小直徑螺旋縫埋弧焊管焊縫修補(bǔ)裝置設(shè)計(jì)和應(yīng)用

張?jiān)讫垼鯓?shù)祥，李 悅，張 俊

（遼陽(yáng)石油鋼管制造有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111000）

小直徑螺旋縫埋弧焊管在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)斷弧、燒穿、夾渣、氣孔等焊接缺陷，需按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)缺陷處進(jìn)行補(bǔ)焊。由于小直徑鋼管的直徑小，人無(wú)法進(jìn)入到鋼管內(nèi)部對(duì)內(nèi)焊縫進(jìn)行修補(bǔ)，只能采用單面焊雙面成型技術(shù)在鋼管外部對(duì)焊縫進(jìn)行修補(bǔ)，但該工藝對(duì)操作水平要求較高，經(jīng)常會(huì)在內(nèi)焊縫形成不易清理的焊瘤，且補(bǔ)焊后的焊縫形貌、質(zhì)量也不穩(wěn)定，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)二次補(bǔ)焊，補(bǔ)焊一次通過(guò)率較低，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率［1-2］。當(dāng)切除小直徑鋼管缺陷位置后，若鋼管的長(zhǎng)度能夠滿足交貨長(zhǎng)度要求，經(jīng)常會(huì)采用“以割代補(bǔ)”方式，這也嚴(yán)重影響了成材率。補(bǔ)焊焊縫的質(zhì)量直接影響著鋼管質(zhì)量和管道安全。目前，相關(guān)技術(shù)規(guī)格書(shū)對(duì)補(bǔ)焊焊縫的質(zhì)量和形貌要求也越來(lái)越嚴(yán)格。因此，提高小直徑鋼管補(bǔ)焊焊縫質(zhì)量和補(bǔ)焊一次通過(guò)率就顯得尤為重要［3-4］。

為解決上述問(wèn)題，遼陽(yáng)石油鋼管制造有限公司（簡(jiǎn)稱遼陽(yáng)鋼管）在生產(chǎn)Φ323.9 mm×6.4 mm 規(guī)格L360M 螺旋縫埋弧焊管時(shí)，設(shè)計(jì)了一套小直徑焊管用補(bǔ)焊裝置，采用熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊（Metal Active Gas Arc Welding，MAG）進(jìn)行補(bǔ)焊?，F(xiàn)介紹該小直徑焊管補(bǔ)焊裝置及其應(yīng)用情況。

1 補(bǔ)焊裝置設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)的小直徑焊管補(bǔ)焊裝置由襯墊托舉小車(chē)和鋼管內(nèi)表面監(jiān)控系統(tǒng)組成，主要通過(guò)制作專(zhuān)用的襯墊托舉裝置來(lái)保證襯墊緊貼在鋼管補(bǔ)焊焊縫處，對(duì)熔池金屬形成限制，金屬液不會(huì)因重力作用而下垂形成焊瘤，這會(huì)使得內(nèi)焊縫外觀較好，且不需修磨，大大減少了焊工的工作量，降低了崗位員工的勞動(dòng)強(qiáng)度［5］。為了便于觀察內(nèi)焊縫缺陷是否清除徹底和坡口的加工情況，使用內(nèi)壁監(jiān)控小車(chē)運(yùn)行至坡口處進(jìn)行觀察，確定內(nèi)焊縫清除質(zhì)量和坡口角度是否符合焊接要求，對(duì)鋼管焊縫缺陷處進(jìn)行補(bǔ)焊。補(bǔ)焊結(jié)束后，使用內(nèi)壁監(jiān)控小車(chē)對(duì)修補(bǔ)的內(nèi)焊縫外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查。

2 補(bǔ)焊裝置主要結(jié)構(gòu)

小直徑焊管補(bǔ)焊裝置按結(jié)構(gòu)分為襯墊、襯墊托舉小車(chē)裝置和鋼管內(nèi)表面監(jiān)控裝置。小直徑焊管補(bǔ)焊裝置實(shí)物如圖1 所示。

圖1 小直徑焊管補(bǔ)焊裝置實(shí)物

2.1 襯 墊

襯墊尺寸規(guī)格相對(duì)較多，遼陽(yáng)鋼管通過(guò)大量試驗(yàn)，根據(jù)焊管曲率半徑，選擇了B5 型陶瓷襯墊。B5 型陶瓷襯墊參數(shù)見(jiàn)表1。從表1 可以看出，小直徑焊管的曲率大，而B(niǎo)5 型陶瓷襯墊的單片長(zhǎng)度小，可以很好地貼在小直徑焊管的內(nèi)表面，從而提高焊接質(zhì)量。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，認(rèn)為B5 型陶瓷襯墊能夠滿足Φ323.9 mm 螺旋縫埋弧焊管內(nèi)焊縫的修補(bǔ)。

表1 B5 型陶瓷襯墊參數(shù)mm

2.2 襯墊托舉小車(chē)

