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直缝埋弧焊钢管预焊技术
在管线建设中,油气长输管道正向着大口径高压力输送和海底管道厚壁化方向发展,越来越多的管线要求采用直缝埋弧焊钢管。随着我国几条大直缝埋弧焊钢管生产线的引进投产,掌握先进的直缝
埋弧焊焊接技术显得尤其重要。本文主要介绍直缝埋弧焊钢管的预焊技术。
1. 预焊技术现状
预焊是直缝埋弧焊钢管的焊接工艺组成部分,它将成型缝沿全长进行“浅焊”,是直缝埋弧焊钢管生产中的特殊工序之一。
在早期的直缝埋弧焊钢管生产中没有预焊,直到第二代UOE焊管机组中才开始出现了预焊机,但此时的预焊为间断式焊接,间距约300mm,到了UOE焊管机组发展的第三代(1968~1979年问),预焊得到
了极大的重视和发展,已将不连续方式变为连续方式,此阶段的预焊技术为现代预焊技术奠定了基础。
现代预焊技术采用了连续的、高速的气体保护焊(MAG)方式和焊缝激光跟踪,焊速可达到7 m/min,焊道成型平直美观。就MAG焊而言,目前有两种方法:一种是美国和德国等国家采用的单丝双电源
的大电流高速气体保护预焊,另一种是日本采用的双丝高速气体保护预焊。目前应用较多者为单丝高速气体保护预焊,我国从德国引进的两条直缝埋弧焊钢管生产线中预焊都是采用此种方法。
从钢管的质量标准中也可反映出预焊技术的发展,在最新的有关海洋、低温和酸性条件用管标准IS03183—3和GB/T9711.3的6.3款中,已明确提出不允许采用断续点焊,说明了预焊方式对钢管质量的重要性。
2. 预焊工艺
2.1 预焊工艺过程
预焊时,先将钢管管坯进行合缝,随后进行连续气体保护焊,在焊接同时进行焊缝状态和焊接质量的监测和反馈。具体工艺过程为:进口辊道接受管坯--调整管坯开口位置--输送装置递送管坯叶管坯合缝--确认合缝质量--焊枪下降准备焊接--启动激光跟踪器进行跟踪--打开保护气体及冷却水阀--启动焊接(管坯以焊接速度进给)_--到终端熄弧停焊--滞后关断保护气体--焊枪上升回位--管坯传往下道工序。到此,一个预焊周期完成。
在上述工序中,调整管坯的开口位置,是指将开口缝位置调整到要求位置,一般是12点钟位置,此项工作可通过电控系统中摄像监视系统进行。确认合缝质量,就是对合缝的错边量、合缝的间隙等
进行确认,只有确认后才可进行合缝的跟踪和焊接。为了保证焊接质量,在焊接启动前,检查专用焊枪,及时清理焊枪上的飞溅物,可适当喷些防飞溅剂。预焊的启弧和熄弧一般在启弧板和熄弧板上进行。管端约80mm范围内的成型缝在预焊结束后通过手工气体保护焊进行焊接。
2.2 预焊质量
预焊质量包括合缝质量和焊缝质量。
(1)合缝(也即成型缝)无错边或错边小于规定值,一般规定错边量≤板厚的8%,最大不超过1.5mm。
(2)要保证焊缝有适宜的熔透深度和熔敷量,既要保证焊后不开裂,不产生烧穿现象,又要控制焊缝高度,对外焊焊缝余高不产生影响。
(3)焊道连续,成型良好,以利于保证最后的外焊质量。
(4)焊缝不存在焊偏、气孔、裂纹、夹渣、烧穿及背面焊瘤等缺陷,要求焊缝中心偏差≤1 mm。
(5)无电弧灼伤,飞溅小,不影响管端坡口及表面质量。
(6)焊缝与母材匹配,焊缝金属理化性能达到质量要求。
2.3焊接材料及规范
(1)保护气体。
预焊所用的保护气体基本上可以与常规的CO:/MAG焊相同,纯CO:气体虽然可进行焊接,但为了减少飞溅,改善焊缝成型, 以利后续焊接工序,仍然推荐富氩气混合气体,并加大氩气的
配比。当焊速大于4m/min时,其保护气可采用三元混合气体(Ar+CO:+0:),该工艺过程即属于“大电流MAG焊”。
(2)焊丝。
同保护气体一样,预焊可以采用H08Mn2SiA等常规焊丝,但对于管线钢的预焊应采用专用焊丝,如X70钢采用MD82焊丝。针对不同的壁厚,可以选择西2.5mm、th3.2 mm、64.0 mm等不同直径的焊丝。
(3)焊接规范。
一般通过试验进行确定。对于不同规格的焊丝,当焊接线能量处于一定范围内、焊缝具有良好外观成型的同时,兼有较佳的理化性能。以舭.0mm焊丝为例,当线能量在3.5 ~4.0 kJ/
cm时,焊缝外观及理化性能均处于理想状态。
3. 预焊设备
预焊设备主要包括机械系统、液压系统、焊接系统、电控系统等部分。
3.1机械系统
机械系统是设备的主体,包括进出口辊道、驱动装置、合缝装置、内扩导向装置等,它实现管坯的合缝、输送。
(1)进出口辊道。进出口辊道完成管坯的接授、输送、开口缝位置调整等功能。根据预焊工艺 要求,管坯的下底标高不变,因此要求进出口辊道开口能根据钢管规格进行调节。
