CN110238492A - 一种管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本公开公开了一种管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺，导电嘴通过导线连接到电源端子上，送丝轮将焊丝盘上的焊丝输送到导电嘴，导电嘴将焊接电流、电压输送到焊丝，形成电弧使焊丝不断熔化，从而在管道上燃烧形成焊缝，焊接时，通过对电弧长度以及焊丝干伸长度进行调整，保证电弧稳定燃烧，最终形成焊缝，然后继续下一焊缝的焊接；通过环形轨道配合焊接设备，实现管道垂直固定口的均匀快速焊接，不但解决了传统人工焊接的不便，还提高了焊接质量的稳定性，尤其对野外施工焊接中，抗干扰能力强，焊接效率高。

Description

一种管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺

技术领域

本公开涉及一种焊接工艺，特别涉及一种管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

石油化工建设施工行业施工现场管道垂直固定焊口主要以传统焊条电弧焊、熔化极气体保护焊为主，不仅效率低，而且质量不稳定、对工人操作技能有一定要求；随着石油化工行业深加工的快速发展，尤其是在大口径厚壁管口的焊接中，提高工效，缩短工期愈来愈引起各单位重视。而现有焊条电弧焊、熔化极气体保护焊等管道常用焊接方法已经难以满足对焊接效率和质量稳定性的要求，并且随着石油化工行业向大口径高压管道的广泛的应用，面对日趋激烈的市场竞争，依靠原有的焊接设备，焊接工艺已满足不了高压管道焊接施工需求，特别是施工现场固定口焊接效率地下尤为突出，必须提高新设备和新工艺研发使用。

埋弧焊作为新的管道焊接工艺，是焊接电弧在可熔化的焊剂下燃烧，电弧光不外漏的焊接方法，目前埋弧焊主要用于管道转动焊口的焊接，其特点焊接电流大，熔深大，电弧穿透力强，易焊透，焊接效率高，液态金属与熔化的焊剂间有较多的时间进行冶金反应，较少了焊缝产生气孔的可能性，施焊环境好，容易操作，对焊工的技能水平要求简单，焊缝成型美观。

发明人发现，虽然埋弧焊存在焊工操作技术要求不高、焊缝成形好、成分稳定、力学性能好、焊缝质量高、劳动条件好、埋弧焊弧光不外露、没有弧光辐射、减轻手工操作强度等诸多优点，但是埋弧焊在高压管道焊接时，埋弧焊只能在平焊位置使用，且只能通过转动管道来实现焊口的位置改变，不能满足管道垂直固定口焊接的需要。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺，通过在管道上设置环形轨道，沿环形轨道实现管道垂直固定口的全位置焊接，达到了提高施工进度、焊接效率高、质量稳定的效果。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺，包括以下步骤：

(1)将需要对接的两节管道根据壁厚特点，设计相应的坡口形式并进行加工；

(2)将两节管道进行预先对接，并固定管道，坡口下端使用托板敷设焊剂，将坡口埋在焊剂内；

(3)设置封闭环形轨道，轨道上配合有行走小车，小车上搭载有焊接控制系统，焊枪探出小车外；

(4)根据坡口角度调节焊枪角度，行走小车带动焊枪沿轨道转动，对坡口实现转动焊接；

(5)在填充和盖面焊接过程中，使焊枪的导电嘴与焊丝的干伸长度都埋在焊剂下，焊剂对熔化的流动金属进行保护缓慢冷却形成焊缝；干伸长度为焊丝伸出导电嘴部分的长度，即将焊丝延伸出导电嘴的部分连同导电嘴均埋到焊剂之下。

优选的，所焊接的管道为A335-P11高压管道。

进一步的，所述步骤(1)中，管道焊接部位的坡口为V型坡口，坡口角度为60°。

进一步的，所述步骤(2)中，焊剂选用UV420TTR，焊剂的厚度为30mm。

需要特别指出的是，收到测量误差的影响，焊剂的厚度会在一定范围内波动，焊剂的厚度约为30mm即可。

进一步的，所述步骤(3)中，所述环形轨道设置在坡口的上方的管道上，轨道的工作面上铺设有楔形带，小车与楔形带配合行走，实现精确控制焊接速度。

进一步的，所述焊接设备的焊接电流为230-240A，焊接电压为30V-31V，焊材选用SA G1MO，焊丝直径为1.6mm。

进一步的，所述步骤(4)中，焊缝处焊丝的角度为80°-90°，焊接速度为30cm/min，焊丝的供给速度为400cm/min。

进一步的，所述步骤(5)中，所述焊丝的干伸长度为30mm，所述电弧长度约为30mm，焊缝处焊层的厚度为3mm-4mm，控制焊层间、不同焊缝之间的温度不超过260℃。

