在管線建設(shè)中，油氣長(zhǎng)輸管道正向著大口徑高壓力輸送和海底管道厚壁化方向發(fā)展，越來(lái)越多的管線要求采用直縫埋弧焊鋼管。隨著我國(guó)幾條大直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線的引進(jìn)投產(chǎn)，掌握先進(jìn)的直縫
埋弧焊焊接技術(shù)顯得尤其重要。本文主要介紹直縫埋弧焊鋼管的預(yù)焊技術(shù)。
1. 預(yù)焊技術(shù)現(xiàn)狀
預(yù)焊是直縫埋弧焊鋼管的焊接工藝組成部分，它將成型縫沿全長(zhǎng)進(jìn)行“淺焊”，是直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)中的特殊工序之一。
在早期的直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)中沒(méi)有預(yù)焊，直到 二代UOE焊管機(jī)組中才開(kāi)始出現(xiàn)了預(yù)焊機(jī)，但此時(shí)的預(yù)焊為間斷式焊接，間距約300mm，到了UOE焊管機(jī)組發(fā)展的 三代(1968～1979年問(wèn))，預(yù)焊得到
了極大的重視和發(fā)展，已將不連續(xù)方式變?yōu)檫B續(xù)方式，此階段的預(yù)焊技術(shù)為現(xiàn)代預(yù)焊技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
現(xiàn)代預(yù)焊技術(shù)采用了連續(xù)的、高速的氣體保護(hù)焊(MAG)方式和焊縫激光跟蹤，焊速可達(dá)到7 m／min，焊道成型平直美觀。就MAG焊而言，目前有兩種方法：一種是美國(guó)和德國(guó)等國(guó)家采用的單絲雙電源
的大電流高速氣體保護(hù)預(yù)焊，另一種是日本采用的雙絲高速氣體保護(hù)預(yù)焊。目前應(yīng)用較多者為單絲高速氣體保護(hù)預(yù)焊，我國(guó)從德國(guó)引進(jìn)的兩條直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線中預(yù)焊都是采用此種方法。
從鋼管的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中也可反映出預(yù)焊技術(shù)的發(fā)展，在 新的有關(guān)海洋、低溫和酸性條件用管標(biāo)準(zhǔn)IS03183—3和GB／T9711．3的6．3款中，已明確提出不允許采用斷續(xù)點(diǎn)焊，說(shuō)明了預(yù)焊方式對(duì)鋼管質(zhì)量的重要性。
2. 預(yù)焊工藝
2.1 預(yù)焊工藝過(guò)程
預(yù)焊時(shí)，先將鋼管管坯進(jìn)行合縫，隨后進(jìn)行連續(xù)氣體保護(hù)焊，在焊接同時(shí)進(jìn)行焊縫狀態(tài)和焊接質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和反饋。具體工藝過(guò)程為：進(jìn)口輥道接受管坯--調(diào)整管坯開(kāi)口位置--輸送裝置遞送管坯葉管坯合縫--確認(rèn)合縫質(zhì)量--焊槍下降準(zhǔn)備焊接--啟動(dòng)激光跟蹤器進(jìn)行跟蹤--打開(kāi)保護(hù)氣體及冷卻水閥--啟動(dòng)焊接(管坯以焊接速度進(jìn)給)_--到終端熄弧停焊--滯后關(guān)斷保護(hù)氣體--焊槍上升回位--管坯傳往下道工序。到此，一個(gè)預(yù)焊周期完成。
在上述工序中，調(diào)整管坯的開(kāi)口位置，是指將開(kāi)口縫位置調(diào)整到要求位置，一般是12點(diǎn)鐘位置，此項(xiàng)工作可通過(guò)電控系統(tǒng)中攝像監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行。確認(rèn)合縫質(zhì)量，就是對(duì)合縫的錯(cuò)邊量、合縫的間隙等
