國(guó)產(chǎn)RMD設(shè)備根焊操作技術(shù)常見(jiàn)焊接缺陷解析

湯海東，岳遠(yuǎn)明，武國(guó)峰，劉光鈺

1.中石化勝利油建工程有限公司 山東東營(yíng) 257064

2.中國(guó)石化勝利油田熱力分公司 山東東營(yíng) 257064

1 序言

進(jìn)口RMD焊接設(shè)備在國(guó)內(nèi)使用已多年，其焊接操控簡(jiǎn)單，使用性能穩(wěn)定，在大口徑長(zhǎng)輸管道施工中應(yīng)用普遍。隨著國(guó)產(chǎn)RMD焊接設(shè)備的推出和技術(shù)的日益完善，其逐步在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)推廣使用。

自2018年開(kāi)始，我公司施工的潛江-韶關(guān)輸氣管道工程線(xiàn)路五標(biāo)段全長(zhǎng)151.307k m，設(shè)計(jì)壓力10MPa。全線(xiàn)二類(lèi)地區(qū)采用φ1016mm×17.5mm螺旋縫埋弧焊管（S A W H），三類(lèi)地區(qū)采用φ1016mm×21.0mm直縫埋弧焊管（SAWL），鋼管材質(zhì)L485M。主線(xiàn)焊接工藝選擇為RMD根焊+半自動(dòng)自保護(hù)填蓋，其中RMD根焊選擇國(guó)產(chǎn)焊接設(shè)備，材料采用金屬粉芯焊絲ER70C-6MH4，焊接工藝規(guī)程為WPS-QJSG-X02（壁厚17.5mm）和WPSQJSG-X06（壁厚21mm），無(wú)損檢測(cè)采用X射線(xiàn)+相控陣超聲波雙檢測(cè)。

2 焊接工藝

（1）接頭設(shè)計(jì) 接頭形式為對(duì)接，V 形坡口（見(jiàn)圖1）。坡口角度a=22°±2.5°；鈍邊p=1.6mm±0.8mm；對(duì)口間隙b=2.5～3.5mm；當(dāng)壁厚為17.5mm時(shí)，錯(cuò)變量≤2.2mm，當(dāng)壁厚為21mm時(shí)，錯(cuò)變量≤2.5mm。

圖1 接頭形式

（2）工藝要求 保護(hù)氣體為混合性氣體（80%Ar+20%CO2）；保護(hù)氣體純度：Ar≥99.99%，CO2≥99.9%；氣體流量為15～20L/min；預(yù)熱溫度為80～150℃；施焊環(huán)境溫度≥5℃；濕度≤90RH；風(fēng)速≤2m/s；根焊層厚度≤3.0mm。

（3） RMD根焊焊接參數(shù) 具體數(shù)值見(jiàn)表1。

表1 RMD根焊焊接參數(shù)

（4）焊接電源 選用國(guó)產(chǎn)焊接設(shè)備具有RMD特性的直流焊接電源配相應(yīng)送絲機(jī)。

3 RMD根焊技術(shù)特點(diǎn)

1）能夠精準(zhǔn)控制熔滴過(guò)渡和電弧吹力的大小，焊接過(guò)程穩(wěn)定、飛濺少，焊縫內(nèi)部成形均勻美觀，焊縫背面成形如圖2所示。

圖2 焊縫背面成形

2）焊接過(guò)程中電弧柔和、熱量集中，在根部產(chǎn)生高質(zhì)量的熔深，能夠有效地解決管口錯(cuò)邊、間隙不勻造成的根部未熔合等焊接缺欠（見(jiàn)圖3）。

圖3 管口錯(cuò)邊內(nèi)部成形

3）采用半自動(dòng)氣體保護(hù)焊金屬粉芯焊絲焊接，焊縫表面無(wú)焊渣，焊接效率高[1]。

4 RMD根焊缺陷產(chǎn)生及解決措施

RMD根焊焊接工藝屬于熔化極金屬粉芯焊絲半自動(dòng)氣體保護(hù)焊，在施工過(guò)程中由于國(guó)產(chǎn)RMD焊接設(shè)備參數(shù)設(shè)置不精確、焊工操作技術(shù)不熟練和外界環(huán)境因素等原因，造成射線(xiàn)和相控陣超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的不合格缺陷種類(lèi)主要是密集氣孔和層間未熔合[2]。現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)多道焊縫缺陷的查找，發(fā)現(xiàn)其中90%缺陷都存在于RMD根焊層，缺陷類(lèi)型及位置見(jiàn)表2。

