管道固定口機(jī)動(dòng)焊（MAG）工藝在碳鋼管道上的應(yīng)用

■ 王銀飛，王 健，姜隆官，田文沖，劉建國(guó)

管道固定口機(jī)動(dòng)焊是管子固定不動(dòng)，焊接小車(chē)?yán)@著楔形帶軌道轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)管道全位置（平、立、仰）焊接的方法。管道固定口機(jī)動(dòng)焊焊接裝置由焊接小車(chē)、行走軌道、自動(dòng)控制系統(tǒng)等部分組成。焊接過(guò)程由機(jī)械和手持遙控器操作完成，受人為因素限制較小，可顯著提高焊接質(zhì)量和效率，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。在大管徑、大壁厚管道的深度預(yù)制以及施工現(xiàn)場(chǎng)的部分固定口焊接具有很高的使用價(jià)值。

1.管道固定口機(jī)動(dòng)焊優(yōu)缺點(diǎn)

管道固定口機(jī)動(dòng)焊相對(duì)于其他焊接方法有以下優(yōu)點(diǎn)：

第一，管道固定口機(jī)動(dòng)焊進(jìn)行碳鋼實(shí)芯焊絲焊接時(shí)，采用80%Ar＋20%CO2混合氣體保護(hù)熔化極MAG焊（以下簡(jiǎn)稱：管道固定口機(jī)動(dòng)焊（MAG）），焊接時(shí)能夠顯著提高電弧穩(wěn)定性，熔滴細(xì)化，過(guò)渡頻率增加，增大電弧的熱功率，降低熔池的表面張力，熔池金屬的潤(rùn)濕性好，焊道平鋪無(wú)凸起缺陷，飛濺大大減少，焊縫外觀成形美觀。采用混合氣體保護(hù)還可以改善熔深形狀，減少焊接完成后的清理，節(jié)能降耗，優(yōu)化焊接作業(yè)條件。

第二，管道固定口機(jī)動(dòng)焊（MAG）時(shí)，焊縫平齊，可以連續(xù)焊接，減少了焊縫中的接頭，縮短了常規(guī)焊條更換時(shí)間，能有效地預(yù)防焊接缺陷的產(chǎn)生。

第三，管道固定口機(jī)動(dòng)焊（MAG）與焊條電弧焊在相同的焊材用量時(shí)，所損耗的實(shí)芯MAG焊絲遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于焊條電弧焊，可提高工效三倍以上。根據(jù)焊接數(shù)據(jù)反饋，管道固定口機(jī)動(dòng)焊比焊條電弧焊更能在管道焊接中發(fā)揮降本增效的作用。

管道固定口機(jī)動(dòng)焊有以下缺點(diǎn)：

第一，管道固定口機(jī)動(dòng)焊的機(jī)頭和楔形帶軌道條件的制約，操作空間離焊口的距離不能＜500mm，施工現(xiàn)場(chǎng)焊接受到一定限制。

第二，管道固定口機(jī)動(dòng)焊設(shè)備配套的機(jī)頭、控制箱、控制電纜等較多，設(shè)備轉(zhuǎn)場(chǎng)不方便，一次性投入高。施工現(xiàn)場(chǎng)由于不同的管徑較多，楔形帶軌道組裝還需根據(jù)實(shí)際情況增加模塊支撐，組裝調(diào)整時(shí)間較長(zhǎng)。

第三，管道固定口機(jī)動(dòng)焊（MAG）對(duì)焊接參數(shù)要求較高，尤其是對(duì)弧壓和氣體配比的精確度要求較為嚴(yán)格。需要焊工熟練的掌握焊接參數(shù)調(diào)整規(guī)律，如果焊工操作不當(dāng)以及焊接參數(shù)選配不當(dāng)，仰焊部位熔池不易控制。

第四，管道固定口機(jī)動(dòng)焊（MAG）屬于氣體保護(hù)焊，抗風(fēng)能力差，在風(fēng)速＞2m/s的條件下需要及時(shí)做好防風(fēng)措施。

第五，焊接過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)節(jié)后的焊接參數(shù)不能儲(chǔ)存到設(shè)備上，再次焊接時(shí)需重新設(shè)定合適的參數(shù)，增加了操作難度。

