管道全自动外焊机焊接工艺

管道全自动外焊机焊接工艺

张峰陈仕栋丘陵张广齐田昭非郭庆廷

（新疆石油工程建设有限公司，克拉玛依 834000）

西气东输管道工程是国家重点工程，也是我国前所未有的大口径、厚管壁、高压力的长输天然气管道工程。为了既保证焊接质量，又降低焊工劳动强度和提高焊接速度，在工程中应大量采用全位置自动焊。为此，我公司为适应市场需求，向美国CRC公司订购了M-300自动焊机。经过对西气东输管道工程所用管材的试焊、焊缝的无损检测、机械性能和力学试验，取得了满意的效果，证明自动焊在管道施工中有广泛的应用前景。

1 焊接设备

1.1系统组成

M-300由焊接小车和电源接线盒组成。导轨、电缆、电源、保护气体调节阀和流量计为辅助件。

焊接小车长559mm，宽584mm，高381mm，重20kg。小车有顺时针和逆时针两种型式，它们互为镜像，可在同一条导轨上在轨道两侧同时焊接。机头通过一个枢轴和锁定结构与小车相连。固定在机头上的设备包括送丝机构、焊炬、气体给送系统、正向感应头以及垂直和水平调节装置。在这些装置的共同作用下，机头可进行以下焊接作业：

1.)将焊接电流和保护气体馈送到焊炬；

2.)通过调节提供适当的焊丝干伸长；

3.)为电弧和熔池提供保护气体；

4.)连续送丝以保持填充金属熔敷在焊道中；

5.)提供正向感应恒电压控制手段；

6.)让操作人员通过水平或垂直调节修正或改进焊炬中心位置、电弧弧

长。

M-300焊机的所有自动控制功能都由控制盒完成，其中包括各种操作、故障诊断和解除、伺服和互连所需的控制电路控制焊机行走、摆动、送丝、保护气体和电流。

电源接线盒向M-300焊机的所有工作电路提供28V直流电。它包括气体电磁阀和电源触点继电器。电源接线盒工作电压有两种，一种是115V，一种是220V。根据国家或地区的不同，将电源接线盒内的插头插在相应的电压位置，就可以选用115V或220V工作电压。

1.2系统特点

该系统对于焊工来说操作简单，除了电弧电压由电源控制外，其它焊接参数，包括焊接速度、摆动频率、摆幅、送丝速度、左右停留时间、添坑时间、回烧时间等，均由固定在小车上的控制盒控制。小车上的控制盒可以存储四套焊接参数，每套焊接参数均包括摆动频率、摆幅、送丝速度、左右停留时间、熄弧添坑时间、熄弧回烧时间。只有焊接速度无法存储，它是根据焊工实际需要及焊接工艺规程的规定，通过焊接速度旋钮来调节。在焊接前，可以将所需的存储好的参数通过菜单直接调出使用；而在焊接过程中，还可以根据焊道、

焊炬位置、熔池等因素，通过小车控制盒上的增减按键、纵向和横向调节装置、焊接速度旋钮等实时修改焊接参数。

M-300焊机虽然调节性较大，但由于是从美国进口，内部的操作系统是全英文的，所以在进行参数存储、菜单操作时，对于焊接技术人员有一定难度。

另外该系统适用范围广，可用于气保护焊、药芯焊丝自保护焊、脉冲气体保护焊，能用于焊接外径从305mm至2350mm的管道。对于不同管径，可以通过焊接小车上管径调节器调节，并与相应的焊接导轨搭配使用。若是钢管壁厚大于10mm，小于15mm时，焊炬纵向调节深度不足无法打底，则可以通过纵向调节控制器来调节。若钢管壁厚大于15mm时，纵向调节控制器也无法满足打底要求，可将焊炬轴承翻转，但这种调节是以牺牲调节高度为代价，虽然可以打底但无法再盖面，只能专用于打底及最初几层填充。