受到实际操作精度的影响，焊接速度和焊丝的供给速度能够在小范围内进行适当调整，焊丝的干伸长度受到测量精度误差影响，也能够在小范围内进行适当调整，不影响整体的焊接效果即可。

进一步的，所述步骤(2)中，还包括在焊口的下坡口使用托板，用于承接焊接过程中未熔化的焊剂并进行回收。

进一步的，所述步骤(5)中，受电弧热的作用下，母材和焊丝熔化，形成液态熔池金属，在重力的作用下铁水开始流动，焊剂将对流动金属进行保护缓慢冷却形成焊缝，同时防止外界气体对液态金属的干扰。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1、本公开与传统的焊条电弧焊、熔化极气体保护焊相比较，提出的垂直固定口埋弧焊焊接工艺显著提高了工作效率，通过环形轨道配合焊接设备，实现管道垂直固定口的均匀快速焊接，不但解决了传统人工焊接的不便，还提高了焊接质量的稳定性，尤其对野外施工焊接中，抗干扰能力强，焊接效率高；

2、通过调节焊接电压、焊接电流和焊接速度保证母材的受热面积，降低母材与焊缝的温度梯度，熔池的尺寸保持均匀一致，保证了焊缝的综合性能；

3、为了实现连续焊接，在焊接接头的下坡口使用不同规格的焊接回收托板，保证在焊接过程中对未熔化的焊剂进行回收，降低焊剂的损耗，节约成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开的环形轨道与管道配合的结构示意图；

其中：1、管道，2、轨道，3、小车，4、焊接控制系统，5、焊枪。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

本文中所提及的“干伸长度”是行业内术语，即焊丝伸出导电嘴的长度。

实施例1

本申请所公开的管道垂直固定口全位置埋弧焊接的原理与现有技术中的管道转动焊口埋弧焊接不同，本申请所公开的方案是将待焊接的管道固定，行走小车绕着楔形带轨道转动焊接，焊枪角度结合坡口角度而变换，而现有技术中的管道埋弧转动焊口焊接时待焊接的管道转动，焊接设备固定，焊枪垂直于平焊位置进行焊接。

本公开提供了一种管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺，包括以下步骤：

(1)将需要对接的两节A335-P11高压管道根据壁厚特点，设计V型坡口，坡口角度约为60°，并进行加工；

(2)将两节管道1进行预先对接，并固定管道，坡口下端使用托板敷设焊剂，将坡口埋在焊剂内；

(3)设置封闭环形轨道2，轨道上配合有行走小车3，小车上搭载有焊接控制系统4，焊枪5探出小车外；

(4)根据坡口角度调节焊枪角度，行走小车带动焊枪沿轨道转动，对坡口实现转动焊接；导电嘴通过导线连接到电源端子上，送丝轮将焊丝盘上的焊丝输送到导电嘴，导电嘴将脉冲电流、电压输送到焊丝，形成电弧使焊丝不断熔化，从而在管道上燃烧形成焊缝，焊接时，通过对电弧长度以及焊丝干伸长度进行调整，保证电弧稳定燃烧，最终形成焊缝，然后继续下一焊缝的焊接。

(5)在填充和盖面焊接过程中，使焊枪的导电嘴与焊丝的干伸长度都埋在焊剂下，焊剂对熔化后的流动金属进行保护缓慢冷却形成焊缝。

进一步的，所述步骤(2)中，焊剂选用UV420TTR，焊剂的厚度为30mm；

焊剂的太薄或太厚都会在焊缝表面引起凹坑、斑点及气孔，形成不平滑的焊道形状，焊剂层的厚度要控制约在30mm范围内。焊丝直径越大，焊接电流越高，焊剂层的厚高也相应加大。

