预精焊法螺旋缝钢管的管端缺陷分析及对策

周岩，杨战利，张毅梅

(1．中油宝世顺(秦皇岛)钢管有限公司河北秦皇岛066206;2．哈尔滨焊接研究院有限公司黑龙江哈尔滨150028)

0 前言

螺旋缝钢管预精焊法因其高质量、高效率的优点，受到国内外制管业界的高度认可［1］，目前中国在这一领域已处于世界领先位置［2］。预精焊法是螺旋缝钢管高质量的生产方法，但由于受焊接参数不合适、操作不当、焊材不匹配等因素的影响，特别是管端，有时会产生严重的焊接缺陷，影响钢管的质量。根据近十年来的实际生产经验，针对精焊后钢管管端常出现的未焊透、气孔、夹渣等缺陷的产生原因进行总结分析，并提出相应的解决措施［3］，为预精焊法螺旋管生产质量的提高奠定了技术基础。

1 未焊透缺陷产生原因及解决措施

1.1 未焊透缺陷产生原因

根据生产统计，管端未焊透缺陷占管端缺陷的34%左右，其中起弧端占14%左右，熄弧端占85．6%左右。熄弧端产生未焊透缺陷的概率明显高于起弧端，主要由以下原因引起。

(1)钢管埋弧精焊时，在焊接至钢管尾端时存在跟踪盲区，在无跟踪基准情况下，容易因管尾焊偏而造成未焊透缺陷。

(2)精焊机组的正交辊道在调型换道时，因人为操作因素致使调型换道后正交辊道的中心线与理论标高水平线不一致，存在倾角。在这种情形下，钢管螺旋前进时存在“上坡”、“下坡”或“走斜”等现象，从而造成管端未焊透缺陷。

(3)对接焊缝(钢带对接处)的前后半个螺距处钢管直线度较差，当偏差大于6 mm时，钢管容易和纵向传输辊道发生剐蹭，从而造成管端未焊透缺陷。

(4)钢管起弧端焊接时若起弧过晚，焊接电流未达到大电流稳定区间，也会造成管端未焊透缺陷。

1.2 未焊透缺陷解决措施

针对上述原因，具体解决措施如下:

(1)在熄弧板的内外表面画坡口延长线，根据激光点在监视图像中的相对位置，手动调节机头的滑板，使焊点沿坡口延长线进行焊接，保证内外焊缝对齐。

(2)在钢管调型换道后，将预焊后的钢管放到固定驱动架和移动架中间位置，测量驱动架两侧标尺与钢管中心的距离，保证两侧距离差小于5 mm，同时将水平尺放置在钢管“12点”位置，测量并确保钢管在正交辊道上的水平度小于1 mm/m。

(3)钢管预焊时，成形工序确保钢带头部和尾端的板宽偏差小于10 mm，同时钢板“月牙弯”最小，在“对头管”(钢带对接处)成形预焊时控制打桥幅度和成形缝的紧实程度，从而提高预焊后钢管的管体直线度。

(4)林肯DC1000直流焊机从起弧到焊接电流稳定的时间约为2．2～3．5 s，引熄弧板的尺寸需要根据实际焊接速度计算，确保焊点移动到管体时焊接参数达到设定的稳定区间。

例如，西气东输二线用钢 1 219 mm×18．4 mm×12 200 mm(管径×壁厚×管长)，焊接速度为1．3 m/min。这种情况下，起弧点距管端的距离应不小于76 mm，才能保证起弧端焊接质量。

2 气孔和夹渣缺陷产生原因及解决措施

2.1 气孔和夹渣缺陷产生原因

气孔和夹渣缺陷一般占钢管管端缺陷的58%左右，其中起弧端占41%左右，熄弧端占58%左右，熄弧端和起弧端相差不大，产生原因主要有:

(1)预焊后在钢管切断时，在钢管内壁管端约200 mm范围内会粘附大量因等离子切割而产生的飞溅物。由于预焊缝两侧存在凹槽，在管端清渣机清理后，两侧凹槽处仍残存等离子切割产生的飞溅物，导致焊接时出现夹渣和气孔缺陷。

