CN112122750B - 一种无缝钢管的环缝对接焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无缝钢管的环缝对接焊方法，包括：对待焊接的无缝钢管焊口进行U型坡口加工；采用自动钨极惰性气体保护焊枪进行坡口内壁的自熔焊接，根据焊工远程观测或采取焊缝跟踪以及弧压跟踪实时调整焊枪的位姿；采用熔化极气体保护焊枪在管道外壁的坡口内进行填充和盖面焊接。可以同时执行所述“内壁自熔打底焊”和所述“外壁坡口填充焊”步骤，也可以当坡口内壁的自熔焊接全部结束后，再进行“外壁坡口填充焊”步骤。

Description

一种无缝钢管的环缝对接焊方法
技术领域
本发明涉及一种关于无缝钢管的环缝对接焊方法，尤其涉及一种深远海油气资源开采用钢悬链立管铺管施工中的环缝对接焊方法。
背景技术
钢悬链立管铺管技术以其制造工艺相对简单、成本较低等优点获得了深水开发的青睐。但复杂的海洋环境和不断增长的生产需求为深水钢悬链立管的设计和制造提出了更多的挑战。随着水深的增加和立管长度的增长，海洋环境更加恶劣，水下涡激震荡的产生会导致与水流和圆柱体轴线方向互相垂直处的剧烈震动，同时钢悬链立管通过接头与平台连接时也会成倍加大交变载荷的作用，长期处于这种状态的立管会由于运作时间较频繁致使寿命缩短，进而造成疲劳破坏。单面焊钢悬链立管焊接接头处由于存在较大的组织、性能不均匀性和接头轮廓的不连续性等问题往往会成为钢悬链立管的薄弱环节。
为此，需要解决现有钢悬链立管的施工工艺因为内壁成形不良和未焊透缺陷多等导致的返修和割掉重焊等问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种利用钨极惰性气体保护焊对管道内壁坡口进行自熔焊接和熔化极气体保护焊在管道外壁的坡口内进行填充和盖面焊接的方法。
一种无缝钢管的环缝对接焊方法，包括：
坡口加工：对待焊接的无缝钢管焊口进行坡口加工，加工成U型；所述U型坡口设置在管道端部对应的焊接处，所述U型坡口的钝边厚度为1.5-4.0mm；
内壁自熔打底焊：采用自动钨极惰性气体保护焊枪进行坡口内壁的自熔焊接，所述熔深范围为1.2-3.0mm；
外壁坡口填充焊：采用熔化极气体保护焊枪在管道外壁的坡口内进行填充和盖面焊接。
至此，管道的内外焊接步骤完成。
进一步的，在自熔焊接时，通入的保护气体选自氩气、氦气或者氦氩混合气。
进一步的，在自熔焊接时，自动钨极惰性气体保护焊枪根据焊工远程观测或采取焊缝跟踪以及弧压跟踪实时调整位姿，保证内壁焊缝圆滑过渡；
进一步，所述“焊缝跟踪以及弧压跟踪”是指使用工业相机或者线结构光视觉跟踪所述坡口内壁形貌，同时利用弧压传感器监测所述自动钨极惰性气体保护焊枪距离所述坡口内壁的高度，当监测到存在U型坡口的窄间隙、错边尺寸变化时，将存在的变化反馈给焊工/自动焊系统，修正焊枪位姿，所述修改焊枪位姿进一步指调整焊枪摆动时间/停留时间。
进一步的，同步执行所述“内壁坡口自熔焊”和所述“外壁坡口填充焊”步骤，其中焊接坡口外壁的第一道焊道与坡口内壁的自熔焊接存在2-15cm位移差，且自动钨极惰性气体保护焊枪在前，熔化极气体保护焊枪在后。
可选的，在当坡口内壁的自熔焊接全部结束后，再进行“外壁坡口填充焊”步骤。
进一步的，所述环缝对接焊方法用于深远海油气资源开采中的钢悬链立管铺管施工。
可选的，所述环缝对接焊方法用于石油、天然气和石化工业中的高质量无缝金属管结构，包括高强度管路、钢悬链线立管和张力腿。
