埋弧焊管道工艺
发布时间:2023-08-15 浏览数:272

摘 要:

埋弧自动焊是应用最早的自动焊方法之一,最初用于大型管道的纵缝焊接。经改进后,配置管道驱动机可实现管道环缝自动焊。在管道埋弧焊中,存在焊渣清理困难的现象,焊渣清理困难主要原因是坡口角度、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接位置调整不当,导致焊接参数不匹配,导致清渣困难和未熔合、夹渣等缺陷。本文通过管道埋弧焊应用,阐述埋弧焊的冶金特点、焊接工艺参数对焊缝质量的影响和焊接要领,以防止缺陷产生。

1、埋弧焊的特点分析

埋弧焊相对于其他焊接方法的优点:

  1)能够以高的焊接速度和熔敷效率完成大厚件的对接、角接和搭接焊缝。

  2)埋弧焊剂具有脱氧还原和向焊缝中渗合金作用,可以得到力学性能优良、致密性高的优质焊缝金属。

  3)埋弧焊过程中没有飞溅,熔敷效率高,焊缝表面光滑整洁。

  4)焊接过程中没有弧光,焊工劳动条件好。

  5)焊接过程中产生很少的烟尘。

  6)埋弧焊可以采用大的焊接电流、电压和焊接速度,容易实现自动化焊接,焊接参数调整范围广,生产效率高。

  7)埋弧焊对风不敏感,因此最适合野外管道预制。

2、埋弧焊的适用范围和焊丝、焊剂的选配

  埋弧焊可以完成低合金钢、中碳钢,碳素钢、耐热钢、低温钢和不锈钢以及复合钢焊接,基本覆盖现在石油化工装置中管道材质。

埋弧焊时,必须根据母材的成分和性能正确地选配焊剂和焊丝。

可参阅往期文章

ZZHJ,公众号:振中焊机常用钢材埋弧焊焊丝焊剂匹配推荐

  一般根据熔敷金属所需的力学性能来选择焊剂,焊丝与焊剂相匹配,以保证所需的焊缝力学性能。

可参考往期文章《烧结焊剂的特点选择参考表》

ZZHJ,公众号:振中焊机烧结焊剂的特点及选择参考表

  焊接时应根据母材类型、焊道数量等选择焊剂、焊丝组合。对于关键或重要的焊缝,应进行必要的工艺试验来验证所用的工艺是否能满足设计工艺要求。

可参阅往期文章

ZZHJ,公众号:振中焊机焊剂的种类

  按照冶金反应,焊剂分中性焊剂、活性焊剂和合金焊剂三种。焊剂通过一定方式向焊缝中过渡合金元素,有时焊丝也会向焊缝中过渡合金元素或脱氧元素。

化学成分可参阅

ZZHJ,公众号:振中焊机焊剂特点和应用的比较

  中性焊剂不会明显改变焊缝金属的化学成分, 通常用于多道焊;活性焊剂中含有少量的氧化锰或氧化硅,通过冶金反应向焊缝中少量过渡锰和硅,有利于避免气孔和裂纹。这类焊剂通常用于单道焊;合金焊剂是在中性焊剂和活性焊剂中添加合金元素制成,可与普通碳钢焊丝配合使用焊接合金钢焊缝,也可以焊接特定母材的焊缝。

3、埋弧焊工艺参数

  影响焊缝尺寸的主要因素是热输入。影响热输入的主要因素是焊接电流、电弧电压和焊接速度。焊接电流的影响最大,焊接电流直接影响熔深。

埋弧焊电流、电压和速度影响焊接质量的因素

ZZHJ,公众号:振中焊机埋弧焊电流电压

  埋弧焊的参数分主要参数和次要参数。

  主要参数是指对那些直接影响焊接质量和效率的参数,包括焊接电流、电压、速度、电流种类、极性和预热温度;

  次要参数是指对焊缝质量产生有限影响的参数,包括焊丝干伸长度、焊丝倾角、焊接位置、焊剂粒度等。

  对于特殊材质,焊丝和焊剂的选型匹配需要通过焊接工艺评定,确定焊丝和焊剂组合能达到工艺要求。

  焊接工艺参数从两方面影响焊缝质量。一方面,焊接电流、电弧电压和焊接速度三者合成的焊接线能量影响焊缝的强度和韧性;另一方面,这些参数影响焊缝成形,影响到焊缝的抗裂性,气孔和夹渣的敏感性。只有这些参数合理的匹配,才能焊出高质量的焊缝。因此,操作者主要是调整焊接参数、控制焊缝成形。操作者要熟练掌握焊接工艺参数对焊缝成形的影响。

埋弧焊电流、电压、速度计算公式及参数调节

ZZHJ,公众号:振中焊机埋弧焊电流电压速度参数
4 、焊接位置

  管道埋弧自动焊的焊接位置为平焊位,由于管子在不断的旋转,熔化的焊剂和熔池金属由于离心力的作用而有离开电弧燃烧区的倾向,因此管道自动焊时,焊丝的位置要有一段偏移量,使熔池旋转到中心位置时正好凝固。见图1。


  偏移量过大,会形成熔深浅,表面下凹的焊道;偏移量过小,则会形成深而窄的焊道,焊道中间凸起,焊缝成形不良,并容易造成击穿。偏移量除了与管子直径有关外,还与焊接速度有关,焊接速度越大,偏移量越大。见表1。

