于天宇，王曉磊，唐元生，劉永華

（1.中國石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266580；2.中石化第十建設(shè)公司，山東淄博 255000）

管道水平固定全位置熔化極機(jī)動(dòng)焊接工藝

于天宇1，王曉磊1，唐元生2，劉永華2

（1.中國石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266580；2.中石化第十建設(shè)公司，山東淄博 255000）

管道全位置自動(dòng)焊接是指在管道相對(duì)固定的情況下，依靠電氣、機(jī)械等方法，使焊接小車帶動(dòng)焊槍沿著固定軌道環(huán)繞管壁運(yùn)動(dòng)，通過自動(dòng)送絲以及PLC控制等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接。研究管道全位置自動(dòng)焊的焊接工藝以及焊接設(shè)備的目的是在確保接頭質(zhì)量的基礎(chǔ)上提高焊接效率，同時(shí)降低焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度。工程施工中對(duì)管道焊接質(zhì)量要求越來越高，通過反復(fù)焊接試驗(yàn)，各施工企業(yè)逐漸摸索和掌握全位置管道機(jī)動(dòng)焊的焊接參數(shù)和焊接要領(lǐng)，為提高施工現(xiàn)場(chǎng)的管道全位置焊接施工效率和質(zhì)量提供了參考和依據(jù)。

管道機(jī)動(dòng)焊機(jī)；全位置焊接；焊接工藝評(píng)定

0 前言

中石化某建設(shè)公司的管道機(jī)動(dòng)焊局限于采用變位機(jī)或者彎管機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)管子，焊槍在平焊位置焊接，雖然提高了管道預(yù)制焊接效率，但是管道的二次預(yù)制、施工現(xiàn)場(chǎng)的大口徑管道，一直不能實(shí)現(xiàn)全位置焊接，成為該公司提高管道焊接施工效率的瓶頸。通過調(diào)研分析，該公司焊接實(shí)驗(yàn)室采用國內(nèi)某公司生產(chǎn)的管道全位置機(jī)動(dòng)焊設(shè)備，進(jìn)行碳鋼管道的全位置焊接試驗(yàn)和焊接工藝評(píng)定。試驗(yàn)結(jié)果證明，所開發(fā)的焊接工藝基本能夠滿足該公司目前的管道二次預(yù)制和管道全位置焊接施工。

1 管道全位置機(jī)動(dòng)焊機(jī)設(shè)備

管道全位置自機(jī)動(dòng)焊機(jī)由焊接機(jī)頭、軌道、焊接電源、手持遙控器、控制箱等機(jī)構(gòu)組成，如圖1所示。焊接機(jī)頭主要包括送絲機(jī)構(gòu)、焊槍、離合桿等。其內(nèi)置傾角傳感器，自動(dòng)感知機(jī)頭位置，焊槍可任意角度旋轉(zhuǎn)，既可以上向焊接，也可以下向焊接，機(jī)頭采用氣動(dòng)夾緊，一鈕拆裝，方便快捷。

圖1 管道全位置機(jī)動(dòng)焊裝備

采用楔形帶軌道，保證足夠的摩擦傳動(dòng)，機(jī)頭運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，中間采用鋁合金方管連接，輕便牢固，軌道還可以通過增加不同高度的墊管或支撐，使同一軌道可用于多種管徑的焊接。

手持遙控器可以進(jìn)行編程、系統(tǒng)設(shè)置、機(jī)頭動(dòng)作等操作，使用方便。能儲(chǔ)存50個(gè)焊接參數(shù)程序，具有焊接速度和送絲速度校準(zhǔn)功能。焊接參數(shù)可任意分段，在焊接過程中根據(jù)機(jī)頭位置自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