為解決陶瓷襯墊焊接時(shí)能夠沿焊管焊縫輪廓緊貼內(nèi)表面，安裝位置如圖2 所示，設(shè)計(jì)制作了專(zhuān)用襯墊托舉小車(chē)裝置。該裝置主要由氣缸、弧形仿形板底座、弧形仿形板、車(chē)輪、車(chē)架、送車(chē)桿等組成。將氣缸安裝在小車(chē)上，襯墊粘貼在托板上，送車(chē)桿與小車(chē)固定連接。在對(duì)小直徑焊管內(nèi)焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊時(shí)，首先將小車(chē)放入焊管內(nèi)，推動(dòng)小車(chē)，將陶瓷襯墊送至待補(bǔ)焊處下方，并使紅線處于焊縫的正中間，確認(rèn)位置無(wú)誤后開(kāi)啟氣缸開(kāi)關(guān)，氣缸工作，將襯墊頂升，直至緊貼在焊管內(nèi)壁。使用該裝置安裝襯墊，解決了人員無(wú)法進(jìn)入小直徑焊管內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)焊的問(wèn)題，且襯墊緊貼管壁，與焊管之間的空隙極小。襯墊托舉小車(chē)裝置結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖2 陶瓷襯墊安裝位置

圖3 襯墊托舉小車(chē)裝置結(jié)構(gòu)示意

2.3 內(nèi)表面監(jiān)控裝置

內(nèi)表面監(jiān)控裝置主要由車(chē)體、照明燈、監(jiān)控?cái)z像頭等組成。設(shè)計(jì)該裝置的初衷主要是為了查看焊管內(nèi)焊縫缺陷是否徹底清除，觀察缺陷清除后坡口加工情況。通過(guò)內(nèi)表面監(jiān)控小車(chē)運(yùn)至坡口處進(jìn)行觀察，確定內(nèi)焊縫清除質(zhì)量和坡口角度加工情況，如存在質(zhì)量問(wèn)題，立即進(jìn)行處理。同時(shí)，內(nèi)壁監(jiān)控小車(chē)在焊縫修補(bǔ)完成后可以對(duì)內(nèi)焊縫修補(bǔ)的外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查。

3 焊接工藝和檢驗(yàn)情況

3.1 焊接工藝參數(shù)

為了提高小直徑焊管的焊接質(zhì)量，在生產(chǎn)Φ323.9 mm×6.4 mm 規(guī)格L360M 螺旋縫埋弧焊管時(shí)，對(duì)存在缺陷的焊管焊縫進(jìn)行修補(bǔ)，焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表2。該焊接工藝采用80%Ar+20%CO2混合氣體進(jìn)行焊接，可以解決焊接飛濺物大的問(wèn)題。

表2 補(bǔ)焊焊接工藝參數(shù)

3.2 焊縫質(zhì)量檢測(cè)

（1） 補(bǔ)焊焊縫外觀尺寸。補(bǔ)焊焊縫外觀尺寸與原焊縫形貌一致，內(nèi)補(bǔ)焊縫寬8～10 mm，余高1.2～1.5 mm，襯墊托舉小車(chē)和襯墊對(duì)熔池成型起到明顯作用，未形成焊瘤，內(nèi)外補(bǔ)焊焊縫外觀較好，母材與補(bǔ)焊焊縫過(guò)渡平緩。

（2） 無(wú)損檢測(cè)。采用MAG 熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊時(shí)，氣體流量過(guò)大或過(guò)小均會(huì)產(chǎn)生氣孔缺陷。遼陽(yáng)鋼管根據(jù)批量焊接經(jīng)驗(yàn)，確定保護(hù)氣體的流速為20～25 L/min 時(shí)焊縫質(zhì)量較好。補(bǔ)焊焊縫經(jīng)超聲波手工探傷和X射線拍片檢查，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)焊焊縫的質(zhì)量符合API Spec 5L—2018《管線鋼管規(guī)范》和GB/T 9711—2017《石油天然氣工業(yè) 管線輸送系統(tǒng)用鋼管》要求。

（3） 力學(xué)性能。檢測(cè)補(bǔ)焊焊縫的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)焊焊縫的抗拉強(qiáng)度、導(dǎo)向彎曲性能和焊縫沖擊性能均滿足API Spec 5L 和GB/T 9711 要求［6-8］，具體見(jiàn)表3。

表3 Φ323.9 mm 螺旋縫埋弧焊管焊縫的力學(xué)性能

4 應(yīng)用效果

設(shè)計(jì)的小直徑焊管補(bǔ)焊裝置已在Φ323.9 mm×6.4 mm 規(guī)格L360M 螺旋埋弧焊管生產(chǎn)中應(yīng)用，使用效果顯著。目前該小直徑焊管補(bǔ)焊裝置已使用3年，裝置操作簡(jiǎn)單，補(bǔ)焊時(shí)無(wú)需調(diào)整，運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)故障率，為大批量小直徑焊管的生產(chǎn)提供了保障，補(bǔ)焊焊縫的質(zhì)量顯著提高，補(bǔ)焊一次通過(guò)率由原來(lái)的不足50%提升至95%，減少了焊管的降級(jí)和判廢［9-10］，降低了生產(chǎn)成本。Φ323.9 mm×6.4 mm規(guī)格L360M 螺旋縫埋弧焊管補(bǔ)焊統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 Φ323.9 mm×6.4 mm 規(guī)格L360M 螺旋縫埋弧焊管補(bǔ)焊統(tǒng)計(jì)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)的補(bǔ)焊裝置可用于小直徑焊管焊縫缺陷的修補(bǔ)；可解決補(bǔ)焊焊縫熔池成型不好的問(wèn)題，通過(guò)襯墊改變內(nèi)焊縫形貌；采用MAG 焊接工藝，解決了焊接飛濺問(wèn)題，同時(shí)補(bǔ)焊焊縫質(zhì)量和力學(xué)性能檢驗(yàn)均滿足API Spec 5L、GB/T 9711 等要求。小直徑焊管補(bǔ)焊裝置的應(yīng)用降低了補(bǔ)焊勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了焊管補(bǔ)焊效率和質(zhì)量。