进一步的，所述步骤(3)中，所述环形轨道设置在坡口的上方的管道上，轨道的工作面上铺设有楔形带，小车与楔形带配合行走，实现精确控制焊接速度；

传统的埋弧焊接过程中，由于电弧在焊剂下燃烧，不易观察熔池，容易出现焊道偏移现象，造成未熔合、夹渣等缺陷，操作人员通过对位调节线即使调节焊枪角度、焊丝的干伸长度，保证电弧燃烧的稳定性；但是，受到焊接位置的制约，对焊枪的角度及其严格，由于电弧在焊剂下燃烧，焊工观察不到熔池的变化，焊接速度慢，铁水容易下坠，形成焊瘤，焊接速度过快则会引起咬边、焊缝中间凸起和两侧夹沟、熔合不良的问题出现，因此，对焊缝的内部质量和外部质量难以进行控制；而本申请配置行走小车绕着楔形带转动焊接，焊枪角度配合坡口角度变换，利用电弧热在焊剂层下使被焊管道工件局部母材与连续送进的焊丝熔化，形成熔池，缓慢冷却后形成焊缝，通过小车控制速度、角度，解决了需要操作人员需要凭借经验进行控制调节焊枪角度、焊丝干伸长度的限制。

进一步的，所述焊接设备的焊接电流为230A-240A，焊接电压为30V-31V，焊材选用SA G1MO，焊丝直径为1.6mm；

当然，可以理解的是，在焊接过程中，焊接电流过小，熔深浅，填充金属连接性差，焊接电弧燃烧不稳定，焊接电流急剧升高形成较大的熔池，熔化金属在热态下浸润面积大，容易造成道间、层间及侧壁未熔合；由于合金材质的特点，过大的线能量对材质里的合金成分过度烧损，使焊缝的综合性能变差，在热焊层填充过程中容易击穿打底层焊缝，焊缝氧化，熔池变大，液态金属增多，熔池不易控制，液态金属造成流淌下坠，焊缝成型凹凸不平；本申请优选的电流，能够有效避免电流过低或过高导致的焊接质量差、焊缝成型度差的问题。

另外，焊接电压增大时，熔宽增大，熔深变浅，焊缝的余高变小，当焊件的组对间隙不够理想时，可以适当地增加焊接电压，以避免烧穿，在增加电弧电压的同时，还应适当增加焊接电流。但焊接电压过高焊缝成形变宽，熔深变浅，容易在焊缝内产生裂纹和气孔，而焊接电压减少时，熔深增加，焊缝变得高而窄，造成脱渣困难；

焊丝直径对于熔深的影响较大，特别是同样焊接电流的条件下，焊丝直径越小，熔深越大，结合在实际焊接中情况，焊丝直径一般使用1.6mm、2.0mm，焊丝直径的选择是保证焊接质量的前提，对于固定口埋弧焊粗直径焊丝焊接性能稳定，不易击穿打底层焊缝，便于控制焊缝的成型，保证焊接质量。

进一步的，所述步骤(4)中，焊缝处焊丝的角度为80°-90°，焊接速度约为30cm/min，焊丝的供给速度约为400cm/min；

可以理解的是，焊接速度对焊缝的形状和尺寸的影响比较明显，提高焊接速度侧单位长度焊缝的热输入量减少，焊缝的金属填充量也随之减少，焊道变窄和余高降低，过快的焊接速度减弱了填充金属和母材之间的熔合，并增加咬边、电弧偏吹、气孔和焊道形状不规则的倾向。若采用较慢的焊接速度使气体有足够的时间在熔池凝固时溢出，从而降低气孔的倾向；但是过小的焊接速度又容易使熔化的铁水引起焊道波纹变粗和夹渣。因此将焊接速度和焊接电流、电压进行对应配置，保证稳定的熔深和熔宽；

焊丝的角度也会对焊缝的熔深产生较大影响，焊丝在焊接方向后倾，熔池底部液态金属增厚，熔深浅，且电弧对熔池前方的母材预热作用加强，熔宽增大，前倾使熔深增大，熔宽变小，余高增加，焊接质量稳定。

