大口径UOE海管全自动焊接工艺

热输入 Q/kJ·cm-1 3.9～6.5 2.5～4.3 2.5～4.4 2.6～4.5 2.6～4.6 2.6～4.6 2.6～4.6 2.6～4.6 2.3～3.4
抗拉强度，符合标准要求。
试件 编号 A1 A2 A3 A4
表 2 拉伸试验结果 Tab.2 Tensile test result
Abstract：The stable and efficient welding process is particularly important for submarine pipeline welding quality and efficiency in
submarine pipeline laying. The submarine pipelines with the diameter of 711 and material of API X65 were assembled and welded using the independently developed double-torch and double- wire welding robot equipped with dedicated orbit. The proper welding parameters were obtained through a amount of experiments. The experimental results show the good welding seam forming. The UT inspection，tensile，side bend and nick-breaks text results all meet the API 1104-2005 standards.
HAN Suxin1，LUO Yu1，JIAO Xiangdong1，ZHOU Canfeng1，LIU Shuo2，WANG Guoqiang2，HU Sheng3 （1.Institution Engineering Research Center of Energy Engineering Advanced Joining Technology，Beijing Institute of Petrochemical Technology，Beijing 102617，China；2.Research Institute，Baoshan Iron & steel Co.，Ltd.，Shanghai 201900，China；3.College of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing University of Chemical Technology， Beijing 100029，China）
收 稿 日 期 ：2013－06－28；修 回 日 期 ：2014－07－10 基 金 项 目 ：国家自然科学基金资助项目（51305037）；国家自
然科学基金资助项目（51175046） 作 者 简 介：韩素新（1988—），男，河北人，硕士，主要从事焊接
自动化与智能化方面的研究工作。
·12· Electric Welding Machine
侧弯试样尺寸 230 mm×13 mm，且其长边缘磨 成圆角，试样各表面光滑平行，焊缝的内外表面余 高去除至与试件表面平齐。压头直径 90 mm，将试样 以焊缝为中心放置在下模上，焊缝表面与模具成 90°，施给上模压力，将试样压入下模内，直到试样 弯曲成近似 U 形。试样弯曲表面的焊缝和熔合区的 任何方向上都未发现任一裂纹或其他缺陷尺寸大 于公称壁厚的 1/2、或大于 3 mm。侧弯试验结果如 表 3 所示。
管道全位置焊接是由左右舷焊接机器人对称 分布在管道两端分别完成两个半周的焊接。在全位 置焊接过程中有平焊缝区、立焊区和仰焊区，为了 保证焊接质量和焊道厚度的均匀，需要匹配不同区 位的焊接工艺参数[4]。焊接工艺参数的调整范围如 表 1 所示。
4 试验结果
经外观检测，焊缝成形良好，焊道表面光滑。经 RT、UT 检测，焊缝无表面裂纹、内部无夹渣气孔等 缺陷，焊接质量良好，符合 API1104-2005 标准。对 焊缝试件进行宏观腐蚀，如图 4 所示。腐蚀后焊道分 层清晰，未发现任何缺陷，质量合格。
图 1 焊接小车工作示意 Fig.1 Working diagram of welding tractor
图 2 焊接位置分区 Fig.2 Welding positions district
2 坡口加工和组对
坡口采用特定的窄坡口形式，坡口角度 4°，钝边 2 mm。该窄坡口的设计比普通的 V 型坡口节省填 充熔敷金属，提高了焊接效率，控制了焊接成本，又 可以保证焊接质量，坡口的加工尺寸和组对如图 3 所示。坡口组 对 采 用 带 铜 衬 垫 的 内 对 口 器 ，坡 口 的 机械加工精度高，内对口器组对方便 、组对 精 度 高，可以有效防止错边等缺陷。焊接时要求组对间 隙为零。
Electric Welding Machine ·13·
专题讨论
第 44 卷
焊接 道次 封底焊 填充焊 1 填充焊 2 填充焊 3 填充焊 4 填充焊 5 填充焊 6 填充焊 7 盖面焊
焊接电流 I/A
240～260 200～220 200～225 205～225 205～225 205～230 205～230 205～230 190～210
山钢铁股份有限公司 研究院，上海 201900；3.北京化工大学 机电工程学院，北京 100029）
摘要：在海底管道铺设中，稳定、高效的焊接工艺对管道焊接质量和焊接效率尤为重要。 采用自主研
制的双炬双丝全位置焊接小车，配备专用轨道对 φ711 材质为 API X65 的海管进行组对焊接，经过大
量实验得到合适的焊接工艺。 实验结果表明，焊缝成形良好，经过 UT 检测合格，拉伸、侧弯和刻槽锤断
海底管线正朝着大口径和高级别的管线钢发展，研 究大口径、高级别的管线钢焊接工艺对海上铺管作 业具有重要的指导意义[1-2]。
1 海底管道焊接技术
