CN1238148C - 全自动外焊机焊接管道的焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及管道全自动焊接工艺，特别是全自动外焊机焊接管道的焊接工艺，对焊件管道进行常规检查，并进行环境维护和设备调试；将焊接工艺参数存入自动外焊机小车控制盒内，将管道管口端面加工好复合坡口的管口进行相对，全自动外焊机按照本工艺的焊接参数进行焊接，其焊机行走、摆动、送丝、混合保护气体均由控制盒自动控制，自动焊接，依照特定的工艺条件，调整焊接参数，由Ar气和CO2混合气体对电弧熔池的保护，避免了焊缝渗碳，保证了焊缝的冲击韧性。本焊接工艺焊接速度快，在同样工况下，比半自动焊接工艺可以减少1/3的焊接时间，工效高，成本低，焊缝质量好，焊接质量各项指标均符合有关标准。
Description
技术领域：本发明涉及管道全自动焊接工艺，特别是全自动外焊机焊接管道的焊接工艺。
背景技术：在管道焊接方面，国内目前主要运用手工焊接及半自动焊接工艺，全自动焊接并未大量采用。国内已投入使用的全自动焊接工艺实际上是全自动填充和盖面，而打底是半自动焊接。这主要是因为在仰焊部位打底时，会产生内凹缺陷。国外的自动焊接工艺的坡口形式采用U型坡口，而且焊接的管道之间组对时没有对口间隙，所以焊接过程中他们采用纯CO2气体保护，对熔池和熔池周围形成CO2的气笼，罩住待焊点，以保护电弧和熔化的金属。这样虽然可以减少填充量，焊接时间及成本，但是由于CO2保护气体可以使焊缝渗碳，导致焊缝的韧性降低，使焊缝的冲击性能会受到不利影响。
发明内容：本发明的目的在于提供一种全自动外焊机焊接管道的焊接工艺，整套焊接工艺全部采用自动焊接，以保证焊接过程稳定控制，确保对电弧和熔池的有效保护，避免焊缝渗碳，保证焊缝的冲击韧性，保证焊接质量，减少焊接时间。
本发明的目的是这样实现的：一种全自动外焊机焊接管道的焊接工艺，它包括根焊层的焊接、填充焊层的焊接和盖面焊层的焊接，并且包括以下步骤：对焊件管道进行常规检查，并进行环境维护和设备调试；将焊接工艺参数存入自动外焊机小车控制盒内；将待焊接的管道管口端面用机加工加工坡口，将加工好坡口的管道进行组对和清洁；检查焊接轨道和装载焊接小车；对焊接的管道执行焊前加热规范，按本工艺的焊接参数进行焊接，其焊机行走、摆动、送丝、保护气体均由控制盒自动控制，其特征在于所述的焊接工艺参数的根焊层的焊接工艺参数如下：根焊层采用JM-58，焊丝Φ1.2mm，焊接电流基值80-90A，峰值385-395A，焊接电压14-25V，送丝速度250-350cm/min，焊接速度12-20cm/min，焊丝伸出长度2-8mm，摆幅4-10档，摆速150-220次/分，左右停留时间为2-6ms；保护气体的配比为Ar75-85％，CO215-25％，流量16-20L/min。
采用本发明的全自动外焊机焊接管道的焊接工艺，用于焊接管道外径为305-2350mm的管道连接焊接作业，其技术上的优点包括：
1、由于整套焊接工艺全部采用自动控制、自动焊接，充分显现了全自动外焊机焊接管道的焊接方法焊接速度块的优点，在同样工况下，比半自动焊接工艺可以减少三分之一的焊接时间，大大提高了工作效率，显著地降低了作业成本。
2、由于本工艺采用Ar和CO2混合气体时电弧熔池保护，避免了焊缝渗碳，保证了焊缝的冲击韧性。
3、提高了焊接质量，采用本发明工艺所焊的焊缝具有层间焊肉平整、各层焊缝边缘熔合良好。由于整套焊接工艺全部采用自动焊接，保证了焊接质量的稳定可靠。
附图说明：图1为管道口复合坡口结构示意图，图2为管口组对焊接焊缝层结构示意图。
具体实施方式：1、加工坡口，管材材质为X70钢，管径为Φ1016×14.6(mm)，坡口形状选用复合坡口，采用坡口机加工。如图1所示，将管道端面用坡口加工机加工成复合坡口，复合坡口为管道口1的里侧带有钝边2，在钝边2的上面有两条不同斜度的斜边3、4相连接构成的坡口，其上部的斜边4与垂直线的夹角为13°-15°，其下部的斜边3与垂直线的夹角为27°-33°，管口钝边2的高度为1.2-2.3mm。
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的逐步减小。所以自动焊的坡口宽度必须加以限制，管端面加工坡口为不含内衬垫的外根焊坡口，坡口的形式：当管壁厚不大于10mm时，可以加工为30°±2.5°的单边V形坡口；当管壁厚度为10-15mm时采用复合坡口；当管壁厚度大于15mm时，采用J形坡口。当使用复合坡口时，必须注意坡口两条斜边交界处的圆滑过渡，过渡的越圆滑，出现未熔缺陷的可能性就越低。加工的坡口端面必须平整，表面光滑，不起麟，钝边均匀。
