大口徑、厚壁管道的焊接

全自動焊接大口徑、厚壁（大于21mm）管線經(jīng)常采用U型坡口或復合型坡口，由于U型坡口、復合坡口加工耗時、耗力制約管道焊接效率。V形坡口加工簡單，省時、省力，但大口徑、厚壁管線V型坡口全自動焊接時，如焊接工藝參數(shù)選擇不當，將導致焊接缺陷產(chǎn)生。
    隨著管道建設用鋼管強度等級提高至X70、X80級別，管徑和壁厚的增大，從2003年起在管道施工中逐漸開始應用自動焊技術。管道自動焊技術由于焊接效率高，勞動強度小，焊接過程受人為因素影響小等優(yōu)勢，在大口徑、厚壁管道建設的應用中具有很大潛力。
    但我國的管道自動焊接技術正處于發(fā)展階段，焊接中的一些問題如根部未熔合、側(cè)壁未融合、坡口復雜等還沒有徹底解決；自動焊接大口徑、厚壁管線經(jīng)常采用U型坡口或復合型坡口，管端坡口整形機等配套設施尚未成熟，所以研究大口徑、厚壁管道V型坡口自動焊接技術十分有意義。
    西氣東輸二線中衛(wèi)-靖邊聯(lián)絡線全線長度約345km，鋼管強度等級為X70，管徑為φ1016，壁厚為14.6mm、17.5mm、21.0mm和26.2mm，根據(jù)該工程特點長慶建設工程總公司引進了CRC全自動焊機，應用在聯(lián)絡線第1B標段壁厚為21.0mm管道上。
焊接方法、設備、材料
    焊接方法采用STT根焊+CRC-P260自動焊機熱焊、填充、蓋面。焊接設備：林肯STT焊機、林肯DC-400、 CRC-P260自動焊機。保護氣體：STT根焊保護氣100％CO2，全自動焊保護氣為80％Ar＋20％CO2。焊接材料如表1所示。

圖1  坡口形式

接頭形式及焊道順序
   焊道坡口形式如圖1所示，焊道順序如圖2所示。

圖2  焊道順序

焊接試驗與分析
    自動焊常用復合坡口或U型坡口，在小壁厚管線中也可使用V型坡口，它們共同的特點就是坡口上口間隙較小。西氣東輸二線管道壁厚為21.0mm，V型坡口的上口寬度約為22mm，此寬度已接近CRC-P260焊槍擺幅極限。這樣的坡口型式對自動焊接是一個巨大的挑戰(zhàn)。根據(jù)以往經(jīng)驗確定了自動焊試驗焊接工藝參數(shù)（如表2所示）。

    采用以上參數(shù)進行自動焊接試驗，試驗焊接中發(fā)現(xiàn)自動焊縫易出現(xiàn)缺陷有層間未熔合、側(cè)壁未熔合、密集氣孔、仰焊部位余高超標等。
    在試焊過程中，電流在210~235A、電壓在21~23V、送絲速度在420~480in/min、焊接速度在12~15in/min時，試驗焊接中發(fā)現(xiàn)F1、F2、F3焊縫上幾乎未出現(xiàn)層間未熔合情況、坡口未熔合及密集氣孔情況。分析認為F1、F2、F3、三道焊縫坡口寬度小，氣體保護充分，因而不會產(chǎn)生氮氣孔；坡口寬度小使得焊槍擺幅小，擺動頻率高，在送絲速度一定情況下母材與填充金屬熔合充分，因而產(chǎn)生未熔合的幾率較�。谎龊覆课缓缚p余高不大。
    電流在200~250A、電壓在18~22V、送絲速度在400~500in/min、焊接速度在12~16in/min時，試驗焊中發(fā)現(xiàn)F4、F5、F6部分焊縫立焊位置出現(xiàn)層間未熔合和坡口未熔合，但依然沒有氣孔出現(xiàn)，仰焊部分余高不大。產(chǎn)生層間未熔合和坡口未熔合的焊縫焊接電流小于220A，電壓21V，送絲速度小于450 in/min，焊接速度大于15in/min，且焊槍擺動頻率小于90次/min。提高送絲速度、電流電壓（調(diào)整焊絲伸出長度）、增大焊槍擺動幅度同時盡量選擇較快的焊槍擺動頻率、控制立焊部位焊接速度后，F(xiàn)4、F5、F6檢測后未發(fā)現(xiàn)層間未熔合和坡口未熔合。
    電流在220~250A、電壓在20~22V、送絲速度在450~500in/min、焊接速度在14~16in/min時，蓋面焊縫未發(fā)現(xiàn)未熔合，但蓋面焊縫在仰焊位置余高超標。分析認為蓋面焊縫寬度約為18~22mm，這個寬度接近CRC-P260焊槍最大擺動幅度，而寬焊縫、焊槍大擺幅、快擺頻使熔池存在時間長且焊槍運動時對熔池有攪拌作用，仰焊位置熔敷金屬在重力、電磁力等作用下垂，進而導致仰焊位置焊縫余高超標。
    為了保證良好的蓋面成型效果，蓋面焊在選擇較小的焊接速度的同時盡量減小焊槍擺動頻率，使的蓋面焊縫薄而寬，從而減小了熔池存在時間，達到了減少仰焊位置余高的目的。

焊接工藝參數(shù)

圖3  焊縫外觀

    根據(jù)試焊結(jié)果及分析最后確定西氣東輸二線聯(lián)絡線STT根焊＋CRC全自動焊填充、蓋面工藝參數(shù)（如表3所示）。依據(jù)表3焊接參數(shù)焊接，焊縫經(jīng)檢測無氣孔、裂紋、未熔合等缺陷，焊縫表面成型情況（如圖3所示），宏觀金相良好（如圖4所示）。

圖4  焊縫宏觀金相

    焊縫機械性能經(jīng)過中國石油天然氣管道科學研究院焊接技術中心檢測，各項指標符合西氣東輸二線聯(lián)絡線接施工要求。STT根焊＋CRC-P260自動焊接在大口徑、厚壁（V型坡口）管道上的成功應用，充分體現(xiàn)了自動焊接技術優(yōu)質(zhì)、高效、低勞動強度的特點。