直縫埋弧焊管焊縫單側(cè)咬邊和焊偏缺陷原因分析

王立柱，張婷婷，王亞彬，劉 濤，游方芳，徐 佳

（渤海裝備巨龍鋼管有限公司，河北 青縣 062658）

直縫埋弧焊管焊縫單側(cè)咬邊和焊偏缺陷原因分析

王立柱，張婷婷，王亞彬，劉 濤，游方芳，徐 佳

（渤海裝備巨龍鋼管有限公司，河北 青縣 062658）

為了解決薄壁直縫埋弧焊管在生產(chǎn)過(guò)程中存在的單側(cè)咬邊和焊偏缺陷較多的問(wèn)題，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中單側(cè)咬邊和焊偏缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)滾輪架位置進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，便可消除焊縫單側(cè)咬邊和焊偏缺陷。因此得出：在焊接過(guò)程中，焊點(diǎn)偏移量較大是引起薄壁直縫埋弧焊管生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)單側(cè)咬邊和焊偏缺陷的根本原因，并就如何減少焊點(diǎn)偏移量、消除薄壁直縫埋弧焊管單側(cè)咬邊和焊偏提出了建議。

薄壁直縫埋弧焊管；單側(cè)咬邊；焊偏；焊點(diǎn)偏移；滾輪架

1 概 述

埋弧自動(dòng)焊依靠顆粒狀焊劑堆積形成保護(hù)條件，主要適用于水平位置焊縫焊接[1-2]。為保證直縫埋弧焊管焊接質(zhì)量，內(nèi)焊時(shí)需要將焊接坡口調(diào)整到水平最低點(diǎn)即6點(diǎn)鐘位置進(jìn)行焊接，外焊時(shí)需要將焊接坡口調(diào)整到水平最高點(diǎn)即12點(diǎn)鐘位置進(jìn)行焊接，焊點(diǎn)位置如圖1所示。

圖1 焊點(diǎn)位置示意圖

直縫埋弧焊管焊接設(shè)備一般是由焊接電源、懸臂、焊接機(jī)頭、焊接車(chē)和導(dǎo)電刷等幾部分組成。焊接車(chē)上裝有兩對(duì)帶絕緣層的滾輪架，其作用是借助滾輪架主動(dòng)滾輪與鋼管之間的摩擦力帶動(dòng)鋼管旋轉(zhuǎn)調(diào)整焊縫位置。焊接機(jī)頭安裝在懸臂上，機(jī)頭上帶有自動(dòng)跟蹤裝置，一般內(nèi)焊采用機(jī)械式跟蹤，跟蹤輪在一定壓力下騎在V形坡口內(nèi)行走[3]，跟蹤范圍±25 mm。外焊一般采用激光自動(dòng)跟蹤，通過(guò)激光頭檢測(cè)焊接坡口中心線(xiàn)進(jìn)行跟蹤，跟蹤范圍±50 mm，雖然焊接設(shè)備帶有焊點(diǎn)位置調(diào)節(jié)及焊縫跟蹤功能，但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中仍然有焊點(diǎn)位置偏移導(dǎo)致的焊偏和咬邊缺陷產(chǎn)生[4]。

2 缺陷的產(chǎn)生

某廠(chǎng)在生產(chǎn)φ508 mm×7.9 mm薄壁直縫埋弧焊管時(shí)，管尾焊偏較多，且有部分鋼管在起焊2 m之后出現(xiàn)直到管尾的單側(cè)咬邊，同時(shí)管尾焊縫窄而高，而且鏡像布置的兩條內(nèi)焊生產(chǎn)的鋼管咬邊都在焊縫同一側(cè)。焊偏是指焊縫與坡口中心不重合或內(nèi)外焊縫中心不在一條直線(xiàn)上，如圖2所示。咬邊是指焊縫金屬在鄰近焊趾的母材上形成的凹槽和未充滿(mǎn)[5]，如圖3所示。