2 焊接要求

經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，管道全位置機(jī)動(dòng)焊打底要求坡口角度30°，鈍邊1～1.5 mm，間隙小于等于2 mm。但是裝置現(xiàn)場(chǎng)φ300 mm以上的管道焊口，特別是管件與管子對(duì)接焊口，都存在對(duì)縫間隙不規(guī)則、有效范圍內(nèi)錯(cuò)口的現(xiàn)象，所以現(xiàn)場(chǎng)的固定位置焊口難以達(dá)到要求。因此，施工現(xiàn)場(chǎng)的管道預(yù)制建議還是采用手工氬弧焊打底、管道全位置機(jī)動(dòng)焊填充蓋面工藝。這樣全位置機(jī)動(dòng)焊機(jī)的打底功能不作為研發(fā)課題，只保留填充蓋面功能。

試驗(yàn)采用管道水平固定（5G位置），管道材料為碳鋼A672 C65，管徑φ508 mm，壁厚12.7 mm。采用氬弧焊打底，填充金屬牌號(hào)TIG-50，直徑φ2.4mm；藥芯焊絲熔化極氣保焊方法填充、蓋面，填充金屬牌號(hào)CHT711，直徑φ1.2 mm。藥芯焊絲熔化極氣保焊經(jīng)過多年現(xiàn)場(chǎng)手工氣體焊的實(shí)踐應(yīng)用，其綜合性能優(yōu)于實(shí)心焊絲。對(duì)焊接電源及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求低，焊接過程有熔渣保護(hù)，焊接質(zhì)量高、飛濺小。

3 坡口形式的選擇

焊縫接頭采用V型帶間隙60°坡口，如圖2所示。

4 焊前準(zhǔn)備工作

圖2 坡口形式

（1）焊接前將焊件的坡口及其兩側(cè)20 mm的油污、臟物清洗干凈。（2）氣體保護(hù)焊藥芯焊絲做到隨拆隨用，防止焊材反潮浪費(fèi)。

5 管道水平固定（5G位置）全位置機(jī)動(dòng)焊的焊接工藝[1]

（1）管道打底焊采用鎢極氬弧焊，焊接前檢查保護(hù)氣體流量的大小是否合適，落實(shí)好防風(fēng)措施。焊接過程中焊槍角度應(yīng)隨著焊接位置的變化而變換，焊槍與母材保持合適的后傾角度，保證熔合良好。焊接時(shí)溫度過高，做好焊工的防護(hù)準(zhǔn)備，以免燙傷。

（2）在鎢極氬弧焊打底焊接過程中需要熄弧時(shí)，注意將電弧移動(dòng)到坡口母材上。點(diǎn)固點(diǎn)修出斜面的接頭形式，以保證接頭的內(nèi)部質(zhì)量。

（3）打底完成后應(yīng)隨時(shí)檢測(cè)焊縫溫度，保證在填充、蓋面焊接過程中道間溫度不高于250℃。

（4）管道全位置機(jī)動(dòng)焊采用藥芯焊絲熔化極氣保向下焊，如果焊接電流過大、焊接時(shí)熔池不易凝固、中間過渡較慢均會(huì)導(dǎo)致熔池變形，鐵水下墜，形成中間高、兩邊很深的夾溝。因此填充第一層時(shí)應(yīng)選擇較小的電流，焊絲規(guī)格φ1.2 mm。填充蓋面采用向上焊接，焊接時(shí)注意觀察熔池的形狀，通過參數(shù)的調(diào)節(jié)匹配，使這些參數(shù)相互關(guān)聯(lián)，控制熔池形狀以橢圓形為宜，焊接過程中根據(jù)實(shí)際情況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)焊接參數(shù)。焊絲擺動(dòng)采用角擺，以增加焊縫的平整度，同時(shí)減小兩側(cè)的夾溝。

（5）第一層填充結(jié)束后，進(jìn)行下一層填充、蓋面前應(yīng)清理干凈坡口內(nèi)的焊道熔渣，選擇多層多道焊接。

（6）由于焊機(jī)貴重，焊后需對(duì)其進(jìn)行清理，定期維護(hù)。焊接過程中應(yīng)避免飛濺落在遙控器表面，燒損遙控表面文字。運(yùn)輸過程中注意包裝固定，以免造成不必要的損失。