進(jìn)行確認(rèn)，只有確認(rèn)后才可進(jìn)行合縫的跟蹤和焊接。為了保證焊接質(zhì)量，在焊接啟動(dòng)前，檢查專用焊槍，及時(shí)清理焊槍上的飛濺物，可適當(dāng)噴些防飛濺劑。預(yù)焊的啟弧和熄弧一般在啟弧板和熄弧板上進(jìn)行。管端約80mm范圍內(nèi)的成型縫在預(yù)焊結(jié)束后通過(guò)手工氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接。
2.2 預(yù)焊質(zhì)量
預(yù)焊質(zhì)量包括合縫質(zhì)量和焊縫質(zhì)量。
(1)合縫(也即成型縫)無(wú)錯(cuò)邊或錯(cuò)邊小于規(guī)定值，一般規(guī)定錯(cuò)邊量≤板厚的8％， 大不超過(guò)1．5mm。
(2)要保證焊縫有適宜的熔透深度和熔敷量，既要保證焊后不開(kāi)裂，不產(chǎn)生燒穿現(xiàn)象，又要控制焊縫高度，對(duì)外焊焊縫余高不產(chǎn)生影響。
(3)焊道連續(xù)，成型良好，以利于保證 后的外焊質(zhì)量。
(4)焊縫不存在焊偏、氣孔、裂紋、夾渣、燒穿及背面焊瘤等缺陷，要求焊縫中心偏差≤1 mm。
(5)無(wú)電弧灼傷，飛濺小，不影響管端坡口及表面質(zhì)量。
(6)焊縫與母材匹配，焊縫金屬理化性能達(dá)到質(zhì)量要求。
2．3焊接材料及規(guī)范
(1)保護(hù)氣體。
預(yù)焊所用的保護(hù)氣體基本上可以與常規(guī)的CO：／MAG焊相同，純CO：氣體雖然可進(jìn)行焊接，但為了減少飛濺，改善焊縫成型， 以利后續(xù)焊接工序，仍然推薦富氬氣混合氣體，并加大氬氣的
配比。當(dāng)焊速大于4m／min時(shí)，其保護(hù)氣可采用三元混合氣體(Ar+CO：+0：)，該工藝過(guò)程即屬于“大電流MAG焊”。
(2)焊絲。
同保護(hù)氣體一樣，預(yù)焊可以采用H08Mn2SiA等常規(guī)焊絲，但對(duì)于管線鋼的預(yù)焊應(yīng)采用專用焊絲，如X70鋼采用MD82焊絲。針對(duì)不同的壁厚，可以選擇西2．5mm、th3．2 mm、64．0 mm等不同直徑的焊絲。
(3)焊接規(guī)范。
一般通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行確定。對(duì)于不同規(guī)格的焊絲，當(dāng)焊接線能量處于一定范圍內(nèi)、焊縫具有良好外觀成型的同時(shí)，兼有較佳的理化性能。以舭．0mm焊絲為例，當(dāng)線能量在3．5 ～4．0 kJ／
cm時(shí)，焊縫外觀及理化性能均處于理想狀態(tài)。
3. 預(yù)焊設(shè)備
預(yù)焊設(shè)備主要包括機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等部分。
3．1機(jī)械系統(tǒng)
機(jī)械系統(tǒng)是設(shè)備的主體，包括進(jìn)出口輥道、驅(qū)動(dòng)裝置、合縫裝置、內(nèi)擴(kuò)導(dǎo)向裝置等，它實(shí)現(xiàn)管坯的合縫、輸送。
(1)進(jìn)出口輥道。進(jìn)出口輥道完成管坯的接授、輸送、開(kāi)口縫位置調(diào)整等功能。根據(jù)預(yù)焊工藝 要求，管坯的下底標(biāo)高不變，因此要求進(jìn)出口輥道開(kāi)口能根據(jù)鋼管規(guī)格進(jìn)行調(diào)節(jié)。
(2)驅(qū)動(dòng)裝置。預(yù)焊機(jī)一般采用焊槍固定、管坯移動(dòng)方式。驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)管坯合縫和焊接時(shí) 的輸送。根據(jù)預(yù)焊工藝要求，焊接速度連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)后穩(wěn)定可靠，此要求也就是對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)要求，因此一般采用直流調(diào)速電機(jī)。傳動(dòng)方式一般采用鏈傳動(dòng)。通過(guò)安裝在傳動(dòng)鏈上的推塊推動(dòng)管坯連續(xù)進(jìn)給。