2、管口组对，在进行管道的管口组对前，应先进行清扫，确保管内无杂物。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出金属光泽为宜。管道进行组对的管口组对间隙为2-3mm，管口组对径向误差＜1.5mm。因为管口组对径向误差较大，自动焊机需要调节量较大，焊工施焊时，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。如图2所示，管口组对焊接焊缝焊层结构示意图，图中5为根焊层，6为第一填充焊层，7为第二填充焊层，8为第三填充焊层，9为盖面焊层。
3、焊接工艺步骤
(1)焊前检查
焊接设备和器具：①焊接机采用STT-II电源+CRC M-300自动外焊机打底，DC400电源+CRC M-300自动外焊机填充盖面。②气瓶，检查线路是否接好，调试设备，保证焊接电路正常。将焊接工艺参数存入自动外焊机小车控制盒内，焊接工艺参数主要包括：焊接速度、送丝速度、摆动频率、摆幅、左右停留时间等参数。检查焊接轨道，确保小车行走通畅。检查气瓶压力和保证气路畅通。
焊接材料：焊丝牌号JM-58，JM-68；直径Φ1.2，Φ0.9，气体：Ar气和CO2气体，纯度≥99.5％。
(2)焊接操作，焊前管口预热至100℃-150℃。根焊层焊接，焊接参数选择如下：
焊丝牌号：锦泰JM-58，焊丝规格Φ1.2mm，焊接电压14-25V，焊接电流峰值385-395A，基值80-90A，焊接速度12-20cm/min，送丝速度250-350cm/min，焊丝伸出长度2-8mm，摆幅4-10档，摆速150-220次/分，左右停留时间2-6ms，气体配比：75％Ar+25％CO2，气体流量16-20L/min。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；旋转焊接速度旋钮，使其达到焊接工艺规程要求，即可开始焊接作业。在焊接中，可以通过小车控制盒上的增减按键及焊接速度旋钮适时修改焊接参数。自动焊的焊炬角度在整个焊接过程都是相同的，因此打底焊时对于管口钝边的要求比较高。根焊打底焊接是整个焊接过程中焊速最难控制的，尤其是平焊位置若是过快就易穿丝，但若是过慢又易出现焊瘤，这就需要焊工通过对熔池的观察来随时进行调节。过了平焊位置，焊接速度就可以逐渐加快。在仰焊位置是由于自重的影响，容易出现内凹缺陷，这可以通过减少焊丝伸长及适当加快焊接速度来解决。
第一填充焊层焊接，焊接参数选择如下：
焊丝牌号：锦泰JM-68，焊丝规格Φ0.9mm，焊接电压18-26V，焊接电流180-240A，焊接速度18-25cm/min，送丝速度850-950cm/min，摆幅16-20档，摆速100-130次/分，焊丝伸出长度9-12mm，左右停留时间8-18ms，气体配比：80％Ar+20％CO2，气体流量16-20L/min。
第二和第三填充焊层焊接，焊接参数选择如下：
焊丝牌号：锦泰JM-68，焊丝规格Φ0.9mm，焊接电压18-26V，焊接电流180-240A，焊接速度18-25cm/min，第二和第三填充焊层的送丝速度950-1100cm/min，摆幅：其中第二填充焊层为18-24档，第三填充焊层为28-32档，摆速：第二、第三填充焊层都为100-130次/分，左右停留时间8-18ms，焊丝伸出长度：其中第二填充焊层为9-12mm，第三填充焊层为8-10mm，第二和第三填充焊层的气体配比：80％Ar+20％CO2，气体流量16-20L/min。
盖面焊层焊接，焊接参数选择如下：
焊丝牌号：锦泰JM-68，焊丝规格Φ0.9mm，焊接电压18-26V，焊接电流150-220A，焊接速度18-22cm/min，送丝速度900-1050cm/min，摆幅32-36档，摆速100-130次/分，左右停留时间2-10ms，焊丝伸出长度6-8mm，气体配比：80％Ar+20％CO2，气体流量16-20L/min。
上述实施例焊接参数及其它参数见下附表
附表
| 工艺参数 | 焊层 | ||||
| 根焊 | 填充1 | 填充2 | 填充3 | 盖面 | |
| 焊丝牌号 | 锦泰JM-58 | 锦泰JM-68 | 锦泰JM-68 | 锦泰JM-68 | 锦泰JM-68 |
| 焊丝规格(mm) | Φ1.2 | Φ0.9 | Φ0.9 | Φ0.9 | Φ0.9 |
