中俄东线长输管道自动焊焊接难点解析

袁吉伟，张敬洲，朱文学

大庆油田工程建设有限公司培训中心 黑龙江大庆 163712

1 序言

中俄东线天然气管道是目前国内第一条同时采用大口径、高钢级、高压力等级及单管输量最大的跨境长输天然气管道工程。中俄东线天然气管道是中俄两国能源领域务实合作的重要工程，起点位于黑龙江省黑河中俄边境，止于上海市白鹤末站，工程采用的管道规格为φ1422mm×21.4mm，焊接方法为管道自动焊内焊机打底，自动焊外焊机双枪填充、盖面。在施工过程中，碰到了一系列的难题，很多施工单位都未能很好地解决此问题。结合我方现场进行指导的焊接技能专家经验，提出了各个难点的解决方案，并取得了良好的效果。

2 焊接设备

2.1 根焊设备

根部焊接采用的是熊谷管道全自动内焊系统，型号为：A-808/56。内焊机总共8个焊枪，分别为CW（前半周焊接）和CCW（后半周焊接）各4个焊枪（见图1）。焊接方向为下向焊。

图1 内焊机

2.2 外焊设备

热焊、填充及盖面采用的是熊谷A-610全位置管道自动外焊系统。A-610双焊枪机头依靠机头小车行走轮夹持于环绕管道圆周上的淬火钢带上，并围绕管道运动。双焊枪机头组件配备了一个行走电动机（用于小车行走）、两个焊枪摆动电动机以及两个焊枪垂直运动电动机。小车组件分为顺时针CW和逆时针CCW结构（见图2）。

图2 管道自动外焊系统

3 焊接难点及解决方案

3.1 焊接接头

（1）接头打磨 焊接接头是管道自动焊焊接时必不可少的操作过程，在管道自动焊外焊机焊接中分为CW（前半周焊接）和CCW（后半周焊接），在12点和6点位置各有一个焊接接头。因此，在焊接前焊接接头如果处理不当会产生跨区未熔合等焊接缺陷。在CW一侧焊接完毕后，将12点位置的待焊接头处用磨光机打磨成斜坡，斜坡的长度约为20mm，斜坡前端深度要打磨到前一焊层并且不要破坏两侧的坡口面。新一层焊接接头要保证与上一层接头错开30mm以上，否则容易缺陷叠加导致不合格。6点位置的接头一般情况下不用进行打磨修整，但是如果出现后枪熔池超前或者前后枪熔池形状异常要及时处理，否则容易产生跨区未熔合[1-2]。

（2）焊前调节 焊接前，先将焊接小车的后枪对准焊接位置进行焊前调节。首先调节焊枪的对中性，保证焊丝端头指在焊道的中心，然后调节摆宽，使焊丝的端头指向底层焊道与坡口面的夹角，摆宽不宜过大或过小，否则容易产生层间未熔合或侧壁未熔合。其次再调节干伸长度和焊丝端头与焊道的距离。干伸长度为10~15mm，焊丝端头与焊道的距离为1~2mm。干伸长度过长或过短在起弧时会影响垂直跟踪的自身调节，使焊接电弧不稳定而产生焊接缺陷。完成后枪调节后，将焊接小车向焊接反方向移动，当到达前枪焊接位置时进行前枪的焊前调节，调节方法与后枪相同。双枪调节完毕后，才能进行焊接（见图3）。

图3 调节双枪

3.2 气孔

由于管道自动焊焊接是气体保护焊，所以气孔产生的原因很多。通过以下几个原因可以有效防止气孔的产生。

（1）保护气体 气瓶使用一段时间后，注意气瓶压力应不低于2MPa，气体流量应达到25~30L/min。定期检查气带是否有漏气现象，CO2表通电后是否在加热，在每次更换气瓶后，要按住验气按钮将空气排出，否则，由于空气的掺杂，将会产生气孔。