(3)合縫裝置。合縫裝置完成管坯的收縮擠壓合縫。為了適應(yīng)妒06～thl422 mm(或咖1 625
mm)的管徑范圍，一般設(shè)計(jì)7～9組壓輥對(duì)管坯進(jìn)行控制，保證管坯合縫為一個(gè)理想的圓形合縫。裝置包括機(jī)架、環(huán)形架、合縫壓輥等，見(jiàn)圖1。環(huán)形架可沿機(jī)架上下移動(dòng)，從而保證管底下表面標(biāo)高不變。合縫壓輥實(shí)現(xiàn)對(duì)管坯的擠壓合縫。每組壓輥可沿環(huán)形架圓周方向移動(dòng)。根據(jù)不同的管徑，調(diào)整不同的輥梁夾角。每組壓輥也可徑向調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的鋼管規(guī)格。為了保證管坯合縫的穩(wěn)定，每組壓輥在周向利用彈簧力鎖緊，鋼管換規(guī)格調(diào)型時(shí)再利用液壓力開(kāi)鎖；其徑向依靠液壓力鎖緊，保證合縫質(zhì)量。
(4)內(nèi)擴(kuò)導(dǎo)向裝置。內(nèi)擴(kuò)導(dǎo)向裝置安裝在機(jī)架管坯進(jìn)口側(cè)，用于對(duì)管坯內(nèi)腔的支撐，減少錯(cuò)邊 量，提高合縫質(zhì)量，主要用于薄壁管。
3．2液壓系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)完成機(jī)械系統(tǒng)的部分功能。一般液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一集中的液壓站，通過(guò)管道與合縫輥的周向松鎖缸、徑向退讓保護(hù)缸、進(jìn)出口輥道開(kāi)口調(diào)整機(jī)構(gòu)油缸等相聯(lián)，以滿足工藝對(duì)這些執(zhí)行元件的
要求。
3．3焊接系統(tǒng)
焊接系統(tǒng)采用MAG焊連續(xù)焊接。主要包括焊機(jī)、專用焊槍、水冷系統(tǒng)、送絲系統(tǒng)、送氣系統(tǒng)、地線裝置和焊接操作機(jī)等。
為了滿足大電流、高速焊接的要求，可采用兩臺(tái)DC一1000林肯焊機(jī)并聯(lián)使用。送絲系統(tǒng)可采用與焊機(jī)相配套的NA一3送絲機(jī)構(gòu)。專用焊槍采用噴嘴與導(dǎo)電桿分別冷卻的雙水冷式，保證焊接的穩(wěn)定與使
用壽命。送氣系統(tǒng)選用三元?dú)怏w(Ar+CO：+O：)配比器，并帶有流量檢測(cè)開(kāi)關(guān)。焊接操作機(jī)用來(lái)固定專用焊槍、激光跟蹤機(jī)構(gòu)等，根據(jù)鋼管規(guī)格、焊點(diǎn)位置可以作縱向和上下位置調(diào)節(jié)。
3．4電控系統(tǒng)
電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)預(yù)焊區(qū)的控制，是一個(gè)由現(xiàn)場(chǎng)總路線構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)(rCS)。主站可采用西門子s7系列作為控制中心，協(xié)調(diào)各個(gè)從站的動(dòng)作�？刂葡到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)下列功能：
(1)焊接操作機(jī)的控制。由電機(jī)拖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)操作機(jī)橫梁的升降和伸縮運(yùn)動(dòng)。