系统的操作过程如下：

1.)焊接技术人员将通过工艺试验得出的数据存入小车控制盒内，一

共可以存储四套数据；

2.)在使用前根据焊接工艺规程，焊接技术人员通过小车控制盒上的

按键进行菜单操作，调出所需的工艺数据；

3.)旋转焊接速度旋钮，使其达到焊接工艺规程要求，如此焊工就可

以开始焊接了；

4.)在焊接中，焊工可以通过小车控制盒上的增减按键及焊接速度旋

钮实时修改焊接参数。

2.管口组对

2.1管口加工

尽管管道自动焊焊接效率高，但相对地对管口加工、组对的要求较手工焊及半自动焊都更苛刻，而且由于其自身焊接工艺特性，自动焊通常只应用于水平固定。所以，自动焊对管口的要求也与手工焊及半自动焊相差很大。管端坡口的加工必须采用机加工，严禁采用气割坡口。

自动焊的焊炬角度在整个焊接过程中都是相同的，因此打底时对于管口钝边的要求也就很高。考虑到平焊位置所承载熔池的能力，以及立焊、仰焊位置的熔透能力，管口钝边应为1.5～2.3mm。

在焊接过程中，虽然可以调节焊炬摆动频率及左右停留时间，但是随着摆动参数的逐步增大，焊接速度将不可避免地逐步减小。所以自动焊的坡口宽度必须加以限制，最大不宜大于12mm。当母材壁厚不大于10mm时，可以加工为30°±2.5°的单边V型坡口；当母材壁厚大于10mm，小于15mm时，应加工为复合坡口；当母材壁厚大于15mm时，就必须采用排焊。当使用复合坡口时，必须注意坡口两个角度交界处的圆滑过渡，过渡的越光滑，出现未熔缺陷的可能性就越低。这一点对于熟练的坡口机操作手来说，并不难。复合坡口见下图3.1.1。

图3.1.1

由于自动焊对于管口的加工要求极严，所以在野外管道施工过程中，推荐施工单位配备坡口机，以便保证坡口端面平整，表面光滑、不起鳞，钝边均匀，并可以根据工艺要求加工坡口角度，提高焊接质量及效率。

3.2管口组对

在进行管口组对前，应先进行清扫，确保管内无杂物方可。在组对前，管内外表面坡口两侧25mm范围内应使用钢丝刷清理至显现金属光泽为宜。

另外，由于自动焊的特殊性以及调节控制的局限性，所以应使用内对口器组对，以确保焊接质量，降低出现未熔、咬边等缺陷的可能性。

在组对时，对口间隙应控制在2～3mm之间。在焊接过程中，虽然由于管口上部先焊而受热膨胀，管口下部受挤压而有一定的收缩，但自动焊的焊接速度很快，其收缩量较小，所以上部对口间隙应略小于下部对口间隙。

管口组对错皮量应尽量往小控制。由于自动焊控制按钮较多，当管口错皮较大，焊机需要调节量较大时，焊工往往来不及调节，就已经焊过去了，从而出现未熔、咬边等缺陷，其调节性较半自动焊接或手工焊接差距大。所以为了避免出现这种情况，其错皮量宜控制在1mm以内，且应沿管口均匀分布。

自动焊的机头有一定高度，焊工操作也需要较大的操作空间，所以管子下部最低处应高于地面４５cm。但考虑到人的生理特点及施工效率，管子下部最低处不宜高于地面5０cm。

4．管口焊接

4.1一般规定

使用自动焊接，对于焊工的技能要求相对于手工焊接或半自动焊接低，但其培训还是必不可少的。另外，尽管自动焊接与手工焊接或半自动焊接有较明显差别，但手工焊接或半自动焊接的经验，有利于焊工快速熟练地掌握自动焊接技术。对于焊接技术人员，则要求相对较高。不仅要了解掌握自动焊的焊接特点，还要对于自动焊接设备熟悉。自动焊接设备不仅涉及到机械领域，而且还涉及到电子计算机领域，远较手工焊接或半自动焊接设备复杂。另外，由于M-300焊机是从美国进口，其内部的操作系统是全英文，所以每套焊接参数的输入、调用及修改，都必须由焊接技术人员来完成。