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，如焊接工藝參數選擇不當，將導致焊接缺陷產生。
    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)。根據以往經驗確定了自動焊試驗焊接工藝參數（如表2所示）。

    采用以上參數進行自動焊接試驗，試驗焊接中發(fā)現自動焊縫易出現缺陷有層間未熔合、側壁未熔合、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F1、F2、F3焊縫上幾乎未出現層間未熔合情況、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，因而產生未熔合的幾率較��；仰焊部位焊縫余高不大。
    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F4、F5、F6部分焊縫立焊位置出現層間未熔合和坡口未熔合，但依然沒有氣孔出現，仰焊部分余高不大。產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，F4、F5、F6檢測后未發(fā)現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

圖3  焊縫外觀

    根據試焊結果及分析最后確定西氣東輸二線聯絡線STT根焊＋CRC全自動焊填充、蓋面工藝參數（如表3所示）。依據表3焊接參數焊接，焊縫經檢測無氣孔、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，充分體現了自動焊接技術優(yōu)質、高效、低勞動強度的特點。