國產RMD設備根焊操作技術常見焊接缺陷解析

湯海東，岳遠明，武國峰，劉光鈺

1.中石化勝利油建工程有限公司 山東東營 257064

2.中國石化勝利油田熱力分公司 山東東營 257064

1 序言

進口RMD焊接設備在國內使用已多年，其焊接操控簡單，使用性能穩定，在大口徑長輸管道施工中應用普遍。隨著國產RMD焊接設備的推出和技術的日益完善，其逐步在國內市場推廣使用。

自2018年開始，我公司施工的潛江-韶關輸氣管道工程線路五標段全長151.307k m，設計壓力10MPa。全線二類地區采用φ1016mm×17.5mm螺旋縫埋弧焊管（S A W H），三類地區采用φ1016mm×21.0mm直縫埋弧焊管（SAWL），鋼管材質L485M。主線焊接工藝選擇為RMD根焊+半自動自保護填蓋，其中RMD根焊選擇國產焊接設備，材料采用金屬粉芯焊絲ER70C-6MH4，焊接工藝規程為WPS-QJSG-X02（壁厚17.5mm）和WPSQJSG-X06（壁厚21mm），無損檢測采用X射線+相控陣超聲波雙檢測。

2 焊接工藝

（1）接頭設計 接頭形式為對接，V 形坡口（見圖1）。坡口角度a=22°±2.5°；鈍邊p=1.6mm±0.8mm；對口間隙b=2.5～3.5mm；當壁厚為17.5mm時，錯變量≤2.2mm，當壁厚為21mm時，錯變量≤2.5mm。

圖1 接頭形式

（2）工藝要求 保護氣體為混合性氣體（80%Ar+20%CO2）；保護氣體純度：Ar≥99.99%，CO2≥99.9%；氣體流量為15～20L/min；預熱溫度為80～150℃；施焊環境溫度≥5℃；濕度≤90RH；風速≤2m/s；根焊層厚度≤3.0mm。

（3） RMD根焊焊接參數 具體數值見表1。

表1 RMD根焊焊接參數

（4）焊接電源 選用國產焊接設備具有RMD特性的直流焊接電源配相應送絲機。

3 RMD根焊技術特點

1）能夠精準控制熔滴過渡和電弧吹力的大小，焊接過程穩定、飛濺少，焊縫內部成形均勻美觀，焊縫背面成形如圖2所示。

圖2 焊縫背面成形

2）焊接過程中電弧柔和、熱量集中，在根部產生高質量的熔深，能夠有效地解決管口錯邊、間隙不勻造成的根部未熔合等焊接缺欠（見圖3）。

圖3 管口錯邊內部成形

3）采用半自動氣體保護焊金屬粉芯焊絲焊接，焊縫表面無焊渣，焊接效率高[1]。

4 RMD根焊缺陷產生及解決措施

RMD根焊焊接工藝屬于熔化極金屬粉芯焊絲半自動氣體保護焊，在施工過程中由于國產RMD焊接設備參數設置不精確、焊工操作技術不熟練和外界環境因素等原因，造成射線和相控陣超聲波檢測發現的不合格缺陷種類主要是密集氣孔和層間未熔合[2]。現場通過對多道焊縫缺陷的查找，發現其中90%缺陷都存在于RMD根焊層，缺陷類型及位置見表2。

表2 RMD根焊缺陷類型及位置

4.1 根部未熔合

經射線底片查看和相控陣數據分析，根焊接頭未熔合缺欠大部分產生在環焊縫立焊以上，同時現場使用角磨機對缺陷位置進行修磨發現，未熔合缺陷為根部接頭處層間或根部單邊未熔合。

（1）產生原因

1）焊工焊接時，根焊起點是從12點開始，焊工為了控制背面熔池高度，一般采用較小的送絲速度，這樣能夠有效保證焊縫背面成形高度。雖然這種較小焊接參數能夠控制焊縫成形，但是產生未熔合缺陷的概率也非常高。

2）RMD根焊起弧焊接時，由于新起弧時熔池溫度偏低，焊接行走速度過慢，所以熔池就會形成堆積，造成根部焊縫出現未完全熔合現象。

3）根焊接頭時，焊工為了保證接頭質量會將收弧處打磨成斜坡狀，再起弧接頭時，焊槍運行到打磨的斜坡狀缺口處時就屬于堆焊，并且打磨的斜坡狀缺口一般存在窄、深及前寬后窄的特點，這時再起弧位置的焊接參數就無法有效地熔化前面的焊道，透過面罩觀察此處的熔池較小。楔形斜坡狀還沒有完全打開熔池，熔化的焊絲形成的液態金屬就流到后側的焊道上，形成接頭未熔合缺陷。

（2）解決措施 通過和國產焊機制造廠家研發工程師溝通，同時在有經驗的焊工配合下，提出調整焊機內置參數中的起弧電流和增加收弧電流參數精準控制，能夠降低或消除產生接頭未熔合缺陷。

