陳學(xué)武 李富祥 馮忠武 程磊 曾小龍 馬俊魁

國家管網(wǎng)集團(tuán)西部管道新疆輸油氣分公司鄯善維搶修中心

摘要：輸氣管道搶修動火連頭作業(yè)中，根焊是非常關(guān)鍵的焊接工序。介紹了手工鎢極氬弧焊的特點(diǎn)，分析了影響根焊質(zhì)量的主要因素，總結(jié)了根焊操作技巧及焊接缺陷控制措施。無損檢測結(jié)果表明，焊縫合格率明顯提高，焊縫返修率降低。

關(guān)鍵詞：輸氣管道；動火連頭；氬弧焊根焊；焊接缺陷

手工鎢極氬弧焊具有自由電弧穩(wěn)定、挺度高、熔透性好的焊接性能；焊縫根部成形飽滿，容易獲得理想的背面成型；焊接速度快，效率高，質(zhì)量好；所需焊接設(shè)備簡單，易于搬運(yùn)；特別適用于野外搶修動火連頭作業(yè)。根焊是管道連接的首層焊縫，是管道搶修動火連頭焊接中最為關(guān)鍵、難度最大的一層焊道。將手工鎢極氬弧焊應(yīng)用到動火連頭根焊中，以驗(yàn)證其焊接效果。

1  影響根焊的主要因素

1.1  管材

新舊管道的管材規(guī)格、型號偏差，易造成管壁錯邊量較大、對口間隙不均勻等現(xiàn)象，在根焊過程中易產(chǎn)生未焊透、未熔合、裂紋等焊接缺陷。

1.2  氣流

根焊受氣流影響較大。原管道中天然氣或置換氮?dú)馀c空氣的密度不一樣，同段管線多處施工點(diǎn)相對高度差較大以及切斷閥關(guān)閉不嚴(yán)，根焊位置會因正壓或負(fù)壓狀況而產(chǎn)生氣體紊流，影響電弧的正常燃燒。嚴(yán)重時，管內(nèi)殘余天然氣無法完全排空，會產(chǎn)生起火或閃爆現(xiàn)象，從而導(dǎo)致焊接困難，易產(chǎn)生氣孔、夾渣等焊接缺陷。

1.3  磁場

如果管道曾經(jīng)過漏磁智能檢測或其他因素導(dǎo)致自身被磁化，焊接時出現(xiàn)電磁弧偏吹使焊接電弧偏斜，溶滴無法過渡到坡口根部形成熔池，易產(chǎn)生未熔合、氣孔、夾渣等焊接缺陷

1.4  管內(nèi)壁腐蝕

管道長期受H2S腐蝕，鋼管中擴(kuò)散氫量增高是產(chǎn)生延遲裂縫的主要因素之一，且焊縫易產(chǎn)生蜂窩狀的密集小氣孔，嚴(yán)重時導(dǎo)致根焊焊縫產(chǎn)生結(jié)晶裂紋焊接缺陷。

2  根焊焊接工藝

2.1  焊前準(zhǔn)備

（1）清理。氬弧焊對油、銹、水特別敏感，極易產(chǎn)生氣孔，對母材的表面質(zhì)量要求較高。焊前必須將管道內(nèi)外坡口邊緣兩側(cè)20 mm～25 mm范圍內(nèi)的污物徹底清除干凈，用角向砂輪機(jī)打磨出金屬光澤，消除坡口內(nèi)外兩側(cè)埋弧焊縫余高20 mm以上。焊絲表面的油脂、鐵銹用砂紙打磨直到露出金屬光澤。原管道內(nèi)壁如有腐蝕部位一定經(jīng)丙酮清洗、打磨、加熱去氫，減少焊縫產(chǎn)生裂紋、氣孔等傾向。