2.焊接缺陷分析及預(yù)防措施

（1）氣孔 施工現(xiàn)場(chǎng)焊接中產(chǎn)生的氣孔，主要是由于焊接區(qū)的防護(hù)措施不到位，造成空氣侵入導(dǎo)致氣孔。焊接過(guò)程中影響保護(hù)效果的主要因素是電弧長(zhǎng)度和電弧的穩(wěn)定性、保護(hù)氣體純度和流量。

預(yù)防氣孔措施：應(yīng)嚴(yán)格控制電弧長(zhǎng)度，影響電弧長(zhǎng)度的焊接參數(shù)是電弧電壓。同時(shí)還應(yīng)認(rèn)真調(diào)節(jié)焊接電流和電壓的配備比，特別是電弧電壓，在保證熔寬的前提下盡量采用短弧焊。應(yīng)對(duì)導(dǎo)絲軟管和焊槍彎管經(jīng)常清理，保證焊絲輸送流暢。仔細(xì)檢查地線與焊件是否接觸良好，若接觸不良，會(huì)導(dǎo)致電弧不穩(wěn)。施焊空間做好防風(fēng)措施。

（2）未熔合 產(chǎn)生未熔合的缺陷原因有多種：焊接電流與電壓匹配不合適；電流小，焊接速度快；電弧挺度不夠；產(chǎn)生的熱能量不夠；致使母材坡口或先焊金屬未能熔化；電流過(guò)大熔敷金屬過(guò)多，在母材邊緣還沒(méi)有達(dá)到熔化的溫度就覆蓋過(guò)去而產(chǎn)生未熔合；焊槍角度偏向一側(cè)而另一側(cè)尚未熔化就被填充金屬掩蓋；焊前待焊部位清理不干凈等原因均有可能導(dǎo)致未熔合。

預(yù)防措施：嚴(yán)格控制焊接電流與電壓；調(diào)整合適的氣體配比；合理布置焊層道數(shù)，盡量多層多道焊，嚴(yán)格控制每一層的厚度；焊絲的干伸長(zhǎng)度要合適，不宜過(guò)短；焊前仔細(xì)清理待焊部位，直至露出金屬光澤。

表1 焊接材料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 熔敷金屬力學(xué)性能（保護(hù)氣體80%Ar＋20%CO2）

3.焊接材料選用

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)管道焊接位置（5G水平固定）、焊接特點(diǎn)，以碳鋼管道A106.Gr.B為例，管道規(guī)格為φ406mm×30mm，使用的焊絲牌號(hào)CHW－50C6，焊絲直徑1.2mm，焊材的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1、表2所示。

4.焊前準(zhǔn)備與坡口形式

（1）焊接設(shè)備 采用昆山安意源產(chǎn)CH－500 Pro管道固定口機(jī)動(dòng)焊機(jī)，手持遙控器可實(shí)現(xiàn)編程、系統(tǒng)設(shè)置。焊接參數(shù)可以任意分段，在焊接過(guò)程中根據(jù)機(jī)頭位置自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

（2）坡口加工 下料的管段采用機(jī)械切割加工，使用砂輪機(jī)將坡口及內(nèi)外兩側(cè)各20mm范圍內(nèi)打磨至露出金屬光澤，坡口形式及尺寸如圖1所示。

圖1 坡口形式

（3）焊工資格證 施焊前對(duì)所有參加管道固定口機(jī)動(dòng)焊操作的焊工，進(jìn)行碳鋼實(shí)芯焊絲管道固定口機(jī)動(dòng)焊技能操作專項(xiàng)培訓(xùn)，并按照TSG Z6002－2010《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》取得相應(yīng)的資格證。

（4）焊前防護(hù)措施 采取搭建防風(fēng)防雨棚、加大焊接保護(hù)氣體流量等防護(hù)措施，保證焊接的質(zhì)量和進(jìn)度。

5.焊接工藝要點(diǎn)

管道固定口機(jī)動(dòng)焊（MAG），選擇合理的焊接參數(shù)是確保焊接接頭質(zhì)量的前提條件。它包括焊接電流、電弧電壓、焊接小車(chē)行走速度、焊槍的擺動(dòng)速度及幅度、電感、分段點(diǎn)的度數(shù)等。以上參數(shù)主要根據(jù)管徑、壁厚、層數(shù)、焊接模式來(lái)選定相關(guān)焊接參數(shù)后，儲(chǔ)存在手持遙控器中，隨用隨取，快捷方便。