表2 RMD根焊缺陷類(lèi)型及位置

4.1 根部未熔合

經(jīng)射線(xiàn)底片查看和相控陣數(shù)據(jù)分析，根焊接頭未熔合缺欠大部分產(chǎn)生在環(huán)焊縫立焊以上，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)使用角磨機(jī)對(duì)缺陷位置進(jìn)行修磨發(fā)現(xiàn)，未熔合缺陷為根部接頭處層間或根部單邊未熔合。

（1）產(chǎn)生原因

1）焊工焊接時(shí)，根焊起點(diǎn)是從12點(diǎn)開(kāi)始，焊工為了控制背面熔池高度，一般采用較小的送絲速度，這樣能夠有效保證焊縫背面成形高度。雖然這種較小焊接參數(shù)能夠控制焊縫成形，但是產(chǎn)生未熔合缺陷的概率也非常高。

2）RMD根焊起弧焊接時(shí)，由于新起弧時(shí)熔池溫度偏低，焊接行走速度過(guò)慢，所以熔池就會(huì)形成堆積，造成根部焊縫出現(xiàn)未完全熔合現(xiàn)象。

3）根焊接頭時(shí)，焊工為了保證接頭質(zhì)量會(huì)將收弧處打磨成斜坡?tīng)?，再起弧接頭時(shí)，焊槍運(yùn)行到打磨的斜坡?tīng)钊笨谔帟r(shí)就屬于堆焊，并且打磨的斜坡?tīng)钊笨谝话愦嬖谡?、深及前寬后窄的特點(diǎn)，這時(shí)再起弧位置的焊接參數(shù)就無(wú)法有效地熔化前面的焊道，透過(guò)面罩觀察此處的熔池較小。楔形斜坡?tīng)钸€沒(méi)有完全打開(kāi)熔池，熔化的焊絲形成的液態(tài)金屬就流到后側(cè)的焊道上，形成接頭未熔合缺陷。

（2）解決措施 通過(guò)和國(guó)產(chǎn)焊機(jī)制造廠家研發(fā)工程師溝通，同時(shí)在有經(jīng)驗(yàn)的焊工配合下，提出調(diào)整焊機(jī)內(nèi)置參數(shù)中的起弧電流和增加收弧電流參數(shù)精準(zhǔn)控制，能夠降低或消除產(chǎn)生接頭未熔合缺陷。

具體操作實(shí)施如下：

1）起弧參數(shù)調(diào)整：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)調(diào)節(jié)，在起弧后增加一段時(shí)間恒壓控制，即采用氣體保護(hù)焊模式起弧，在這段時(shí)間內(nèi)增加熱起弧電流，有利于快速打開(kāi)熔池，增強(qiáng)熔合能力，從而有效降低出現(xiàn)未熔合缺欠的概率。起弧階段波形如圖4所示，其中黃色為電弧電壓、綠色為焊接電流。

圖4 起弧階段波形

2）收弧參數(shù)設(shè)置：收弧時(shí)采用特殊四步功能，在遇到下向焊接頭快要收弧時(shí)，按下焊槍開(kāi)關(guān)，能夠增大波形控制燃弧能量，增加本階段的收弧電流，保證母材的有效熔化，達(dá)到減少收弧未熔合缺欠的目的。收弧控制方案如圖5所示，其中黃色為電弧電壓、綠色為焊接電流。

圖5 收弧控制方案

4.2 密集氣孔

通過(guò)射線(xiàn)檢測(cè)底片觀察，密集氣孔缺陷主要出現(xiàn)在環(huán)焊縫上半部分，而對(duì)于焊接難度最大的仰焊6點(diǎn)位置，由于焊槍角度的垂直和桿身長(zhǎng)度的縮短，所以基本不會(huì)出現(xiàn)密集氣孔。

（1）產(chǎn)生原因

1）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)焊接操作觀察，焊工在過(guò)12點(diǎn)位置引燃電弧后連續(xù)向下焊接，為了便于觀察熔池形狀和根部熔合情況，焊槍角度、干伸長(zhǎng)發(fā)生了很大變化，造成根焊背面熔池氣體保護(hù)欠缺，出現(xiàn)密集性氣孔。

2）由于RMD根焊采用80%Ar+20%CO2為保護(hù)氣體，因此氣體挺度較差，保護(hù)區(qū)域容易受到外界和管內(nèi)氣流干擾，焊接時(shí)熔池得不到有效保護(hù)則形成密集氣孔。

