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大口径、厚壁管道的全自动焊接

0209建筑材料2021-07-18 12:03:04


 全自动焊接大口径、厚壁(大于21mm)管线经常采用U型坡口或复合型坡口,由于U型坡口、复合坡口加工耗时、耗力制约管道焊接效率。V形坡口加工简单,省时、省力,但大口径、厚壁管线V型坡口全自动焊接时,如焊接工艺参数选择不当,将导致焊接缺陷产生。

  随着管道建设用钢管强度等级提高至X70、X80级别,管径和壁厚的增大,从2003年起在管道施工中逐渐开始应用自动焊技术。管道自动焊技术由于焊接效率高,劳动强度小,焊接过程受人为因素影响小等优势,在大口径、厚壁管道建设的应用中具有很大潜力。
  但我国的管道自动焊接技术正处于发展阶段,焊接中的一些问题如根部未熔合、侧壁未融合、坡口复杂等还没有彻底解决;自动焊接大口径、厚壁管线经常采用U型坡口或复合型坡口,管端坡口整形机等配套设施尚未成熟,所以研究大口径、厚壁管道V型坡口自动焊接技术十分有意义。
  西气东输二线中卫-靖边联络线全线长度约345km,钢管强度等级为X70,管径为φ1016,壁厚为14.6mm、17.5mm、21.0mm和26.2mm,根据该工程特点长庆建设工程总企业引进了CRC全自动焊机,应用在联络线第1B标段壁厚为21.0mm管道上。
  焊接方法、设备、材料
  焊接方法采用STT根焊+CRC-P260自动焊机热焊、填充、盖面。焊接设备:林肯STT焊机、林肯DC-400、CRC-P260自动焊机。保护气体:STT根焊保护气100%CO2,全自动焊保护气为80%Ar+20%CO2。焊接材料如表1所示。
  图1坡口形式
  接头形式及焊道顺序
  焊道坡口形式如图1所示,焊道顺序如图2所示。
  焊接试验与分析
  自动焊常用复合坡口或U型坡口,在小壁厚管线中也可使用V型坡口,它们共同的特点就是坡口上口间隙较小。西气东输二线管道壁厚为21.0mm,V型坡口的上口宽度约为22mm,此宽度已接近CRC-P260焊枪摆幅极限。这样的坡口型式对自动焊接是一个巨大的挑战。根据以往经验确定了自动焊试验焊接工艺参数(如表2所示)。
  采用以上参数进行自动焊接试验,试验焊接中发现自动焊缝易出现缺陷有层间未熔合、侧壁未熔合、密集气孔、仰焊部位余高超标等。
  在试焊过程中,电流在210~235A、电压在21~23V、送丝速度在420~480in/min、焊接速度在12~15in/min时,试验焊接中发现F1、F2、F3焊缝上几乎未出现层间未熔合情况、坡口未熔合及密集气孔情况。分析认为F1、F2、F3、三道焊缝坡口宽度小,气体保护充分,因而不会产生氮气孔;坡口宽度小使得焊枪摆幅小,摆动频率高,在送丝速度一定情况下母材与填充金属熔合充分,因而产生未熔合的几率较小;仰焊部位焊缝余高不大。
  电流在200~250A、电压在18~22V、送丝速度在400~500in/min、焊接速度在12~16in/min时,试验焊中发现F4、F5、F6部分焊缝立焊位置出现层间未熔合和坡口未熔合,但依然没有气孔出现,仰焊部分余高不大。产生层间未熔合和坡口未熔合的焊缝焊接电流小于220A,电压21V,送丝速度小于450in/min,焊接速度大于15in/min,且焊枪摆动频率小于90次/min.提高送丝速度、电流电压(调整焊丝伸出长度)、增大焊枪摆动幅度同时尽量选择较快的焊枪摆动频率、控制立焊部位焊接速度后,F4、F5、F6检测后未发现层间未熔合和坡口未熔合。
  电流在220~250A、电压在20~22V、送丝速度在450~500in/min、焊接速度在14~16in/min时,盖面焊缝未发现未熔合,但盖面焊缝在仰焊位置余高超标。分析认为盖面焊缝宽度约为18~22mm,这个宽度接近CRC-P260焊枪最大摆动幅度,而宽焊缝、焊枪大摆幅、快摆频使熔池存在时间长且焊枪运动时对熔池有搅拌作用,仰焊位置熔敷金属在重力、电磁力等作用下垂,进而导致仰焊位置焊缝余高超标。  为了保证良好的盖面成型效果,盖面焊在选择较小的焊接速度的同时尽量减小焊枪摆动频率,使的盖面焊缝薄而宽,从而减小了熔池存在时间,达到了减少仰焊位置余高的目的。
  采用以上参数进行自动焊接试验,试验焊接中发现自动焊缝易出现缺陷有层间未熔合、侧壁未熔合、密集气孔、仰焊部位余高超标等。
  在试焊过程中,电流在210~235A、电压在21~23V、送丝速度在420~480in/min、焊接速度在12~15in/min时,试验焊接中发现F1、F2、F3焊缝上几乎未出现层间未熔合情况、坡口未熔合及密集气孔情况。分析认为F1、F2、F3、三道焊缝坡口宽度小,气体保护充分,因而不会产生氮气孔;坡口宽度小使得焊枪摆幅小,摆动频率高,在送丝速度一定情况下母材与填充金属熔合充分,因而产生未熔合的几率较小;仰焊部位焊缝余高不大。
  电流在200~250A、电压在18~22V、送丝速度在400~500in/min、焊接速度在12~16in/min时,试验焊中发现F4、F5、F6部分焊缝立焊位置出现层间未熔合和坡口未熔合,但依然没有气孔出现,仰焊部分余高不大。产生层间未熔合和坡口未熔合的焊缝焊接电流小于220A,电压21V,送丝速度小于450in/min,焊接速度大于15in/min,且焊枪摆动频率小于90次/min.提高送丝速度、电流电压(调整焊丝伸出长度)、增大焊枪摆动幅度同时尽量选择较快的焊枪摆动频率、控制立焊部位焊接速度后,F4、F5、F6检测后未发现层间未熔合和坡口未熔合。
  电流在220~250A、电压在20~22V、送丝速度在450~500in/min、焊接速度在14~16in/min时,盖面焊缝未发现未熔合,但盖面焊缝在仰焊位置余高超标。分析认为盖面焊缝宽度约为18~22mm,这个宽度接近CRC-P260焊枪最大摆动幅度,而宽焊缝、焊枪大摆幅、快摆频使熔池存在时间长且焊枪运动时对熔池有搅拌作用,仰焊位置熔敷金属在重力、电磁力等作用下垂,进而导致仰焊位置焊缝余高超标。
  为了保证良好的盖面成型效果,盖面焊在选择较小的焊接速度的同时尽量减小焊枪摆动频率,使的盖面焊缝薄而宽,从而减小了熔池存在时间,达到了减少仰焊位置余高的目的。
  焊接工艺参数
  根据试焊结果及分析最后确定西气东输二线联络线STT根焊+CRC全自动焊填充、盖面工艺参数(如表3所示)。依据表3焊接参数焊接,焊缝经检测无气孔、裂纹、未熔合等缺陷,焊缝表面成型情况(如图3所示),宏观金相良好(如图4所示)。
图4焊缝宏观金相
  焊缝机械性能经过中国石油天然气管道科学研究院焊接技术中心检测,各项指标符合西气东输二线联络线接施工要求。STT根焊+CRC-P260自动焊接在大口径、厚壁(V型坡口)管道上的成功应用,充分体现了自动焊接技术优质、高效、低劳动强度的特点。

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