(2)焊接過(guò)程控制。采用程序控制器結(jié)合焊機(jī)本身的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程的控制。
(3)攝像監(jiān)視系統(tǒng)的控制。能夠保證焊接過(guò)程中清楚地觀察焊絲對(duì)縫及焊接進(jìn)行的情況。
(4)激光跟蹤的控制。進(jìn)口激光跟蹤，實(shí)現(xiàn)高速預(yù)焊的焊縫自動(dòng)跟蹤，同時(shí)，能夠檢測(cè)合縫的錯(cuò)邊量，當(dāng)錯(cuò)邊量超標(biāo)時(shí)，及時(shí)報(bào)警。
(5)斷弧檢測(cè)及控制。檢測(cè)焊接過(guò)程中的焊接電流、電弧電壓，信號(hào)綜合后獲取斷弧信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到斷弧時(shí)，自動(dòng)停止焊接過(guò)程。
(6)氣體流量的控制。在混流排出口處安裝流量計(jì)，將信號(hào)引入控制系統(tǒng)，當(dāng)氣體流量不足時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)警并停止焊接過(guò)程。
4. 預(yù)焊常見(jiàn)問(wèn)題及處理措施預(yù)焊作業(yè)中常常出現(xiàn)錯(cuò)邊、背面焊瘤、燒穿、氣孔、飛濺、焊縫成型差等缺陷。
(1)錯(cuò)邊。
這是預(yù)焊中 常見(jiàn)問(wèn)題，錯(cuò)邊超差，直接導(dǎo)致鋼管的降級(jí)或報(bào)廢。所以，預(yù)焊時(shí)要 求嚴(yán)格控制錯(cuò)邊量。當(dāng)整根或大半根鋼管坯出現(xiàn) 錯(cuò)邊超差時(shí)，一般是由于：①開(kāi)口縫調(diào)整不到位 (合縫偏
向一側(cè))；②合縫壓輥調(diào)整不到位(壓輥的周向角度不對(duì)，或以管坯中心線為軸線，左右壓輥不對(duì)稱，或相對(duì)的壓輥的徑向伸長(zhǎng)量不一致)，沒(méi)有壓圓；③預(yù)彎邊沒(méi)有預(yù)彎到位，板邊存在直邊現(xiàn)象所致。當(dāng)管坯的頭或尾出現(xiàn)錯(cuò)邊超差時(shí)，一般是由于：①進(jìn)出口輥道的位置不對(duì)；②環(huán)形架中心不對(duì)；③合縫壓輥壓圓不好，個(gè)別壓輥位置偏差；④成型不好(成型后的管坯兩邊高低相差較 大；⑤開(kāi)口縫寬在150 mill以上)；⑥液壓系統(tǒng)壓力波動(dòng)所致。
(2)背面焊瘤、燒穿。
背面焊瘤，若清除，耗時(shí)，影響生產(chǎn)過(guò)程的正常進(jìn)行；不清除，影響內(nèi)焊焊接成型及內(nèi)焊焊縫的跟蹤。燒穿，影響內(nèi)外焊質(zhì)量，需填補(bǔ)。產(chǎn)生背面焊瘤和燒穿的原因，一般是：①合
縫不緊，也有可能是液壓系統(tǒng)壓力過(guò)低；②成型不好，圓度偏差大；③預(yù)焊工藝參數(shù)選擇不當(dāng)。一定的焊接電流和電弧電壓要配以適當(dāng)?shù)暮附铀俣�，線能量過(guò)大或焊速過(guò)低，都易產(chǎn)生背面焊 瘤和燒穿。
(3)氣孔。
預(yù)焊焊縫氣孑L導(dǎo)致內(nèi)外焊的內(nèi)部缺陷。預(yù)焊焊縫產(chǎn)生氣孔，一般是由于：①保護(hù)氣體質(zhì)量不佳，如含有水分，壓力流量不夠等舊3；②焊槍出現(xiàn)部分堵塞，保護(hù)氣體形成的氣罩不均，有害氣體攪入；③坡口上有銹蝕、油污等所。 (4)焊縫成型差。焊縫成型差，影響后序的內(nèi)封性能，確保了管體和管件之間不會(huì)因松動(dòng)引起 滲漏。(2)DNl25～DN600的襯塑復(fù)合鋼管因口徑較大，擰緊螺紋較困難，故采用溝槽式管接頭連接，執(zhí)行CJ／T156標(biāo)準(zhǔn)。我公司生產(chǎn)的溝槽式管接頭¨j，出廠前承受過(guò)3．75 MPa的耐壓試驗(yàn)、0．08 MPa的真空試驗(yàn)和使用壓力1．5倍的氣壓試驗(yàn)。