW缺陷類型統計表

根據缺陷統計表制作埋弧自動焊缺陷排列圖氬電聯焊缺陷排列圖如圖1和圖2所示，也能得出相同的結論：埋弧自動焊方法對于缺陷的控制效果優于氬電聯焊。還可以得出在焊接質量控制控制過程中埋弧自動焊方法時未熔合、圓形和條形為A類控制因素，裂紋為B類控制因素，內凹和咬邊為C類控制因素。同樣的，氬電聯焊方法時未熔合、圓形和條形為A類控制因素。2種焊接方法下，未熔合、圓形和條形缺陷都是累計頻率較高的因素，因此在焊接質量控制時重點關注與之對應的控制措施，提高整體合格率。

圖1 GTAW+SAW缺陷排列圖

圖2 GTAW+SMAW缺陷排列圖

3 結束語

人工施焊過程中不確定性因素較多，對于焊接過程質量的控制也較困難，而自動焊能夠降低人為因素的干擾。文中通過對管道RT無損檢測結果分析得出結論：由于減少人為因素，GTAW+SAW方法對于缺陷的控制效果優于GTAW+SMAW。為自動焊接技術在工業管道施工過程中推廣提供了依據。

隨著產業轉型升級，市場競爭日益激烈，企業想要在建設市場中占據有利的地位，就需要降本增效，創新升級，全自動焊的全面推廣也勢在必行。