圖2 焊偏缺陷宏觀(guān)圖

圖3 咬邊缺陷宏觀(guān)圖

經(jīng)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)引起焊偏的原因是管尾焊點(diǎn)位置偏移，即管尾坡口不在6點(diǎn)鐘位置。而在管端焊點(diǎn)不偏移的情況下，產(chǎn)生管尾焊點(diǎn)偏移的原因有兩個(gè)：①鋼管有軸錯(cuò)，導(dǎo)致坡口傾斜，與鋼管中心線(xiàn)產(chǎn)生一定夾角；②焊接車(chē)前后兩組滾輪架的中心不在同一條直線(xiàn)上[6]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有軸錯(cuò)的鋼管焊接過(guò)程中也可能產(chǎn)生焊偏，于是，選取一根鋼管在兩臺(tái)焊接車(chē)上進(jìn)行焊點(diǎn)偏移量測(cè)量，發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)車(chē)上的焊點(diǎn)偏移量相差較大，由此確定焊接車(chē)前后兩組滾輪架的中心不在一條直線(xiàn)上，產(chǎn)生這種問(wèn)題的原因可能是焊接車(chē)存在安裝誤差或長(zhǎng)期使用過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力變形導(dǎo)致的。采用在焊接車(chē)滾輪架一端單側(cè)滾輪上墊膠皮的方法，將鋼管焊接坡口首尾都調(diào)整到6點(diǎn)鐘位置[7]再進(jìn)行焊接，焊縫沒(méi)有單側(cè)咬邊和管尾焊偏缺陷產(chǎn)生。

3 原因分析

薄壁直縫埋弧焊管產(chǎn)生單側(cè)咬邊和焊偏缺陷是由于焊點(diǎn)偏移量較大、焊點(diǎn)偏離原來(lái)的平焊位置（類(lèi)似于橫焊）造成的[8]。經(jīng)測(cè)量φ508 mm×7.9 mm鋼管兩端最大偏移量達(dá)30 mm，當(dāng)管頭處于6點(diǎn)鐘位置時(shí)，管尾焊點(diǎn)偏移角θ約為6.7°，焊點(diǎn)具體位置如圖4所示。

圖4 焊點(diǎn)偏移示意圖

式中：θ—焊點(diǎn)偏移角度，（°）；

L—焊點(diǎn)偏移量，mm；

D—鋼管直徑，mm。

此時(shí)焊點(diǎn)不在水平位置，當(dāng)焊點(diǎn)與水平位置距離超過(guò)刀輪跟蹤范圍時(shí)，刀輪帶動(dòng)焊接機(jī)頭傾斜，焊絲與坡口表面橫向不垂直[9]，且焊點(diǎn)不在最低點(diǎn)，焊接過(guò)程中熔池液態(tài)金屬受重力作用向下流淌[10]，所以焊接過(guò)程中很容易在坡口上方引起單側(cè)咬邊。單側(cè)咬邊的產(chǎn)生與焊點(diǎn)偏移角度和一絲焊接電流的大小有關(guān)，焊點(diǎn)偏移角度越大， 一絲焊接電流越小，越容易產(chǎn)生單側(cè)咬邊。

焊偏是由于焊點(diǎn)偏移量大，超出內(nèi)焊跟蹤刀輪的橫向跟蹤范圍，刀輪跳出內(nèi)焊坡口引起的。焊偏的產(chǎn)生與焊點(diǎn)偏移量的大小和刀輪橫向跟蹤范圍的大小有關(guān)，焊點(diǎn)偏移量越大，刀輪橫向跟蹤范圍越小，焊縫越容易產(chǎn)生焊偏。

4 解決措施

由于單側(cè)咬邊和焊偏缺陷的產(chǎn)生都與焊點(diǎn)偏移量有關(guān)，減少焊點(diǎn)偏移量即可解決焊縫產(chǎn)生單側(cè)咬邊和焊偏缺陷的問(wèn)題。可通過(guò)下列方法減少焊點(diǎn)偏移量：

（1）在鋼管一端焊點(diǎn)處于6點(diǎn)鐘位置時(shí)，在焊接車(chē)另一端單側(cè)滾輪架上墊膠皮，將另一端焊點(diǎn)調(diào)整到6點(diǎn)鐘位置，使整根鋼管焊接坡口始終處于平焊位置進(jìn)行焊接，是避免焊縫產(chǎn)生單側(cè)咬邊和焊偏缺陷的有效措施。這種方法優(yōu)點(diǎn)是成本低，使用靈活；缺點(diǎn)是需要逐根鋼管墊膠皮，崗位工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，適用于小批量生產(chǎn)使用。