(2)驱动装置。预焊机一般采用焊枪固定、管坯移动方式。驱动装置实现管坯合缝和焊接时 的输送。根据预焊工艺要求,焊接速度连续可调,调节后稳定可靠,此要求也就是对驱动装置的驱动要求,因此一般采用直流调速电机。传动方式一般采用链传动。通过安装在传动链上的推块推动管坯连续进给。
(3)合缝装置。合缝装置完成管坯的收缩挤压合缝。为了适应妒06~thl422 mm(或咖1 625
mm)的管径范围,一般设计7~9组压辊对管坯进行控制,保证管坯合缝为一个理想的圆形合缝。装置包括机架、环形架、合缝压辊等,见图1。环形架可沿机架上下移动,从而保证管底下表面标高不变。合缝压辊实现对管坯的挤压合缝。每组压辊可沿环形架圆周方向移动。根据不同的管径,调整不同的辊梁夹角。每组压辊也可径向调节,以适应不同的钢管规格。为了保证管坯合缝的稳定,每组压辊在周向利用弹簧力锁紧,钢管换规格调型时再利用液压力开锁;其径向依靠液压力锁紧,保证合缝质量。
(4)内扩导向装置。内扩导向装置安装在机架管坯进口侧,用于对管坯内腔的支撑,减少错边 量,提高合缝质量,主要用于薄壁管。
3.2液压系统
液压系统完成机械系统的部分功能。一般液压系统设计有一集中的液压站,通过管道与合缝辊的周向松锁缸、径向退让保护缸、进出口辊道开口调整机构油缸等相联,以满足工艺对这些执行元件的
要求。
3.3焊接系统
焊接系统采用MAG焊连续焊接。主要包括焊机、专用焊枪、水冷系统、送丝系统、送气系统、地线装置和焊接操作机等。
为了满足大电流、高速焊接的要求,可采用两台DC一1000林肯焊机并联使用。送丝系统可采用与焊机相配套的NA一3送丝机构。专用焊枪采用喷嘴与导电杆分别冷却的双水冷式,保证焊接的稳定与使
用寿命。送气系统选用三元气体(Ar+CO:+O:)配比器,并带有流量检测开关。焊接操作机用来固定专用焊枪、激光跟踪机构等,根据钢管规格、焊点位置可以作纵向和上下位置调节。
3.4电控系统
电控系统实现对整个预焊区的控制,是一个由现场总路线构成的分布式控制系统(rCS)。主站可采用西门子s7系列作为控制中心,协调各个从站的动作。控制系统实现下列功能:
(1)焊接操作机的控制。由电机拖动,实现操作机横梁的升降和伸缩运动。
(2)焊接过程控制。采用程序控制器结合焊机本身的控制,实现对焊接过程的控制。
(3)摄像监视系统的控制。能够保证焊接过程中清楚地观察焊丝对缝及焊接进行的情况。
(4)激光跟踪的控制。进口激光跟踪,实现高速预焊的焊缝自动跟踪,同时,能够检测合缝的错边量,当错边量超标时,及时报警。
(5)断弧检测及控制。检测焊接过程中的焊接电流、电弧电压,信号综合后获取断弧信号,当检测到断弧时,自动停止焊接过程。
(6)气体流量的控制。在混流排出口处安装流量计,将信号引入控制系统,当气体流量不足时实现报警并停止焊接过程。
4. 预焊常见问题及处理措施预焊作业中常常出现错边、背面焊瘤、烧穿、气孔、飞溅、焊缝成型差等缺陷。
(1)错边。
这是预焊中最常见问题,错边超差,直接导致钢管的降级或报废。所以,预焊时要 求严格控制错边量。当整根或大半根钢管坯出现 错边超差时,一般是由于:①开口缝调整不到位 (合缝偏
向一侧);②合缝压辊调整不到位(压辊的周向角度不对,或以管坯中心线为轴线,左右压辊不对称,或相对的压辊的径向伸长量不一致),没有压圆;③预弯边没有预弯到位,板边存在直边现象所致。当管坯的头或尾出现错边超差时,一般是由于:①进出口辊道的位置不对;②环形架中心不对;③合缝压辊压圆不好,个别压辊位置偏差;④成型不好(成型后的管坯两边高低相差较 大;⑤开口缝宽在150 mill以上);⑥液压系统压力波动所致。
(2)背面焊瘤、烧穿。
背面焊瘤,若清除,耗时,影响生产过程的正常进行;不清除,影响内焊焊接成型及内焊焊缝的跟踪。烧穿,影响内外焊质量,需填补。产生背面焊瘤和烧穿的原因,一般是:①合
缝不紧,也有可能是液压系统压力过低;②成型不好,圆度偏差大;③预焊工艺参数选择不当。一定的焊接电流和电弧电压要配以适当的焊接速度,线能量过大或焊速过低,都易产生背面焊 瘤和烧穿。
(3)气孔。
预焊焊缝气孑L导致内外焊的内部缺陷。预焊焊缝产生气孔,一般是由于:①保护气体质量不佳,如含有水分,压力流量不够等旧3;②焊枪出现部分堵塞,保护气体形成的气罩不均,有害气体搅入;③坡口上有锈蚀、油污等所。 (4)焊缝成型差。焊缝成型差,影响后序的内封性能,确保了管体和管件之间不会因松动引起 渗漏。(2)DNl25~DN600的衬塑复合钢管因口径较大,拧紧螺纹较困难,故采用沟槽式管接头连接,执行CJ/T156标准。我公司生产的沟槽式管接头¨j,出厂前承受过3.75 MPa的耐压试验、0.08 MPa的真空试验和使用压力1.5倍的气压试验。

 
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