(2)引熄弧板表面存在杂物、油污或引熄弧板与管体连接焊缝处存在气孔、夹渣缺陷，都会导致大量夹杂物和气体带入管端熔池，当这些气体和夹杂物来不及上浮，即会产生气孔、夹渣缺陷。

(3)焊点到达管端时，电流、电压没有达到设定参数，因熔池温度较低，也会因杂质和气体来不及完全溢出而产生气孔或夹渣缺陷。

(4)钢管预焊时，由于成形控制不当造成缝隙较大，在预焊时因气体保护效果不佳产生根部气孔。在精焊时钢管根部存在的气体难以溢出，也会产生气孔缺陷。

2.2 气孔和夹渣缺陷解决措施

(1)管端预焊缝清渣后，采用角磨机对预焊缝两侧凹槽处的因等离子切割而产生的飞溅物进行再次清理，清理长度不小于200 mm。

(2)在引熄弧板制作和焊接过程中，将引熄弧板表面杂物、油污、飞溅打磨干净，确保无异物带入熔池内，从而降低焊缝外来污染物的影响。

(3)根据电流从起弧到稳定的时间，充分利用引弧板的长度，确保起弧距离满足焊接的实际需求。

(4)钢管预焊时，确保坡口洁净且控制好合缝紧实程度，防止空气自坡口根部接触熔池，造成钢管预焊时产生气孔，为精焊工序的焊接带来困难［4］。

3 其它缺陷产生原因及解决措施

3.1 其它缺陷产生原因

管端其它缺陷主要包括管咬边缺陷、密集气孔、切割凹槽等，这些缺陷占管端缺陷的7．1%左右。产生的主要原因有:

(1)送丝系统出现异常，致使送丝阻力加大，从而影响焊接电流和电弧电压的稳定性;焊枪侧倾角不合适造成熔池金属偏流。这两个因素均会导致焊缝出现咬边缺陷。

(2)精焊钢管引熄弧板去除工位，采用的是手工气割方式，在切割过程中受操作人员手法、切割枪火焰等因素的影响，致使钢管管端出现凹槽或流坠物，影响焊缝在X射线检验过程中的判定。

3.2 其它缺陷解决措施

针对这类缺陷，具体解决措施如下:

(1)当出现咬边缺陷时，需要及时仔细检测以下因素:焊丝盘转动是否灵活，送丝机惰轮是否正常转动，送丝机主动轮的齿牙是否磨损，送丝管内是否有杂物，以及焊枪与导电嘴的磨损情况等，确保送丝回路顺畅。如果不是上述原因所致，应仔细观察咬边缺陷存在的位置，并以此为依据核查焊枪的侧倾角是否合适。

(2)切割引熄弧板时，要确保切割时运枪平稳，火焰大小调整适中，切割完后用角磨机对切割面和钢管内外壁进行细致打磨，消除火焰切割的流坠物和凹槽。

4 结论

(1)管端未焊透缺陷发生的概率占管端缺陷的34%左右，该类缺陷出现在钢管熄弧端的概率是出现在起弧端的6倍以上。通过消除熄弧端跟踪盲区、消减正交辊道中心线倾角、提高预焊钢管直线度和及时起弧等措施，降低管端未焊透缺陷发生概率。

(2)气孔和夹渣缺陷占钢管管端缺陷的58%左右，起弧端和熄弧端相差不大。彻底清理预焊缝两侧凹槽、清洁钢管起弧板、及时起弧等措施，均可减少或消除精焊时管端气孔和夹渣缺陷的产生。

(3)管端其它缺陷主要包括管咬边缺陷、密集气孔、切割凹槽等，约占管端缺陷的7．1%左右。通过确保送丝顺畅、优化焊枪侧倾角、消除管端存在凹槽或流坠物等措施，可以减少该类缺陷的产生。