具體操作實施如下：

1）起弧參數調整：通過現場多次試驗調節，在起弧后增加一段時間恒壓控制，即采用氣體保護焊模式起弧，在這段時間內增加熱起弧電流，有利于快速打開熔池，增強熔合能力，從而有效降低出現未熔合缺欠的概率。起弧階段波形如圖4所示，其中黃色為電弧電壓、綠色為焊接電流。

圖4 起弧階段波形

2）收弧參數設置：收弧時采用特殊四步功能，在遇到下向焊接頭快要收弧時，按下焊槍開關，能夠增大波形控制燃弧能量，增加本階段的收弧電流，保證母材的有效熔化，達到減少收弧未熔合缺欠的目的。收弧控制方案如圖5所示，其中黃色為電弧電壓、綠色為焊接電流。

圖5 收弧控制方案

4.2 密集氣孔

通過射線檢測底片觀察，密集氣孔缺陷主要出現在環焊縫上半部分，而對于焊接難度最大的仰焊6點位置，由于焊槍角度的垂直和桿身長度的縮短，所以基本不會出現密集氣孔。

（1）產生原因

1）通過現場焊接操作觀察，焊工在過12點位置引燃電弧后連續向下焊接，為了便于觀察熔池形狀和根部熔合情況，焊槍角度、干伸長發生了很大變化，造成根焊背面熔池氣體保護欠缺，出現密集性氣孔。

2）由于RMD根焊采用80%Ar+20%CO2為保護氣體，因此氣體挺度較差，保護區域容易受到外界和管內氣流干擾，焊接時熔池得不到有效保護則形成密集氣孔。

3）焊槍使用過程中噴嘴容易被飛濺物堵塞，造成焊縫因缺少保護氣體流量而產生氣孔。

4）在使用過程中，氣瓶內的壓力過低、流量過小、供氣系統氣帶損壞及鏈接松動等，也容易造成焊接過程中產生密集氣孔缺陷。

（2）解決措施

1）焊接開始前應做好外界防風措施，特別是防風棚與地面和管子的結合處要認真檢查，同時也要防范管道內部的穿堂風。根據聯通管道的長短和室外溫度，選擇對兩端管口進行封堵或是敞開，使壓力平衡。

2）使用前認真檢查氣瓶內的壓力，當壓力＜1.0MPa時會造成焊槍噴嘴供氣不足，保護氣體挺度不夠，容易產生氣孔，因此應停止使用更換氣瓶。同時，要配備氣體配比檢測儀器，嚴格控制氣瓶內的混合比例。

3）氣體流量選擇應嚴格按照焊接工藝規程中的要求進行調節，同時也要根據所選擇的噴嘴型大小，適當在工藝規程要求范圍內調整流量大小。

4）每天焊接使用前，要從供氣系統始端開始沿著氣體行走路線進行認真檢查，防止因氣帶破損或接頭松動而出現漏氣現象。

5）根據焊接時間及時清理噴嘴中的飛濺物，防止焊接飛濺堵塞噴嘴，造成焊縫因缺少氣體保護而產生氣孔。

6）焊接過程中焊槍角度直接影響焊接質量，在環焊縫焊接過程中，焊槍角度隨著焊接位置的變化也要隨時調整。一般平焊位和立焊位焊槍角度為75°～85°，但在環焊縫9～11點處和13～15點處極易出現密集氣孔，因此要將焊槍角度精準控制在80°±2°內，這樣焊接保護氣體能夠有效保護正面和背面液態熔池不受外界空氣侵蝕，避免產生密集氣孔。仰焊位焊槍角度一般控制在90°左右，同時焊接過程中應根據間隙和鈍邊大小，隨時輕微調整焊槍角度，才能有效保證內外焊縫成形均勻。

7）干伸長過長時，噴嘴與工件的距離過大，會因保護氣體挺度不足而使熔池的保護范圍減少，這也是焊接過程中產生密集氣孔的主要原因之一。因此，焊工在焊接過程中在保證清晰觀察熔池的同時，要選用最短的干伸長進行焊接操作。

8）焊接過程中，由于焊工帶動熔池速度不勻，造成根焊厚度過厚，熔池截面形狀過大，容易造成部分熔池脫離保護氣體范圍，產生密集氣孔。因此在操作過程中，焊工在保證焊接質量的同時需適當提高焊接速度。

5 結束語

經過對國產RMD焊接設備內置參數熱引弧的增加和收弧過程中對焊接電流的精整控制，有效控制了接頭產生的未熔合缺陷。同時，經過現場實踐的不斷總結歸納，對外界干擾因素的細化分析、焊接過程中的工藝參數改進和加大對根焊焊工操作技巧的提升，焊接效率和根焊質量得到了明顯提升，基本克服了接頭未熔合缺欠和根部密集氣孔等缺欠。改進后在某焊接機組施工的1568道焊口中，根焊射線檢測合格率和相控陣超聲波檢測合格率達到99.87%，取得了滿意的效果。