（1）焊接電流（焊絲送進(jìn)速度） 電流的大小取決于送絲速度的快慢，送絲速度愈慢，焊接電流相應(yīng)減小，易產(chǎn)生大顆粒熔滴過(guò)渡，熔深較淺；送絲速度加快，焊接電流增大，熔敷率高，但熔深增大，焊縫易出現(xiàn)凸形，飛濺增多，外觀成形變差。

（2）電弧電壓（焊絲熔化速度） 在焊接電流一定的情況下，電弧電壓降低時(shí)，焊道窄而高，焊縫中凸起，熔深淺，容易造成未熔合；電弧電壓增大時(shí)，焊道寬而平，飛濺增多，將會(huì)產(chǎn)生氣孔。實(shí)芯焊絲對(duì)電壓的要求較為嚴(yán)格，焊工要根據(jù)不同的施焊部位掌握電流、電壓的調(diào)整規(guī)律。

（3）焊接速度 焊接過(guò)程中焊接速度直接決定填充金屬的熔敷量。速度過(guò)快，焊縫兩側(cè)咬邊，成形不均勻；速度過(guò)慢，容易擊穿打底層，焊接熱輸入相應(yīng)增大，熱影響區(qū)增寬，降低焊接接頭區(qū)域韌性。

6.焊接注意事項(xiàng)

（1）管道固定口機(jī)動(dòng)焊（MAG）對(duì)焊接參數(shù)要求較高，對(duì)焊接電流和電壓的配比要求較為嚴(yán)格，特別是仰焊部位和下45°熔池不易控制。通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證采用多層道焊，焊層不超過(guò)3mm，焊縫寬度不超過(guò)焊絲直徑10倍，熔池易于控制，焊縫成形美觀，確保了焊接質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率。

（2）管道固定口機(jī)動(dòng)焊（MAG）焊槍角度影響著焊道的熔深和形狀。對(duì)于各種焊接位置，焊槍傾角大多選擇80°～90°之間，這樣可以更好的控制熔池和氣體保護(hù)。

（3）焊工要熟練掌握焊接工藝和實(shí)操技巧，還要掌握電流、電壓參數(shù)調(diào)整規(guī)律、不斷積累總結(jié)操作經(jīng)驗(yàn)。在施工中管件存在橢圓，焊接時(shí)應(yīng)及時(shí)手動(dòng)調(diào)節(jié)手持遙控器上的微調(diào)功能鍵，否則易造成焊槍噴嘴觸碰焊件。

7.管道固定口機(jī)動(dòng)焊（MAG）填充、蓋面焊接

（1）填充層 在填充層焊接中，焊工要及時(shí)觀察焊接熔池形狀，當(dāng)發(fā)現(xiàn)熔池尺寸逐漸變大時(shí)，說(shuō)明焊接速度過(guò)慢和層間溫度提高，容易出現(xiàn)焊瘤或者燒穿現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)加快焊接速度，增加擺幅，電弧在坡口兩側(cè)稍作停留，避免焊縫中間凸起（見(jiàn)圖2）。

圖2 單道填充層

圖3 蓋面焊縫

（2）蓋面層焊接 蓋面層焊接時(shí)，焊絲干伸長(zhǎng)度控制在15～20mm，如果干伸長(zhǎng)度較低，會(huì)影響焊工觀察熔池的視線。干伸過(guò)長(zhǎng)會(huì)使氣體保護(hù)效果較差，容易造成焊縫咬邊，飛濺增大，產(chǎn)生氣孔（見(jiàn)圖3）。

管道全位置自動(dòng)焊主要焊接參數(shù)如表3所示。

表3 管道全位置自動(dòng)焊主要焊接參數(shù)

8.結(jié)語(yǔ)

管道固定口機(jī)動(dòng)焊（MAG）在管道填充層和蓋面焊接中，針對(duì)設(shè)備特點(diǎn)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)采用合理的焊接工藝和技術(shù)措施，焊縫的外觀質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量均滿足質(zhì)量要求。面對(duì)石油化工建設(shè)行業(yè)日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，必須提高新設(shè)備，新工藝的研發(fā)創(chuàng)新。實(shí)踐證明，管道固定口機(jī)動(dòng)焊（MAG）對(duì)于提高管道的焊接質(zhì)量和施工效率具有重要的意義，值得大力推廣應(yīng)用。