3）焊槍使用過(guò)程中噴嘴容易被飛濺物堵塞，造成焊縫因缺少保護(hù)氣體流量而產(chǎn)生氣孔。

4）在使用過(guò)程中，氣瓶?jī)?nèi)的壓力過(guò)低、流量過(guò)小、供氣系統(tǒng)氣帶損壞及鏈接松動(dòng)等，也容易造成焊接過(guò)程中產(chǎn)生密集氣孔缺陷。

（2）解決措施

1）焊接開(kāi)始前應(yīng)做好外界防風(fēng)措施，特別是防風(fēng)棚與地面和管子的結(jié)合處要認(rèn)真檢查，同時(shí)也要防范管道內(nèi)部的穿堂風(fēng)。根據(jù)聯(lián)通管道的長(zhǎng)短和室外溫度，選擇對(duì)兩端管口進(jìn)行封堵或是敞開(kāi)，使壓力平衡。

2）使用前認(rèn)真檢查氣瓶?jī)?nèi)的壓力，當(dāng)壓力＜1.0MPa時(shí)會(huì)造成焊槍噴嘴供氣不足，保護(hù)氣體挺度不夠，容易產(chǎn)生氣孔，因此應(yīng)停止使用更換氣瓶。同時(shí)，要配備氣體配比檢測(cè)儀器，嚴(yán)格控制氣瓶?jī)?nèi)的混合比例。

3）氣體流量選擇應(yīng)嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程中的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)也要根據(jù)所選擇的噴嘴型大小，適當(dāng)在工藝規(guī)程要求范圍內(nèi)調(diào)整流量大小。

4）每天焊接使用前，要從供氣系統(tǒng)始端開(kāi)始沿著氣體行走路線(xiàn)進(jìn)行認(rèn)真檢查，防止因氣帶破損或接頭松動(dòng)而出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

5）根據(jù)焊接時(shí)間及時(shí)清理噴嘴中的飛濺物，防止焊接飛濺堵塞噴嘴，造成焊縫因缺少氣體保護(hù)而產(chǎn)生氣孔。

6）焊接過(guò)程中焊槍角度直接影響焊接質(zhì)量，在環(huán)焊縫焊接過(guò)程中，焊槍角度隨著焊接位置的變化也要隨時(shí)調(diào)整。一般平焊位和立焊位焊槍角度為75°～85°，但在環(huán)焊縫9～11點(diǎn)處和13～15點(diǎn)處極易出現(xiàn)密集氣孔，因此要將焊槍角度精準(zhǔn)控制在80°±2°內(nèi)，這樣焊接保護(hù)氣體能夠有效保護(hù)正面和背面液態(tài)熔池不受外界空氣侵蝕，避免產(chǎn)生密集氣孔。仰焊位焊槍角度一般控制在90°左右，同時(shí)焊接過(guò)程中應(yīng)根據(jù)間隙和鈍邊大小，隨時(shí)輕微調(diào)整焊槍角度，才能有效保證內(nèi)外焊縫成形均勻。

7）干伸長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)，噴嘴與工件的距離過(guò)大，會(huì)因保護(hù)氣體挺度不足而使熔池的保護(hù)范圍減少，這也是焊接過(guò)程中產(chǎn)生密集氣孔的主要原因之一。因此，焊工在焊接過(guò)程中在保證清晰觀察熔池的同時(shí)，要選用最短的干伸長(zhǎng)進(jìn)行焊接操作。

8）焊接過(guò)程中，由于焊工帶動(dòng)熔池速度不勻，造成根焊厚度過(guò)厚，熔池截面形狀過(guò)大，容易造成部分熔池脫離保護(hù)氣體范圍，產(chǎn)生密集氣孔。因此在操作過(guò)程中，焊工在保證焊接質(zhì)量的同時(shí)需適當(dāng)提高焊接速度。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)RMD焊接設(shè)備內(nèi)置參數(shù)熱引弧的增加和收弧過(guò)程中對(duì)焊接電流的精整控制，有效控制了接頭產(chǎn)生的未熔合缺陷。同時(shí)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的不斷總結(jié)歸納，對(duì)外界干擾因素的細(xì)化分析、焊接過(guò)程中的工藝參數(shù)改進(jìn)和加大對(duì)根焊焊工操作技巧的提升，焊接效率和根焊質(zhì)量得到了明顯提升，基本克服了接頭未熔合缺欠和根部密集氣孔等缺欠。改進(jìn)后在某焊接機(jī)組施工的1568道焊口中，根焊射線(xiàn)檢測(cè)合格率和相控陣超聲波檢測(cè)合格率達(dá)到99.87%，取得了滿(mǎn)意的效果。