（7）通過反復(fù)焊接試驗(yàn)，逐漸摸索出全位置管道機(jī)動(dòng)焊的焊接參數(shù)和焊接要領(lǐng)，水平固定全位置管道機(jī)動(dòng)焊機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表1所示，根焊、蓋面焊效果如圖3所示，本次試驗(yàn)已達(dá)到預(yù)期效果。

表1 焊接技術(shù)參數(shù)

圖3 管道全位置機(jī)動(dòng)焊焊縫成形

6 焊后力學(xué)性能檢測(cè)報(bào)告

按照《NB/T47014承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，經(jīng)彎曲、拉伸、沖擊試驗(yàn)，焊縫探傷指標(biāo)全部合格，力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果如表2～表4所示，證明選擇的焊接材料和工藝能夠滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的需要。

表2 拉伸試驗(yàn)力學(xué)性能

7 結(jié)論

對(duì)管道全位置機(jī)動(dòng)焊設(shè)備進(jìn)行碳鋼管道向下焊的全位置焊接試驗(yàn)和焊接工藝評(píng)定，通過制定嚴(yán)格的焊接工藝規(guī)程和技術(shù)措施，當(dāng)前成果能夠滿足石油化工企業(yè)目前的管道二次預(yù)制和施工現(xiàn)場(chǎng)的管道全位置焊接施工。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，機(jī)動(dòng)焊接設(shè)備的焊接效率是焊條電弧焊的3～4倍，是手工熔化極氣保焊的2倍。機(jī)動(dòng)焊接設(shè)備很大程度上提高了焊接質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了現(xiàn)場(chǎng)焊接管道的施工水平。因此，管道全位置機(jī)動(dòng)化的焊接代替手工焊接必將成為行業(yè)趨勢(shì)。

表3 彎曲試驗(yàn)力學(xué)性能

表4 沖擊試驗(yàn)力學(xué)性能

[1]楊永強(qiáng)，劉永立，唐元生.P91與12Cr1MoVG異種鋼管道的焊接[J].金屬加工（熱加工），2015（14）：51-53.

Pipeline horizontal fixed all position melting electrode motorized welding technology

YU Tianyu1，WANG Xiaolei1，TANG Yuansheng2，LIU Yonghua2
（1.China University of Petroleum，Qingdao 266580，China；2.SINOPEC Tenth Construction Company，Zibo 255000，China）

Automatic welding of the whole position of the pipeline is to rely on electrical，mechanical and other methods，so that the welding machinedrivenalongthefixedtrackaroundthewallmovement，throughautomaticwirefeedingandPLCcontroltechnologytoachieveautomatic welding.Thepurposeofthispaperistoimprovetheweldingefficiencyonthebasisofensuringthequalityofthejoint，whilereducingthelabor intensityofthewelder.Inrecentyears，therequirementsofpipelineweldingqualityaregettinghigherandhigherinengineeringconstruction，each construction enterprise has carried on a lot of exploration practice and experiment with all position pipeline welding.Through repeated welding test，gradually explore and master the welding parameters and welding methods of all position pipeline welding，which provides a referenceandbasisforimprovingtheconstructionefficiencyandqualityoftheallpositionpipelineweldingoftheconstructionsite.

pipeline motorized welding machine；all position welding；WPQ

TG457.6

B

1001－2303（2017）08－0135-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.08.28

2017-02-22；

2017-04-18

于天宇（1994—），男，學(xué)生，主要從事焊接方面的學(xué)習(xí)和研究。E-mail：857012556@qq.com。

唐元生（1969—），男，焊接首席技師。E-mail：tangys 1618@126.com。

本文參考文獻(xiàn)引用格式：于天宇，王曉磊，唐元生，等.管道水平固定全位置熔化極機(jī)動(dòng)焊接工藝[J].電焊機(jī)，2017，47（08）：135-137.