大型管道全位置焊接参数设置优化

大型管道全位置焊接参数设置优化

发表时间：2018-10-01T10:55:52.473Z 来源：《电力设备》2018年第16期作者：田威威

[导读] 摘要：对于大型管道焊接施工，采用机械化焊接比人工焊接效率更高，效益更好。

（中国能源浙江火电建设有限公司浙江省杭州市 310000）

摘要：对于大型管道焊接施工，采用机械化焊接比人工焊接效率更高，效益更好。本文优化设计了一种大型管道全位置焊接参数设置的方法，可较好的解决大型管道机械化焊接过程中质量不一致的问题。

关键词：管道机械化焊接、焊接参数设置

前言

随着我国城市化建设的快速发展，城市地下管网施工质量的好坏直接影响着城市的健康发展。提升地下管网中的大型金属管道铺设质量和铺设效率成了工程人孜孜不倦的追求。近年来机械化焊接技术不断应用到大型金属管道的焊接施工中，但焊接质量并不尽如人意。本文描述了一种大型管道全位置焊接参数设置的方法，为大型管道的焊接质量提升起到了积极效果。

1.管道焊接质量影响因素

1.1人员因素

焊工需持证焊接，且焊接管径在焊工资格范围覆盖之内；技术员应熟悉焊接需执行的标准，按照经评定合格的工艺进行技术参数确定。焊工及技术员应熟悉机械化焊接的设备及参数调整方法。

1.2设备因素

机械化焊接对焊接设备依赖性较高，故选用的行走设备和焊接电源应具有较强抗干扰能力，能够适应野外环境。行走设备及焊接电源应可以不中断焊接进行实时调整。设备送丝、送气、行走、定位、限位等机构应每日检查，出现问题应及时修理或更换。

1.3焊接材料因素

焊接材料是影响焊接质量的重中之重，根据设计要求选定与管道材料相匹配的焊材，尽量选择大型生产厂家的焊材。焊材需有厂家质量证明，有要求的情况应按要求进行复验。

1.4工艺因素

工艺参数评定合格之前，不得焊接。自动焊或机械化焊接时，需调整的工艺参数较多，应加强焊接过程监控，发现问题及时停机调整。

1.5环境因素

大型管道大多在野外施工，环境多变，在雨雪大风天气应尽量不要进行焊接施工，若要进行焊接，需在现场施工区域提供一定的庇护场所保护焊接环境。

2.管道焊接技术

2.1手工焊

大型管道焊接的时候，大多数施工现场仍采用手工焊接。原因是手工焊接设备简单，便于携带和野外使用。焊材常使用直段焊丝和药皮焊条。

2.2机械化焊

机械化焊是指采用辅助机械装置进行夹持或轨迹行走进行辅助的焊接方法。设备相对手工焊多了夹持机构、摆动机构、行走机构。常焊材常采用盘状实心焊丝或药芯焊丝。对于不同规格的管道，轨道机构调整

2.3自动焊

基本完全实现的自主化焊接的设备，如自动焊接机械臂，自动寻迹、激光跟踪、实时调整焊接参数等均可简单实现。优点是对于批量化规格单一的焊接效率很高，一旦焊接对象变化较大，就需要重新编程进行调整。由于设备较为昂贵和复杂，对于野外施工来讲，自动化焊接基本不具备条件。

3.机械化焊接工艺参数设置优化

焊接工艺参数主要包括：焊接电流、焊接电压、焊接小车的行走速度、送丝速度、焊枪的左右摆动速度、焊枪摆动到两端的停留时间等。

管道环缝全位置机械化焊接的过程为：一般先从管道的最下方开始焊接，按照顺时针或者逆时针方向焊接到管道的最上方，完成管道的半个圆周环缝焊接。在这一过程中，焊接熔池的状态是从仰焊到立焊再到平焊，为了使在不同的状态下均能够焊接出合格的环缝，要求管道全位置自动焊机的焊接速度、送丝速度、摆动宽度、摆动速度、焊接电压和焊接电流都要随着状态的变化而变化，本文优化了焊接工艺参数的设置，使其可以连续变化调节。

