預(yù)精焊法螺旋縫鋼管的管端缺陷分析及對策

周巖，楊戰(zhàn)利，張毅梅

(1．中油寶世順(秦皇島)鋼管有限公司河北秦皇島066206;2．哈爾濱焊接研究院有限公司黑龍江哈爾濱150028)

0 前言

螺旋縫鋼管預(yù)精焊法因其高質(zhì)量、高效率的優(yōu)點(diǎn)，受到國內(nèi)外制管業(yè)界的高度認(rèn)可［1］，目前中國在這一領(lǐng)域已處于世界領(lǐng)先位置［2］。預(yù)精焊法是螺旋縫鋼管高質(zhì)量的生產(chǎn)方法，但由于受焊接參數(shù)不合適、操作不當(dāng)、焊材不匹配等因素的影響，特別是管端，有時會產(chǎn)生嚴(yán)重的焊接缺陷，影響鋼管的質(zhì)量。根據(jù)近十年來的實際生產(chǎn)經(jīng)驗，針對精焊后鋼管管端常出現(xiàn)的未焊透、氣孔、夾渣等缺陷的產(chǎn)生原因進(jìn)行總結(jié)分析，并提出相應(yīng)的解決措施［3］，為預(yù)精焊法螺旋管生產(chǎn)質(zhì)量的提高奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

1 未焊透缺陷產(chǎn)生原因及解決措施

1.1 未焊透缺陷產(chǎn)生原因

根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計，管端未焊透缺陷占管端缺陷的34%左右，其中起弧端占14%左右，熄弧端占85．6%左右。熄弧端產(chǎn)生未焊透缺陷的概率明顯高于起弧端，主要由以下原因引起。

(1)鋼管埋弧精焊時，在焊接至鋼管尾端時存在跟蹤盲區(qū)，在無跟蹤基準(zhǔn)情況下，容易因管尾焊偏而造成未焊透缺陷。

(2)精焊機(jī)組的正交輥道在調(diào)型換道時，因人為操作因素致使調(diào)型換道后正交輥道的中心線與理論標(biāo)高水平線不一致，存在傾角。在這種情形下，鋼管螺旋前進(jìn)時存在“上坡”、“下坡”或“走斜”等現(xiàn)象，從而造成管端未焊透缺陷。

(3)對接焊縫(鋼帶對接處)的前后半個螺距處鋼管直線度較差，當(dāng)偏差大于6 mm時，鋼管容易和縱向傳輸輥道發(fā)生剮蹭，從而造成管端未焊透缺陷。

(4)鋼管起弧端焊接時若起弧過晚，焊接電流未達(dá)到大電流穩(wěn)定區(qū)間，也會造成管端未焊透缺陷。

1.2 未焊透缺陷解決措施

針對上述原因，具體解決措施如下:

(1)在熄弧板的內(nèi)外表面畫坡口延長線，根據(jù)激光點(diǎn)在監(jiān)視圖像中的相對位置，手動調(diào)節(jié)機(jī)頭的滑板，使焊點(diǎn)沿坡口延長線進(jìn)行焊接，保證內(nèi)外焊縫對齊。

(2)在鋼管調(diào)型換道后，將預(yù)焊后的鋼管放到固定驅(qū)動架和移動架中間位置，測量驅(qū)動架兩側(cè)標(biāo)尺與鋼管中心的距離，保證兩側(cè)距離差小于5 mm，同時將水平尺放置在鋼管“12點(diǎn)”位置，測量并確保鋼管在正交輥道上的水平度小于1 mm/m。

(3)鋼管預(yù)焊時，成形工序確保鋼帶頭部和尾端的板寬偏差小于10 mm，同時鋼板“月牙彎”最小，在“對頭管”(鋼帶對接處)成形預(yù)焊時控制打橋幅度和成形縫的緊實程度，從而提高預(yù)焊后鋼管的管體直線度。

(4)林肯DC1000直流焊機(jī)從起弧到焊接電流穩(wěn)定的時間約為2．2～3．5 s，引熄弧板的尺寸需要根據(jù)實際焊接速度計算，確保焊點(diǎn)移動到管體時焊接參數(shù)達(dá)到設(shè)定的穩(wěn)定區(qū)間。

例如，西氣東輸二線用鋼 1 219 mm×18．4 mm×12 200 mm(管徑×壁厚×管長)，焊接速度為1．3 m/min。這種情況下，起弧點(diǎn)距管端的距離應(yīng)不小于76 mm，才能保證起弧端焊接質(zhì)量。

2 氣孔和夾渣缺陷產(chǎn)生原因及解決措施

2.1 氣孔和夾渣缺陷產(chǎn)生原因

氣孔和夾渣缺陷一般占鋼管管端缺陷的58%左右，其中起弧端占41%左右，熄弧端占58%左右，熄弧端和起弧端相差不大，產(chǎn)生原因主要有:

(1)預(yù)焊后在鋼管切斷時，在鋼管內(nèi)壁管端約200 mm范圍內(nèi)會粘附大量因等離子切割而產(chǎn)生的飛濺物。由于預(yù)焊縫兩側(cè)存在凹槽，在管端清渣機(jī)清理后，兩側(cè)凹槽處仍殘存等離子切割產(chǎn)生的飛濺物，導(dǎo)致焊接時出現(xiàn)夾渣和氣孔缺陷。

(2)引熄弧板表面存在雜物、油污或引熄弧板與管體連接焊縫處存在氣孔、夾渣缺陷，都會導(dǎo)致大量夾雜物和氣體帶入管端熔池，當(dāng)這些氣體和夾雜物來不及上浮，即會產(chǎn)生氣孔、夾渣缺陷。

(3)焊點(diǎn)到達(dá)管端時，電流、電壓沒有達(dá)到設(shè)定參數(shù)，因熔池溫度較低，也會因雜質(zhì)和氣體來不及完全溢出而產(chǎn)生氣孔或夾渣缺陷。

(4)鋼管預(yù)焊時，由于成形控制不當(dāng)造成縫隙較大，在預(yù)焊時因氣體保護(hù)效果不佳產(chǎn)生根部氣孔。在精焊時鋼管根部存在的氣體難以溢出，也會產(chǎn)生氣孔缺陷。

2.2 氣孔和夾渣缺陷解決措施

(1)管端預(yù)焊縫清渣后，采用角磨機(jī)對預(yù)焊縫兩側(cè)凹槽處的因等離子切割而產(chǎn)生的飛濺物進(jìn)行再次清理，清理長度不小于200 mm。

(2)在引熄弧板制作和焊接過程中，將引熄弧板表面雜物、油污、飛濺打磨干凈，確保無異物帶入熔池內(nèi)，從而降低焊縫外來污染物的影響。

(3)根據(jù)電流從起弧到穩(wěn)定的時間，充分利用引弧板的長度，確保起弧距離滿足焊接的實際需求。

(4)鋼管預(yù)焊時，確保坡口潔凈且控制好合縫緊實程度，防止空氣自坡口根部接觸熔池，造成鋼管預(yù)焊時產(chǎn)生氣孔，為精焊工序的焊接帶來困難［4］。

3 其它缺陷產(chǎn)生原因及解決措施

3.1 其它缺陷產(chǎn)生原因

管端其它缺陷主要包括管咬邊缺陷、密集氣孔、切割凹槽等，這些缺陷占管端缺陷的7．1%左右。產(chǎn)生的主要原因有:

(1)送絲系統(tǒng)出現(xiàn)異常，致使送絲阻力加大，從而影響焊接電流和電弧電壓的穩(wěn)定性;焊槍側(cè)傾角不合適造成熔池金屬偏流。這兩個因素均會導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)咬邊缺陷。

(2)精焊鋼管引熄弧板去除工位，采用的是手工氣割方式，在切割過程中受操作人員手法、切割槍火焰等因素的影響，致使鋼管管端出現(xiàn)凹槽或流墜物，影響焊縫在X射線檢驗過程中的判定。

3.2 其它缺陷解決措施

針對這類缺陷，具體解決措施如下:

(1)當(dāng)出現(xiàn)咬邊缺陷時，需要及時仔細(xì)檢測以下因素:焊絲盤轉(zhuǎn)動是否靈活，送絲機(jī)惰輪是否正常轉(zhuǎn)動，送絲機(jī)主動輪的齒牙是否磨損，送絲管內(nèi)是否有雜物，以及焊槍與導(dǎo)電嘴的磨損情況等，確保送絲回路順暢。如果不是上述原因所致，應(yīng)仔細(xì)觀察咬邊缺陷存在的位置，并以此為依據(jù)核查焊槍的側(cè)傾角是否合適。

(2)切割引熄弧板時，要確保切割時運(yùn)槍平穩(wěn)，火焰大小調(diào)整適中，切割完后用角磨機(jī)對切割面和鋼管內(nèi)外壁進(jìn)行細(xì)致打磨，消除火焰切割的流墜物和凹槽。

4 結(jié)論

(1)管端未焊透缺陷發(fā)生的概率占管端缺陷的34%左右，該類缺陷出現(xiàn)在鋼管熄弧端的概率是出現(xiàn)在起弧端的6倍以上。通過消除熄弧端跟蹤盲區(qū)、消減正交輥道中心線傾角、提高預(yù)焊鋼管直線度和及時起弧等措施，降低管端未焊透缺陷發(fā)生概率。

(2)氣孔和夾渣缺陷占鋼管管端缺陷的58%左右，起弧端和熄弧端相差不大。徹底清理預(yù)焊縫兩側(cè)凹槽、清潔鋼管起弧板、及時起弧等措施，均可減少或消除精焊時管端氣孔和夾渣缺陷的產(chǎn)生。

(3)管端其它缺陷主要包括管咬邊缺陷、密集氣孔、切割凹槽等，約占管端缺陷的7．1%左右。通過確保送絲順暢、優(yōu)化焊槍側(cè)傾角、消除管端存在凹槽或流墜物等措施，可以減少該類缺陷的產(chǎn)生。