5 、坡口角度
  管道埋弧自动焊,坡口角度的影响主要表现在第一、二层焊接,如果此处的坡口角度太小,电弧不能达到打底层处,会造成电弧在坡口内燃烧,打底层熔化不好,形成层间未熔合;如果坡口角度过大,熔池周围的导热性降低,容易造成击穿。理想的坡口角度是单侧30°坡口,≥25°。另外,两侧坡口角度不一样也会影响焊接质量,坡口角度小的一侧导热性高于坡口角度大的一侧,导致两侧温度不一样,电弧有向温度高的方向偏移的倾向,因此容易产生侧壁未熔合。遇到这种情况,可以将焊枪偏向小角度一侧坡口,使这一侧坡口得到更多的热量,弥补散热损失,从而得到均匀的焊缝。

可参阅双丝环缝焊接

ZZHJ,公众号:振中焊机双丝埋弧自动环缝焊接
  另外,坡口角度过小,如因为打底层焊接时用砂轮机开缝,损伤原始坡口,形成近似的I型坡口,这时采用埋弧焊焊接第一层时,由于母材两侧冷却速度快,导致焊缝中气孔没有时间溢出,在埋弧焊第一层形成小的针状气孔。
6、 焊剂粒度和堆高
  焊剂的粒度由过筛的目数决定。焊剂粒度和堆高对焊缝成形有一定影响。
  焊剂粒度应根据焊接电流选择,细颗粒焊剂适合大电流焊接,能够得到大熔深和宽而平的焊道;粗颗粒焊剂适合小电流焊接。如果在小电流下使用细颗粒焊剂,由于焊剂层密封性好,气体不易溢出,会在焊缝表面留下斑点;如果在大电流下使用粗颗粒焊剂,由于焊剂保护效果不好,会在焊缝表面形成凹坑或粗糙的波纹。
  焊剂层堆高过大或过小都会在焊缝表面形成凹坑、斑点和气孔。焊剂堆高过小,电弧不能完全埋住,会出现闪光和燃烧不稳定,导致热量不集中而降低熔深;焊剂堆高过大,焊缝受到熔渣壳的约束,会影响到焊缝的表面成形。焊剂堆高以不出现闪光,气体能够均匀的从周围溢出为宜。
7 、电流种类和极性
  弧焊选择直流电源。极性一般选择反极性接法,原因是电弧在负极产生的热量高,可以提高电弧熔透性。如果采用直流正极性接法,焊丝为负极,能够得到做大的熔覆率。交流埋弧焊的熔覆率介于直流正反两种接法的中间。
8、干伸长度
  干伸长度是指电流导入焊丝点到焊丝端点之间的距离,也称作焊丝导电长度。通常情况下,导电嘴到工件的距离在25~40mm之间。干伸长度增加,会提高熔敷效率,但降低了熔透性。
9 、焊丝倾角

  焊丝与焊件之间的角度称作焊丝倾角。焊丝指向熔池前方,称作前倾;焊丝指向熔池后方,称作后倾。焊丝倾角对焊缝成形有影响,前倾焊产生扁平的焊缝,后倾焊产生驼峰状焊缝,焊接时,焊枪一般选择垂直工件。

10、管道埋弧自动焊的操作要领
  管道埋弧自动焊时,焊接电流、焊接电压和焊接速度的合理匹配是保证获得优质焊缝的前提。三者匹配合理,焊道光滑,焊渣便于清理,并能够将打底层出现表面咬边、轻微未熔合熔出来,并防止将打底层击穿。如果匹配不合理,会出现击穿、层间未熔合、夹渣等焊接缺陷。
11、管道埋弧焊工艺参数
  埋弧焊参数与坡口角度、对口间隙、打底厚度有关,比如坡口角度小,相对来讲打底厚,埋弧焊时层次少。
  大管径焊口错口量大,在埋弧焊盖面时,一道盖面不如分两道盖面外观好。因此需要增加层次。多道盖面时,第一道适当降低电压,减少熔宽;第二道时适当增加电压,提高熔宽,焊道整体观感好。
  厚壁管道填充焊时,第三层以后可以尽量加大电流并提高速度。加大电流是为了增加焊丝熔敷速度,提高速度是为了防止电流大击穿焊道,从而整体提高焊接速度。
  不锈钢导热性差,焊接参数较碳素钢小。埋弧焊不锈钢时,焊剂保护好,焊剂熔化后增加了焊接润湿性,焊道两侧熔合较好。但是由于不锈钢导热性差,不可盲目增加电流和速度来提高整体焊接速度,否则容易产生层间未熔合。埋弧焊工艺参数见表2。

表2 埋弧焊工艺参数举例

规格

壁厚
mm

材质

层次

焊丝直径
(mm)

电流
(A)

电压
(v)

速度
mm/min)

Φ168

6

碳钢

1

2.0

195

29.2

500

2

240

29.2

500

3

300

29.2

450

4

330

31

400

Φ168

7

304

1

2.4

200

28

450

2

220

29

450

3

245

30

400

* 通过本文的介绍,希望大家能够对埋弧焊有更深入的了解,为实际的生产提供一定的指导意义。具体操作技术规程及工艺要求请以实际情况和具体项目设计而定!
* 参数可做参考,应考虑不同焊机和实际焊接时情况调节。
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