（2）防风棚 在焊接过程中，防风棚能够有效防止外界风源进入，从而避免焊接时产生气孔。在使用防风棚的过程中应该注意，由于管墩有时过高，防风棚的底板很容易进风，在防风棚里形成旋风而产生气孔。解决的方法是将防风棚底部四周用帆布围上，并将帆布加长。另外，防风棚底板铺开后，地板的间隙也漏风，为此焊接前在地板上再铺上一层帆布，则能够阻止外界风源（见图4）。

图4 防风棚

（3）焊枪 每焊接完一层后要及时清理喷嘴内壁飞溅，检查导电嘴的对中性以及是否需要更换。如果导电嘴的对中性不好，会使喷嘴内的保护气体分布不均匀而偏向一侧产生气孔。检查分流器是否堵塞或松动，分流器上面的孔如果被堵塞，会使气体流量减小，焊道保护不好而产生气孔。焊接到仰位时，前、后焊枪的软管不要有硬弯，使保护气体畅通。

3.3 未熔合

管道自动焊焊接时，采用的是全自动超声波（AUT）检测方法，AUT对未熔合很敏感，缺陷主要出现在焊缝的根部、钝边、热焊及填充等区域，主要分为层间未熔合、侧壁未熔合与跨区未熔合等。

（1）层间未熔合 层间未熔合主要产生在焊道层与层之间，产生的位置大多数在12点至5点之间，主要是由于焊接过程中熔深不够而引起的焊接缺陷。通过AUT检测的结果能判断出焊接缺陷的深度，确定焊接缺陷的位置后调节焊枪的电弧长度，降低电弧电压来增加熔深。

（2）坡口未熔合 坡口未熔合又称侧壁未熔合，分布在焊道的单侧或双侧，多呈线状或点状出现。产生的原因是焊工操作时摆宽不够或电弧电压过低。在焊接时要求焊工观察熔池宽度，避免因摆宽不够使焊道两侧产生过深的夹角。如果调节摆宽后，夹角过深的现象没有改善再调节电弧电压，使电弧电压略高一些，达到焊道两侧熔合良好的状态，使焊道接近于平整，可以避免侧壁未熔合的产生。

（3）跨区未熔合 跨区未熔合又称贯穿性未熔合，在AUT图像中显示沿着焊缝的厚度方向产生的未熔合。这种焊接缺陷主要产生在平位接头和仰位接头的焊接位置，缺陷的高度超过了AUT的评定区域，缺陷基本上是垂直于焊道。产生的原因是焊工打磨不到位或引弧之前，焊枪枪距偏高、干伸长过短造成的。焊前要求焊工按着要求认真打磨焊接接头，调节好焊枪枪距及干伸长度，焊丝端头与焊道的距离在1~2mm之间，干伸长度在10~15mm之间，保证电弧的稳定性，防止焊接缺陷的产生。

3.4 咬边

焊接时，由于焊接参数选择不当，或操作方法不正确，沿焊脚的母材部位产生的沟槽或凹陷称为咬边。管道自动焊咬边一般都集中在仰焊位置，在设置焊接参数时，立填充焊道仰焊位置要焊接饱满一些，将焊道两侧的坡口棱边完全熔合，高出母材部分的焊道用磨光机打磨平整，为盖面层打好基础。盖面焊接时，当焊接到仰位时要求焊工要躺到管下，这样能比较清晰地观察熔池状况。由于盖面是两道排焊，焊工要观察前、后焊枪的摆宽是否合适。摆宽过大、焊接速度过快容易在仰位产生咬边；摆宽过小、焊接速度过慢使熔池下垂也会产生咬边和焊道超高。

4 结束语

通过在施工中对长输管道自动焊常见焊接缺陷产生类型及原因的分析，总结出减少和避免焊接缺陷产生的有效方法，并在焊接过程中严格控制，提高了长输管道自动焊的一次合格率。