| 电压(V) | 14-25 | 18-26 | 18-26 | 18-26 | 18-26 |
| 电流(A) | 385-395，基80-90 | 180-240 | 180-240 | 180-240 | 150-220 |
| 焊接速度(cm/min) | 12-20 | 18-25 | 18-25 | 18-25 | 18-22 |
| 送丝速度(cm/min) | 250-350 | 850-950 | 950-1100 | 950-1100 | 900-1050 |
| 摆幅摆速(次/分) | 4-10档150-220 | 1620档100-130 | 18-24档100-130 | 28-32档100-130 | 32-36档100-130 |
| 左右停留时间(ms) | 2-6 | 8-18 | 8-18 | 8-18 | 2-10 |
| 焊丝伸出长度(mm) | 2-8 | 9-12 | 9-12 | 8-10 | 6-8 |
| 气体配比 | 75％Ar+25％CO2 | 80％Ar+20％CO2 | 80％Ar+20％CO2 | 80％Ar+20％CO2 | 80％Ar+2％CO2 |
| 气体流量(L/min) | 16-20 | 16-20 | 16-20 | 16-20 | 16-20 |
| 极性 | DC+ | DC+ | DC+ | DC+ | DC+ |
| 注：DC+表示焊丝接正 | |||||
在盖面焊层焊接过程中，仰焊最难掌握。一方面由于熔池自身重力的作用，熔池往下坠，所以必须将焊接速度调大。但这样一来，摆动频率以及摆幅就相对地减小了，使得仰焊难成型，并且容易出现未熔合、咬边等缺陷。因此在调大焊接速度的同时，还应调大摆动频率及摆幅。这就要求焊工对自动焊机的调节控制按钮的操作极为熟练。
上述管口组对，采用本发明方法及所属工艺参数要求焊接后，对焊缝经外观检查，焊缝外观成型均匀一致，焊缝及其附近表面上无裂纹，未熔合、气孔、夹渣等缺陷；焊缝表面余高可控制在0-2.0mm以内，焊后错边量小于1/8管壁厚；焊缝宽度比外表面坡口每侧增加0.5-2.0mm，咬边深度不超过0.5mm。
外观检查合格后进行无损检测，符合《西气东输管道工程管道对焊接缝射线检测标准》、符合《西气东输管道工程管道对接焊缝全自动超声波探伤检测标准》。经力学性能试验，其强度、冷弯、冲击韧性都符合西气东输Q/SYXO4-2001标准要求。
Claims (5)
1.一种全自动外焊机焊接管道的焊接工艺，它包括根焊层的焊接、填充焊层的焊接和盖面焊层的焊接，并且包括以下步骤：对焊件管道进行常规检查，并进行环境维护和设备调试；将焊接工艺参数存入自动外焊机小车控制盒内；将待焊接的管道管口端面用机加工加工坡口，将加工好坡口的管道进行组对和清洁；检查焊接轨道和装载焊接小车；对焊接的管道执行焊前加热规范，按本工艺的焊接参数进行焊接，其焊机行走、摆动、送丝、保护气体均由控制盒自动控制，其特征在于所述的焊接工艺参数的根焊层的焊接工艺参数如下：根焊层采用JM-58，焊丝Φ1.2mm，焊接电流基值80-90A，峰值385-395A，焊接电压14-25V，送丝速度250-350cm/min，焊接速度12-20cm/min，焊丝伸出长度2-8mm，摆幅4-10档，摆速150-220次/分，左右停留时间为2-6ms；保护气体的配比为Ar75-85％，CO215-25％，流量16-20L/min。
2.根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于管道管口端面加工的坡口为不含内衬垫的外根焊坡口，坡口形式为复合坡口、V形坡口或J形坡口。
3.根据权利要求2所述的焊接工艺，其特征在于复合坡口为管道口(1)的里侧带有钝边(2)，在钝边(2)的上面有两条不同斜度的斜边(3，4)相连接构成的坡口，其上部的斜边(4)与垂直线的夹角为13°-15°，其下部的斜边(3)与垂直线的夹角为27°-33°，管口钝边(2)的高度为1.2-2.3mm。
4.根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于管道进行组对的管口组对径向误差＜1.5mm。
5.根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于管道进行组对的管口组对间隙为2-3mm。
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