与现有技术相比，本发明有益效果及显著进步在于：
1.本发明提供的一种深远海油气资源开采用钢悬链立管等高质量无缝钢管铺管施工中的环缝对接焊方法采用安装在内对口器上的自动钨极惰性气体保护焊枪进行坡口内壁的自熔焊接，同时利用工业相机或者线结构光视觉跟踪内壁坡口形貌以及利用弧压传感器监测焊枪高度，当遇见间隙、错边尺寸变化时，可以及时反馈给焊工/自动焊系统，修正焊枪位姿，即调整焊枪摆动时间/停留时间，保证焊缝表面过渡平滑、成型平整，能够显著提高焊接接头的疲劳强度；
2.本发明提供的环缝对接焊方法采用U型坡口，其钝边尺寸为1.5-4.0mm，大大减少了填充金属量，提高了焊接效率；
3.本发明提供的环缝对接焊方法采用钨极惰性气体保护焊对管道内壁坡口进行自熔焊接以及熔化极气体保护焊在管道外壁的坡口内进行填充和盖面焊接，利用氩气/氦气/氦氩混合气作为保护气增大钨极惰性气体保护焊熔深，控制第一道熔化极气体保护焊填充焊道熔深，使内外壁焊道都至少有1.2-3.0mm的熔深，即实现内壁焊道与外壁焊道根部发生部分重熔，从而避免出现根部未焊透缺陷，后续继续利用熔化极气体保护焊将坡口填满。
附图说明
图1为本发明所述的环缝对接焊方法中所述的坡口结构示意图；
图2为本发明所述的环缝对接焊方法中焊枪的相对焊接位置示意图。
图中：
11-钝边厚度；13-钨极惰性气体保护焊枪；14-熔化极气体保护焊枪 15-电弧 16-管道外壁 17-管道内壁 18-坡口内壁 19-坡口外壁
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案、有益效果及显著进步更加清楚，下面，将结合本发明实施例中所提供的附图，对本发明实施例中的技术方案进行进一步描述。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书以及本发明实施例附图中的术语“首先”、“其次”等，仅是用于区别不同的对象，而非用于描述特定的顺序；此外，术语“包括”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1焊工远程观测调整焊枪位姿的钢悬链立管的环缝对接焊方法
如图1-2所示，一种深远海油气资源开采用钢悬链立管铺管施工中的环缝对接焊方法，包括：
坡口加工：对待焊接的钢悬链立管的焊口进行坡口加工，将坡口加工成如图2所示的U型；所述U型坡口设置在管道端部对应的焊接处，所述U型坡口的钝边厚度11为3mm，两管装配时的装配精度(即图1中U型底部坡口间的窄间隙)控制在1.0mm以内；
内壁自熔打底焊：采用安装在内对口器(图中未显示)上的自动钨极惰性气体保护焊枪进行坡口内壁18根部焊道的自熔焊接，电弧直接加热两边的金属，待其熔化后下淌熔合两边金属形成熔池，通过使用氦气/氦氩混合气作为保护气增大熔深，控制熔深在2mm；焊枪根据焊工远程观测的结果实时调整位姿，保证内壁焊缝圆滑过渡；
外壁坡口填充焊：采用熔化极气体保护焊枪在管道外壁的坡口内，即在坡口外壁19上，进行多道焊道的填充，其中填充第一道焊道时，熔化极气体保护焊枪与自动钨极惰性气体保护焊枪同步运动，并维持固定相位差2-15cm，且位于内壁的自动钨极惰性气体保护焊枪在前，位于外部的熔化极气体保护焊枪在后；之后每层焊道厚度为1.6-2.2mm，考虑板的厚度，在完成多道焊道焊接后，进行盖面焊接。至此，管道的内外焊接步骤完成。
实施例2采用焊缝跟踪+弧压跟踪调整焊枪位姿的高强度管路的环缝对接焊方法