（2）將焊接車(chē)一端的滾輪架改成橫向絲杠手動(dòng)調(diào)節(jié)，每次更換鋼管規(guī)格時(shí)，在成型參數(shù)穩(wěn)定后根據(jù)鋼管焊點(diǎn)偏移量大小調(diào)整焊接車(chē)一端滾輪架的中心位置并鎖緊。這種方法優(yōu)點(diǎn)是成本較低，崗位工人的勞動(dòng)強(qiáng)度??；缺點(diǎn)是批量生產(chǎn)時(shí)焊點(diǎn)偏移量大小易受其他因素如鋼管軸錯(cuò)、橢圓度等影響，適用于成型質(zhì)量穩(wěn)定的大批量生產(chǎn)使用。

（3）將鋼管起弧端焊接車(chē)旋轉(zhuǎn)輥改成可橫向電動(dòng)調(diào)節(jié)，并帶自鎖功能，起焊前當(dāng)鋼管熄弧端進(jìn)入焊接位置時(shí)，先轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輥將管尾坡口調(diào)整到6點(diǎn)鐘位置，當(dāng)鋼管起弧端進(jìn)入焊接位置時(shí)，橫向調(diào)整起弧端滾輪架的中心位置，將管端坡口調(diào)整到6點(diǎn)鐘位置，然后鎖緊橫向電動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。這種方法優(yōu)點(diǎn)是崗位工人的勞動(dòng)強(qiáng)度小，每根鋼管都能調(diào)整到最佳的焊點(diǎn)位置；缺點(diǎn)是成本高，各種批量生產(chǎn)均適用。

5 結(jié) 語(yǔ)

生產(chǎn)薄壁直縫埋弧焊管時(shí)產(chǎn)生的單側(cè)咬邊和焊偏缺陷，大部分是由于焊點(diǎn)偏移量較大引起的。通過(guò)調(diào)整焊接車(chē)滾輪架的中心位置，減少焊點(diǎn)偏移量，可有效地控制單側(cè)咬邊和焊偏缺陷的產(chǎn)生，提高薄壁直縫埋弧焊管產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。某廠(chǎng)在φ508 mm×7.9 mm鋼管生產(chǎn)中采取這種措施后，單側(cè)咬邊和焊偏缺陷不再發(fā)生，取得了良好的效果。

［1］姜煥中.電弧焊與電渣焊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

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［3］吳輝， 蔣文凱，仝天永，等.大口徑直縫埋弧焊管制造技術(shù)[J].金屬加工（熱加工），2009（2）：28-34.

［4］李青松.咬邊缺陷分析[J].科技信息，2009（34）：319.

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［8］王亞男.常見(jiàn)焊接接頭缺陷分析[J].科技風(fēng)，2011（6）：144.

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［10］孫景榮.實(shí)用焊工手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997.

Cause Analysis on Single Side Undercut and Weld Misalignment Defects for Longitudinal Submerged Arc Welded(SAWL)Pipe

WANG Lizhu,ZHANG Tingting,WANG Yabin,LIU Tao,YOU Fangfang,XU Jia
(CNPC Bohai Equipment Julong Steel Pipe Co.,Ltd.,Qingxian 062658,Hebei,China）

In order to solve single side undercut and weld misalignment defects problems during thin-wall SAWL pipe production process,through cause analysis for single side undercut and weld misalignment defects,it found the single side undercut and weld misalignment can be eliminated through adjusting turning roll frame position.Thus it is concluded that the larger welding spot offset is the main reason for single side undercut and misalignment of thin-wall SAWL pipe,and the proposal of how to reduce the welding spot offset and eliminate single side undercut and misalignment was put forward.

thin-wall longitudinal submerged arc welded pipe;single side undercut;weld misalignment;welding spot offset; turning roll frame

TG441.7

B

1001－3938（2015）08-0066-03

王立柱（1973—），男，工程師，長(zhǎng)期從事直縫埋弧焊管焊接工藝研究。

2015-01-26

張 歌