提高螺旋焊管焊缝质量的工艺措施

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摘要：分析影响螺旋焊管焊缝质量的因素，介绍现场施工中为改善焊缝质量所采取的工艺措施，如改善施工条件、优化焊接工艺、选取合理的焊丝形位参数、提高成型缝的质量等，以提高焊管的焊缝质量。

关键词：螺旋埋弧焊管；施工环境；焊接工艺参数；焊丝形位参数；成型缝质量

Abstract: analysis on spiral welded pipe welding quality factors, this paper introduces the construction site to improve the welding quality to process measures, such as improving the construction condition, optimization of welding technology, select the reasonable welding wire form parameters, improve the quality of the seam molding etc, in order to improve the welded pipe welding quality.

Keywords: spiral submerged arc welding tube; Construction environment; Welding process parameters; Welding wire form parameters; Molding seam quality

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

前 言

随着科学技术的发展，螺旋焊管被广泛的运用于隧道、码头、桥梁等工程施工中，特别是大直径焊管的使用，近年来，越来越多的工程中采用螺旋焊管。

2011年我公司承建巴基斯坦深水港码头施工中的2.5m的大直径焊管。该焊管用于码头前排桩基，由国外咨工验收，焊缝质量要求较高，焊缝余高控制在0~2mm范围内，焊道与管体母材必须平滑过渡。为了满足客户的要求，我们通常要求焊道与母材的平滑过渡要求为过渡角为大于120O 的钝角。(见图1)

图1 过渡平滑的焊道

螺旋焊管的焊接特点是边成型变焊接，焊接过程是在曲面上完成的，焊缝成型较直缝困难，易出现偏流现象，导致过渡陡峭（图2）及造成焊缝内部不融合。

图2 陡峭过渡的焊道

1焊缝质量的影响因素

影响螺旋焊管焊缝质量的因素较多，根据生产中的经验，主要包括原材料、焊接工艺参数、焊丝形位参数、以及成型缝质量等多方面的综合因素。

1.1施工环境

由于施工地处于海边，气候比较潮湿，并且生产车间是露天作业，钢带中不仅水份含量高，且表面锈蚀程度严重，这些因素对焊缝的质量有较大的影响。钢带中含有水分和铁锈，在焊接中常形成焊缝表面气孔缺陷，且多为连续性气孔（见图3）

图3

1.2 焊接工艺参数

螺旋焊管的生产特点，通常内焊使用较小焊接电流，外焊使用较大的焊接电流。但是在较大焊接电流条件下，熔池的搅拌作用加剧，且焊丝的熔化量也相应增多，同时焊缝余高增高，增高的焊缝需要通过打磨除去增高部分，大大增加工作量。

焊接电压由于焊接电压大小直接影响到电弧的长短，焊接电压增加，电弧长度增加，电弧斑点的移动范围变大，熔池变宽，熔深减小，就发生未焊透的现象。

1.3 焊丝形位参数

由于螺旋焊缝管的焊接位置位于斜坡上，熔融状态的焊缝金属在重力作用下会产生侧向流淌（即向成型缝自由侧流淌），容易导致焊缝偏流，造成焊缝偏位（见图4）。

图4

因此，合理的焊丝侧倾角会有效减缓焊缝金属侧向流淌的现象，提高焊缝的质量。

1.4 成型缝

由于螺旋焊管成型方式特殊，成型缝随着成型角的大小变化会出现错边和开缝的现象。开缝量稍大，在生产中形成焊缝烧穿现象，钢管无法成型；错口造成熔池流向一侧，熔池中心不位于焊缝中心线位置，焊缝有效熔深减小，焊缝易形成未焊透，严重危害焊接质量。因此，优化成型工艺有助于提高焊缝的质量。

在生产过程中，我们发现，在两钢带连接附近的螺旋焊缝易出现错边和开口现象，主要是由于在成型中，钢带的头尾部弹复量差异较大，并且对接焊缝的强度与母材强度存在一定差异，在成型中预弯圆弧所需要施加的预弯力不同。

2 提高焊缝质量的措施

2.1 改善施工条件，清除钢带表面铁锈

在当地采购遮雨篷布，晚上遮盖钢带，减缓表面锈蚀程度。由于受设备的限制，铣边机只能清除钢带侧面铁锈，对于钢带上下表面的铁锈无法清除，采用人工手动清除表面铁锈，通过这两种措施的实行，在后续生产中焊缝中的气孔量明显降低了（图5），提高了焊缝质量。

图5

2.2 钢带加工外坡口，减小外焊电流

根据焊接理论，焊接电流小，熔深小，减小外焊电流，就减小外焊的熔深，易造成焊缝中存在未焊透的风险。钢带加工外坡口，这样通过较小的外焊电流，就能获得熔透的焊缝；同时在较小的电流条件下，熔池的搅拌作用减弱，焊缝成型得到改善。

根据焊缝电流与熔深关系的经验，设置合理的焊接工艺参数，可以获得理想的焊缝质量。如巴基斯坦深水港码头2.5M*20mm的钢护筒，在开坡口的条件下，内焊电流为750~800A（焊接速度1.05m/min），外焊前丝电流800~850A，前丝电压由原来30~32V降低为27~29V，后丝电压由原来35~36V降低为33~34V。

通过焊接工艺参数的优化设计，为获得较高质量的焊缝创造了条件。下表1例举经优化后的焊接工艺参数。

表1 φ2.5m×20mm钢管焊接工艺参数

焊丝规格 焊接速度（m/min） 焊接电流(A) 电弧电压(V) 焊剂

内焊 φ4 1.05±0.05 750~800 31~32 SJ101 (10~40目)

外焊前丝 φ4 800~850 29~30

外焊后丝 φ3.2 550~600 34~36

2.3 调整焊丝位置

合理的选择焊丝的位置，可以提高焊缝的熔深和减缓熔池的流淌，提高焊缝的内在质量，根据生产中的经验，调整内外焊丝的角度，获得良好的焊缝质量，图3和图4是优化后的焊丝角度。

图6 内焊焊丝倾角位置

图7 外焊丝倾角位置

2.4 提高成型缝质量

根据生产中的经验，利用设备机组中的矫平机，提高钢卷带头尾部的矫平质量，减小头尾部钢带弹复量的差距。由于在成型中，不能通过调节成型辊位置，来调整钢带预弯弧度，这样就形成错口，不同弧度的钢带焊接后，改变了后续钢管径大小，同时也伴随钢管出现开缝现象。只能通过微调成型角，来减小、消除管径的变化，同时减小、消除钢板的错口和开缝量。

在生产中，根据实践经验，微调成型角，改善钢带的错口和开缝量，提高成型工艺，为焊接理想的焊缝创造更好的条件。

3 应用效果

通过上述工艺技术措施应用，在Φ2.5M*20钢管的生产中，我们取得显著的效果。焊缝随机采用超声波检测，焊缝合格率为99.5%，并且全部熔透，只有部分焊缝存在气孔缺陷。外焊缝过渡平滑，均匀规整，余高约为1~2mm，并得到现场咨工的充分肯定。当然，如何获得优良的焊缝，优化生产效率，需要我们进一步的研究。

参考文献

期刊：（62）彭春明.刘云.提高螺旋焊管焊道外观质量的工艺措施.焊管，2005，第28卷

作者简介：闫秀芹（1985－），女，助理工程师，2007年毕业于长春工程学院材料成型及控制工程专业

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