与实施例1类似的，进行所述的高强度管路环缝对接焊，区别在于，在“自熔焊接坡口内壁”步骤中，自动钨极惰性气体保护焊枪不是根据焊工远程观测的结果实时调整位姿，而是采取焊缝跟踪以及弧压跟踪实时调整位姿，即使用工业相机或者线结构光视觉跟踪所述坡口内壁形貌，同时利用弧压传感器监测所述自动钨极惰性气体保护焊枪距离所述坡口内壁的高度，当监测到存在U型坡口的窄间隙、错边尺寸变化时，将存在的变化反馈给焊工/自动焊系统，修正焊枪位姿，所述修改焊枪位姿进一步指调整焊枪摆动时间/停留时间，保证焊缝表面过渡平滑、成型平整，能够显著提高焊接接头的疲劳强度。
实施例3分步骤焊接坡口内外壁的张力腿的环缝对接焊方法
与实施例1类似的，进行所述深远海油气资源开采用张力腿施工中的环缝对接焊，区别在于，不采取同时执行所述“内壁自熔打底焊”和所述“外壁坡口填充焊”步骤，而是在当“坡口内壁自熔打底焊”全部结束后，再进行“外壁坡口填充焊”步骤。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非是对其的限制，尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，本领域技术人员根据本说明书内容所做出的非本质改进和调整或者替换，均属本发明所要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种无缝钢管的环缝对接焊方法，其特征在于，所述环缝对接焊方法用于深远海油气资源开采中的钢悬链立管铺管施工；所述环缝对接焊方法包括：
坡口加工：对待焊接的无缝钢管焊口进行坡口加工，加工成U型； U型坡口设置在管道端部对应的焊接处，U型坡口的钝边厚度为1.5-4.0mm；
内壁自熔打底焊：采用自动钨极惰性气体保护焊枪进行坡口内壁根部焊道的自熔焊接，熔深范围为1.2-3.0mm，所述自动钨极惰性气体保护焊枪根据焊工远程观测或采取焊缝跟踪以及弧压跟踪实时调整位姿；
外壁坡口填充焊：采用熔化极气体保护焊枪在管道外壁的坡口内进行多道次的填充和盖面焊接，其中填充第一道焊道时，熔化极气体保护焊枪与自动钨极惰性气体保护焊枪同步运动，在焊枪运动方向上，位于内壁的自动钨极惰性气体保护焊枪在前，位于外部的熔化极气体保护焊枪在后，并维持固定相位差2-15cm；之后每层焊道厚度为1.6-2.2mm，考虑管壁的厚度，在完成多道焊道焊接后，进行盖面焊接。
2.根据权利要求1所述的环缝对接焊方法，其特征在于，同步执行所述内壁自熔打底焊和所述外壁坡口填充焊两个步骤，其中焊接坡口外壁的第一道焊道与坡口内壁的自熔打底焊接存在2-15cm位移差，且内壁的自动钨极惰性气体保护焊枪在前，外部的熔化极气体保护焊枪在后。
3.根据权利要求1所述的环缝对接焊方法，其特征在于，在当坡口内壁的自熔焊接全部结束后，再进行外壁坡口焊接步骤。
4.根据权利要求1-3任一项所述的环缝对接焊方法，其特征在于，在自熔焊接时，通入的保护气体选自氩气、氦气或者氦氩混合气。
5.根据权利要求1所述的环缝对接焊方法，其特征在于，所述焊缝跟踪以及弧压跟踪是指使用工业相机或者线结构光视觉跟踪所述坡口内壁形貌，同时利用弧压传感器监测所述自动钨极惰性气体保护焊枪距离所述坡口内壁的高度，当监测到存在U型坡口的窄间隙、错边尺寸变化时，将存在的变化反馈给焊工/自动焊系统，修正焊枪位姿，所述修正焊枪位姿进一步指调整焊枪摆动时间/停留时间。
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