（2）選用Φ8 mm～10 mm圓柱形、收斂型陶瓷噴嘴。

（3）選用Φ2.5 mm的鈰鎢極，將其端頭磨成30°―40°錐形以使電弧穩(wěn)定。

（4）氬氣純度大于 99.96%方可焊接，保護(hù)氣體壓力低于1.5 MPa時需更換。

（5）根焊操作時室外風(fēng)速大于2 m/s應(yīng)采用防風(fēng)棚。

2.2  焊接工藝參數(shù)

以Φ1219 mm×18.4 mm管道為例，氬弧焊選用大西洋CHG-55C1的ER55-Ni1焊絲。焊接工藝參數(shù)見表 1。

表 1 根焊焊接工藝參數(shù)表

2.3  焊接操作技巧

（1）操作要點(diǎn)。焊接前，必須嚴(yán)格按照要求進(jìn)行100 ℃～150 ℃的焊口預(yù)熱，將點(diǎn)焊、焊接起弧位置打磨成緩坡形狀（圖 1），保證根部成型以及融合良好。由于焊接收縮變形導(dǎo)致間隙小于3 mm時應(yīng)及時停弧用角向磨光機(jī)將間隙擴(kuò)大到3 mm方可繼續(xù)焊接，采用搖把操作，仰位焊接時采用管內(nèi)送絲法。電弧長度保持在 2 mm～4 mm之間，噴嘴與焊件保持在70°～85°之間，焊絲與焊件的夾角為10°～15°。

圖 1 坡口技術(shù)參數(shù)

（2）搖把焊接手法。焊槍槍嘴直接壓在坡口內(nèi)擺動,槍嘴與液態(tài)熔池的距離較近,可以使保護(hù)氣體充分保護(hù)熔池。運(yùn)條擺動路線根據(jù)裝配間隙與坡口形狀,焊接過程中能使之受熱均勻。根據(jù)管材厚度和坡口角度，選擇合適的瓷嘴和鎢極伸出的長度，將焊槍放到坡口內(nèi)，瓷嘴下壓到工件坡口表面。要注意下壓不是一味向前用力，可利用瓷嘴與工件的接觸面左右月牙擺動或者Z型擺動，也可以直接畫圓，做運(yùn)條動作，瓷嘴不要離開坡口均勻擺動，持槍的手可脫離焊件。

（3）焊接。焊接自下向上操作，前半圓在6點(diǎn)鐘位置前方5 mm～10 mm處引弧，12點(diǎn)鐘位置收弧。焊接過程中不斷調(diào)整焊槍，以保證鎢極垂直于焊縫中心軸線成90°。起弧需提前送氣保護(hù)，起弧動作要快，防止碰斷鎢極端頭，產(chǎn)生夾鎢。采用短路接觸法引弧，鎢極端部距離坡口約1 mm～2 mm，利用焊絲劃擦引燃電弧。起弧后將電弧拉向待焊位置，將母材加熱，形成溶池后，立即填加焊絲。收弧時，停止送絲，適當(dāng)加快焊接速度，將電弧拉向坡口一邊，快速熄弧，避免產(chǎn)生弧坑和縮孔。

（4）送絲要點(diǎn)。用左手將焊絲連續(xù)送進(jìn)熔池，送絲動作要輕，不得攪動氬氣保護(hù)層。焊絲與通過熔池的切線成10°～15°時，輕輕地將焊絲沿坡口上方送進(jìn)熔池里，使熔化金屬達(dá)到坡口根部。5點(diǎn)鐘―7點(diǎn)鐘方向應(yīng)采用內(nèi)送絲，避免內(nèi)凹和未焊透。

焊絲加入熔池后，鎢極擺向坡口一側(cè)時作必要的停留，直至熔融金屬與坡口良好熔合，才能擺向另一側(cè)；周而復(fù)始的完成整條焊縫。當(dāng)間隙較小、熔池能夠和坡口兩側(cè)熔合時也可以不擺動鎢極。加絲位置根據(jù)焊縫間隙和鈍邊大小適當(dāng)調(diào)整，控制背凸高度不能過高，一般加在根部即可。