考虑到管道对接缝隙以及坡口会有不规则的情况出现，比如缝隙的突然加大或者坡口的突然变窄，在控制系统中增加了人为随时干预功能，就是在焊接过程中遇到条件突变的情况，尤其是法兰与管道之间的配合缝隙变化比较大的情况下，无需停止焊接过程，直接增加或减小焊枪头的摆动宽度、调整焊枪头的左右位置、增加或减少焊接小车的行走速度或者增加或减小焊接电流电压等。

焊接参数的优化调整原理是：将管道的圆周分为左、右2个半圆，然后将2个半圆沿顺时针、逆时针方向等分，将焊缝按180沿扇形区平均分成6份，每30每为一份，确定7个焊接节点。再通过试验得出焊缝的每个节点处的理想焊接参数。根据这些实验数据，以焊接小车的位置作为自变量，拟合各工艺参数的变化函数曲线，然后进行编程，这样，在焊接过程中当焊接小车位置（即自变量）发生变化时，由计算机运行程序对各焊接参数均随位置进行实时连续变化调节。

对于理想的管道对接焊缝（或法兰与管道的对接焊缝）来说，在开始焊接时，只需进行简单的初始设置，控制系统就会控制焊机完成管道一侧半圆的焊接。但实际焊接与试验时的数据并不完全相同，外界的温度、湿度或者风速发生变化时，都会对焊接质量产生一定的影响，机械化焊对风速比较敏感，所以在控制系统中增加了人为干涉功能。

在实际焊接时，每调节一个焊接工艺参数上述所有焊接工艺参数均同时调节，从而确保调节过程的准确性。当焊接小车从管道底部开始焊接，焊接小车的位置也随之发生变化，随着焊接小车位置检测机构测得的位置数据，焊接工艺参数就按照预先拟合的变化函数关系所

确定的数值，控制着焊接装置进行焊接。对于这样多参数之间复杂的关联变化关系，采用传统的模拟和逻辑控制是难以实现的。如果采用模拟和逻辑控制系统，那么每增加一种功能控制都要增加很多元器件，不仅会大幅度提高焊机成本，而且焊机的性能和可靠性会随元器件的增加而急剧下降，很难将多种焊接功能综合到一台焊机中，并且不易实现各参数的协同控制。采用全数字化控制技术，使焊机的各功能依靠软件来实现，建立基于DSP（Digitalsignalprocessor）的高速控制系统，提高了控制的敏感度，它的精度仅仅与模-数转化的量化误差及系统有限字长有关，并且采用了高频软开关技术，大大提高了焊机的动态响应速度，获得很高的控制精度，实现了各焊接工艺的不同焊接参数与送丝速度的良好协同控制，并能及时发现和纠正主变偏磁，有效避免焊机因主变偏磁而损坏，大大提高了可靠性。

此外对于数字化焊机来说，增加焊机功能只需改变其软件即可，各功能模块相互独立，可以很容易地实现各种焊接方式之间的切换控制，比如在药芯焊丝气保焊接工艺与实心焊丝气保焊接工艺之间的的切换，只需在初始化设置时选择即可；每种功能都具有很多可调参数，用户既可以采用系统默认的参数非常方便地设置焊机，又可以根据不同的焊接要求调整焊机，达到最佳焊接效果。

4.质量控制

焊接质量的控制除了依靠焊接工艺参数的优化，还需要焊接人员对工艺实施过程的控制。如焊接轨道若安装不良，会导致机头在行走过程中发生抖动导致焊口熔穿或未熔合等缺陷。施工现场需做好防风措施，当风速超过2m/s时会破坏熔池上的气室出现气孔缺陷。对于不锈钢管道的焊接充氩流量的设置需要按照经验数据进行调整，特别是仰焊位置，由于熔池本身重力的影响与充氩气室内氩气压力的叠加是造成内凹的原因之一。

结束语

焊接单位要运用科学、合理的焊接设备和工艺，严格遵守相关的规章制度和操作规范，提高焊接人员专业素质，全面而系统地保证管道焊接的质量，从而实现高效益高质量的生产防止出现质量安全事故。

参考文献

[1]宋凤英.提高管道焊接质量的主要措施[J].石油和化工标准.2013（09）：12-14.

[2]刘晶.油田管道焊接工艺技术及质量控制措施[J].科技展望.2015（13）；81.