为了提高焊接效率，国外率先开发了双炬双丝 焊接机器人，其代表产品主要有美国的 CRC-Evans、 法国的 Serimax、荷兰 Vermaat Technics 以 及 意 大 利的 Saipem 等[3]。本研究工艺试验采用的是自主研 制的双丝双炬焊接小车和专业轨道，焊接过程中需 要配备两台焊接小车，各自负责左舷位置和右舷位 置的焊接，每台焊接小车配备两台福尼斯 TPS4000 一元化电源。焊接小车工作示意如图 1 所示。在管 道全位置焊接过程中，由于焊接空间位置的变化，
wenku.baidu.com表 1 焊接工艺参数调节范围
Tab.1 Adjustment range of welding parameters
焊接电压
焊接速度
送丝速度
摆动频率
U/V
v/cm·min-1
v/m·min-1
/cps·min-1
27.0～29.0
70～100
11.0～14.0
180～200
23.0～26.0
80～110
第 44 卷 第 11 期 2014 年 11 月
Electric Welding Machine
Vol．44 No．11 Nov. 2014
韩素新 1，罗 雨 1，焦向东 1，周灿丰 1，刘 硕 2，王国强 2，胡 胜 3
（1.北京石油化工学院 能源工程先进连接技术北京高校工程研究中心，北京 102617；2.宝
试验均符合 API 1104-2005 标准。
关键词：UOE 海管；焊接工艺；力学性能；全自动焊接
中图分类号：TG409
文献标志码：A
文章编号：10 01－2303（2014）11－0012-04
DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2014.11.03
Automatic welding process research of large diameter UOE pipeline
规格
抗拉强度
断裂
/mm 28.6×25 28.6×25
Rm/MPa 598 590
位置 母材 母材
28.6×25
605
28.6×25
590
母材 焊缝
检验 结果 合格 合格 合格 合格
图 4 宏观腐蚀试件 Fig.4 Macroetching specimen
图 5 试样位置 Fig.5 Location of test specimen
根据 API1104-2005 标准，钢管直径大于 323.9 mm 且厚度大于 12.75 mm 的需要做 4 个拉伸试验、4 个 刻槽锤断试验和 8 个侧弯试验。其中对接接头焊接 工艺试验的试样位置如图 5 所示。
拉伸试样尺寸 230 mm×25 mm，通过机械切割 和机加工处理使试样边缘光滑及平行。拉伸试验在 拉伸试验机上进行，试验结果如表 2 所示，试样断 在母材或焊缝上，且抗拉强度大于管材规定的最小
Key words：UOE submarine pipeline；welding process；mechanical properties；automatic welding
0 前言
随着陆地油气资源的不断开采减少，沿海国家 早已把目光聚焦到海洋资源的开发上。海底管线作 为海上油气资源开发生产系统的主要组成部分，已 经成为一种广泛应用的有效运输手段。海底管道铺 设中常用的方法有焊条电弧焊、半自动化焊接和自 动化焊接。铺管作业在海上的费用高昂，高效稳定 的自动化焊接才能保证铺管效率和焊接质量。目前， X65 管材已经广泛应用于我国的海底管线建设中，
图 3 坡口加工尺寸与组对 Fig.3 Groove size and assembling
3 焊接试验
焊接试验采用熔化极气体保护全自动焊接，多 层、多道焊接，焊接位置为 5G，焊接方法为下向焊， 电流极性为直流正接（DCEP）。管材为 API 5L X65 管线钢，规格 φ711 mm×28.6 mm。焊前对坡口进行 除油和除锈处理。采用感应加热，预热坡口，预热温度 80 ℃~100 ℃，并采用数字测温仪实时检测。保护气 体 φ（CO）2 50%+φ（Ar）50%，保护气体流量 50～60 L/min。 打底焊和填充材料为AWS A5.18 ER70S-6，焊丝直 径 1.0 mm。焊接电源采用的福尼斯TPS4000一元化 电源，电源外特性为缓降特性。
表 3 侧弯试验结果 Tab.3 Side bend test result
试件 编号 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8
规格 压头直径 /mm D/mm 28.6×13 90 28.6×13 90 28.6×13 90 28.6×13 90 28.6×13 90 28.6×13 90 28.6×13 90 28.6×13 90
专题讨论
韩素新等：大口径 UOE 海管全自动焊接工艺
第 11 期
焊接电流、焊接电压、送丝速度、焊接速度以及摆动 频率需要调节，所以将管道的左边和右边分别划分 12 个区位，将焊接工艺参数输入到区位控制系 统 中，由主控单元差值计算并平滑过渡得到不同区位 工艺参数，左舷和右舷焊车采用向下焊方式分别完 成左边和右边的焊接。焊接位置分区如图 2 所示。
9.0～11.5
180～200
23.0～26.5
80～110
9.0～11.5
180～200
22.0～24.0
90～110
8.0～10.0
180～200
摆动宽度 /mm
0.4～0.8 0.6～1.1 1.1～1.4 1.4～1.6 1.6～1.8 1.8～2.0 2.0～2.5 2.3～2.7 3.0～3.6
弯曲 弯曲 角度（/ °） 类型
180 侧弯 180 侧弯 180 侧弯 180 侧弯 180 侧弯 180 侧弯 180 侧弯 180 侧弯
8.5～11.0
180～200
23.0～26.0
80～110
8.5～11.0
180～200
23.0～26.5
80～110
9.0～11.5
180～200
23.0～26.5
80～110
9.0～11.5
180～200
23.0～26.5
80～110
9.0～11.5
180～200
23.0～26.5
80～110