（5）錯口焊接。先了解對接間隙、鈍邊以及錯口情況，做到心中有數(shù)。焊接時，鎢極和加絲位置向坡口根部靠近，時常提起焊絲，查看熔透狀況，以便調(diào)整斜拉程度、鎢極與加絲位置離根部遠(yuǎn)近等。

2.4  焊接缺陷及控制措施

（1）未熔合及未焊透。控制措施:①管道坡口加工必須符合規(guī)范要求，焊前要嚴(yán)格清除母材和焊道表面污物和雜質(zhì)；②選用適宜的焊接電流和焊接速度，嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝評定焊接；③采用正確的焊槍焊條角度，保證焊縫兩側(cè)金屬熔化結(jié)合良好；④控制錯邊量。 

（2）氣孔。控制措施：①將母材和焊材表面的污物和雜質(zhì)清除干凈，烘干焊條；②選擇合理的焊接速度和焊接電流；③在另一側(cè)管口使用篷布嚴(yán)密封堵，有效減少與焊口相連通的透風(fēng)焊接管段長度，使管段內(nèi)氣流流速降到最低；④焊接時盡可能避免溫度波動過大；⑤用中頻加熱器預(yù)熱管口，減緩管道內(nèi)外壓差；⑥2人同時施焊時及時提醒對方注意，避免打磨過程中產(chǎn)生的鐵屑進(jìn)入熔池產(chǎn)生氣孔等。一旦組對好，盡可能一次性短時間內(nèi)焊完，否則焊口有可能在管道冷縮的情況下被撕裂。

（3）焊瘤。焊瘤集中出現(xiàn)在3點(diǎn)鐘—9點(diǎn)鐘位置，當(dāng)間隙大于4 mm時應(yīng)采用兩點(diǎn)送絲法并減少送絲量，同時適當(dāng)減小焊接電流。

（4）栽絲。避免焊絲插入管內(nèi)過多保證每一次送絲都能將焊絲端部熔化。

（5）夾鎢。焊接過程中避免焊絲與鎢極接觸，發(fā)生鎢極燒損時應(yīng)及時停弧進(jìn)行打磨處理，清理鎢粒，避免造成夾鎢。

（6）內(nèi)凹。施焊過程中焊槍擺動幅度不能過大，使電弧熱量集中于根部，避免產(chǎn)生背面焊縫低于試件內(nèi)表面的凹陷。

3  特殊情況處理

現(xiàn)場焊接過程中，若使用消磁機(jī)消磁后管壁仍然帶弱磁、坡口間隙或鈍邊不一致，可以選擇間隙合適、磁性弱的位置先焊接，仔細(xì)觀察電弧在管道坡口內(nèi)兩側(cè)燃燒狀況，通過調(diào)整焊槍與管道的夾角以及保持短弧焊接，可以使電弧正常穿透坡口鈍邊。受氣流影響時，應(yīng)適當(dāng)加大氬氣流量，盡量壓低電弧，根焊最后收尾焊接段（即封口段），正壓選擇在上爬坡平焊位置，負(fù)壓選擇在立焊位置。

4  結(jié)語

手工鎢極氬弧焊根焊可用強(qiáng)光手電筒通過焊縫間隙直接觀察內(nèi)部成型情況，方便實(shí)用。無損檢測結(jié)果表明，焊縫合格率明顯提高，焊縫返修率降低。近幾年鄯善維搶修中心在搶修動火連頭作業(yè)中多次使用手工鎢極氬弧焊根焊，取得了良好的效果，提高了焊接質(zhì)量，建議推廣應(yīng)用。

作者簡介：陳學(xué)武，1985年生，助理工程師，西部管道新疆輸油氣分公司鄯善維搶修中心焊工，主要從事輸油氣管道維搶修工作。聯(lián)系方式：18209656864，584888447@qq.com。