进一步的，所述步骤(5)中，所述焊丝的干伸长度约为30mm，所述电弧长度为15mm-20mm，焊缝处焊层的厚度为3mm-4mm，控制焊层间、不同焊缝之间的温度不超过260℃；

干伸长度影响焊接电弧燃烧的稳定性，当焊丝的干伸长度增加时，焊丝电阻热增加，使焊丝的熔化速度加快，焊缝的余高增加；焊丝干伸长度过短，则容易烧损导电嘴。焊丝的干伸长度随着焊丝直径的增加而增大，常规在10-15mm；焊接参数不变而焊丝直径增加时，焊缝宽度增加，熔深减小，反之，则熔深增加及焊缝宽度减小。焊接参数不变而焊丝伸出长度增加时，电阻也随之增大，伸出部分焊丝所受到的预热作用增加，焊丝熔化速度加快，结果使熔深变浅，焊缝余高增加，因此，要严格控制焊丝伸出导电嘴的长度。

进一步的，所述步骤(2)中，还包括在焊接接头的下坡口使用托板，用于承接焊接过程中未熔化的焊剂并进行回收；根据不同的焊接情况采用不同规格的焊接回收托板，以保证焊剂的充分回收，降低焊剂的损耗，节约成本。

进一步的，所述步骤(5)中，受电弧热的作用下，母材和焊丝熔化，形成液态熔池，在重力的作用下铁水开始流动，焊剂将对流动金属进行保护缓慢冷却形成焊缝，同时防止外界气体对液态金属的干扰。

本申请所提出的针对管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺是焊条电弧焊接效率的5-6倍，尤其对高压管道二次预制焊接优势明显，从而对高压管道的施工进度和焊接质量起到了积极的推广应用。

对本申请和传统焊条电弧焊接取得的焊接效果对比，如下表所示。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将需要对接的两节管道根据壁厚特点，设计相应的坡口形式并进行加工；

(2)将两节管道进行预先对接，并固定管道，坡口下端使用托板敷设焊剂，将坡口埋在焊剂内；

(3)设置封闭环形轨道，轨道上配合有行走小车，小车上搭载有焊接控制系统，焊枪探出小车外；

(4)根据坡口角度调节焊枪角度，行走小车带动焊枪沿轨道转动，对坡口实现转动焊接；

(5)在填充和盖面焊接过程中，使焊枪的导电嘴与焊丝干伸长度都埋在焊剂下，焊剂对熔化后的流动金属进行保护缓慢冷却形成焊缝。

2.如权利要求1所述的管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺，其特征在于，所焊接的管道为A335-P11高压管道。

3.如权利要求1所述的管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，管道焊接部位的坡口为V型坡口，坡口角度为60°。

4.如权利要求1所述的管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，焊剂选用UV420 TTR，焊剂的厚度为30mm。

5.如权利要求1所述的管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，所述环形轨道设置在坡口的上方的管道上，轨道的工作面上铺设有楔形带，小车与楔形带配合行走，实现精确控制焊接速度。

6.如权利要求1所述的管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺，其特征在于，所述焊接设备的焊接电流为230-240A，焊接电压为30V-31V，焊材选用SA G1MO，焊丝直径为1.6mm。

7.如权利要求1所述的管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺，其特征在于，所述步骤(4)中，焊缝处焊丝的角度为80°-90°，焊接速度为30cm/min，焊丝的供给速度为400cm/min。

8.如权利要求1所述的管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺，其特征在于，所述步骤(5)中，所述焊丝的干伸长度为30mm，所述电弧长度为15mm-20mm，焊缝处焊层的厚度为3mm-4mm，控制焊层间、不同焊缝之间的温度不超过260℃。

9.如权利要求1所述的管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，还包括在焊接接头的下坡口使用托板，用于承接焊接过程中未融化的焊剂并进行回收。

10.如权利要求1所述的管道垂直固定口全位置埋弧焊接工艺，其特征在于，所述步骤(5)中，受电弧热的作用下，母材和焊丝熔化，形成液态熔池，在重力的作用下铁水开始流动，焊剂将对流动金属进行保护缓慢冷却形成焊缝，同时防止外界气体对液态金属的干扰。