專利名稱：管道全位置的全自動(dòng)外焊機(jī)焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及長輸管道的焊接技術(shù)領(lǐng)域，是一種管道全位置的全自動(dòng)外焊機(jī)焊接 方法。
背景技術(shù)：
管道全位置的全自動(dòng)焊接是指在管道相對固定的情況下，焊接小車帶動(dòng)焊槍沿 軌道繞管壁運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接。目前，國內(nèi)管道全位置焊接方面采用的管道全自動(dòng)焊工藝大致可分為三類第 一類是氣保護(hù)半自動(dòng)焊根焊+自動(dòng)外焊機(jī)填蓋工藝，只是在填充層焊接、蓋面層焊接實(shí) 現(xiàn)了全自動(dòng)焊接，其根焊速度與自動(dòng)焊填充焊、蓋面焊速度不相適應(yīng)，致使自動(dòng)焊效率 高的特點(diǎn)難以發(fā)揮，成為制約自動(dòng)焊施工的瓶頸；第二類是管道外焊機(jī)自動(dòng)焊根焊+自 動(dòng)外焊機(jī)填蓋工藝；第三類是管道內(nèi)焊機(jī)自動(dòng)焊根焊+自動(dòng)外焊機(jī)填蓋工藝。該技術(shù)焊 接速度是最快，質(zhì)量最好，但設(shè)備成本非常高，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)場維修困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于提供了一種管道全位置的全自動(dòng)焊接工藝，克服了現(xiàn)有技術(shù)之不 足，解決了制約半自動(dòng)焊接流水施工作業(yè)的瓶頸難題，提高了工作效率，實(shí)現(xiàn)了真正意 義上的管道全自動(dòng)焊接，保證焊接質(zhì)量，減少焊縫金屬填充量。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣來實(shí)現(xiàn)的一種管道全位置的全自動(dòng)外焊機(jī)焊接方法, 包括根焊層焊接、熱焊層焊接、填充層焊接和蓋面層焊接，并按下述步驟進(jìn)行對管道 的管口端面進(jìn)行預(yù)處理；對焊接管道進(jìn)行常規(guī)性檢查，并進(jìn)行環(huán)境維護(hù)和設(shè)備調(diào)試；將 焊接工藝參數(shù)錄入并保存至自動(dòng)外焊機(jī)的小車控制器內(nèi)；將待焊接管道的管口端面用坡 口加工機(jī)加工至所需坡口，并將加工好坡口的管口端面進(jìn)行清理和組對；檢查焊接軌道 和裝載焊接小車；對焊接的管道按焊接工藝規(guī)程要求進(jìn)行焊前預(yù)熱，并按規(guī)定的焊接工 藝參數(shù)進(jìn)行焊接，其焊機(jī)行走、擺動(dòng)、送絲、保護(hù)氣體均由小車控制器自動(dòng)控制；其 中
根焊層焊接采用的焊接工藝參數(shù)如下設(shè)備選用美國Miller Pipepro 450RFC + CRC M300自動(dòng)外焊機(jī)，焊絲選用Ε7006ΜΗ4/Φ1.2ιηιη金屬粉芯焊絲，采用全自動(dòng)焊下向焊 工藝，焊接電流140Α 160Α，焊接電壓16V 18V，焊接速度20cm/min 26cm/min， 送絲速度為350cm/min 500cm/min，焊絲伸出長度為8mm 12mm，坡口兩端停留時(shí) 間為Oms 6ms，擺動(dòng)速度為150次/min 190次/min，擺幅以焊縫金屬熔敷到焊道邊 緣為準(zhǔn)，采用保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)；
熱焊層焊接、填充層焊接和蓋面層焊接采用的焊接工藝參數(shù)如下設(shè)備選用美國 Miller Pipepro 450RFC + CRC M300自動(dòng)外焊機(jī)，焊絲選用ΤΜ101/Φ 1.2mm藥芯氣保護(hù)焊 絲，采用全自動(dòng)焊上向焊工藝，焊接電流180A 240A，焊接電壓19V 24V，焊接速度 18cm/min 26cm/min，送絲速度為700 cm/min 900cm/min，焊絲伸出長度為6 mm 15mm，坡口兩端停留時(shí)間為8ms 12ms，擺動(dòng)速度為150次/min 190次/min，擺幅 以焊縫金屬熔敷到焊道邊緣為準(zhǔn)，采用保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)。下面是對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化和/或選擇 上述預(yù)處理是對需要焊接的管道坡口進(jìn)行坡口加工和清潔。上述管道管口端面加工的坡口為不含內(nèi)襯墊的外根焊坡口，坡口型式為帶鈍邊 的U型坡口。上述帶鈍邊的U型坡口的具體參數(shù)為管壁厚為18.4mm，上坡口角度β為 10° 15°，變坡口拐點(diǎn)距內(nèi)壁的高度為3.7士0.2mm，圓弧半徑R為2.4mm，鈍邊為 0.8mm 1.5mm，間隙為0.5mm 1.5mm，管道坡口組對錯(cuò)邊量應(yīng)《2.3mm,且氺3mm， 并應(yīng)沿管道坡口圓周均勻分布。上述保護(hù)氣體采用混合氣體，該混合氣體配比為80%Ar+20%C02，氣體純度 Ar>99.96%, C02>99.5%,氣體流量為 18L/min 25L/min。在上述焊接前應(yīng)采用感應(yīng)加熱或電加熱的方法將管道坡口預(yù)熱至100°C 200預(yù)熱寬度以不小于管道坡口兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)為宜，且保證預(yù)熱溫度均勻，層 間溫度應(yīng)為50°C 150°C。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了美國Miller Pipepro450RFC焊接系統(tǒng)與現(xiàn)有CRC M300自動(dòng)焊機(jī)頭
組合使用。通過不同設(shè)備組合而達(dá)到提高自動(dòng)焊根焊效率，減少焊縫金屬填充量，實(shí)現(xiàn) 了真正意義上的管道全自動(dòng)焊接，保證焊接過程的穩(wěn)定控制，確保對電弧和熔池的有效 保護(hù)，保證焊縫的沖擊韌性，保證焊接質(zhì)量，解決了制約半自動(dòng)焊接流水施工作業(yè)的瓶 頸難題，提高了工作效率。


附圖1為本發(fā)明的管道帶鈍邊的U型坡口結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本發(fā)明的管接頭設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3為本發(fā)明的管接頭焊縫焊接層數(shù)結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中的標(biāo)號分別為1為根焊層，2為熱焊層，3至7為填充焊層，8為蓋面焊 層；β為上坡口角度，H為變坡口拐點(diǎn)距內(nèi)壁的高度，R為下坡口 1/4圓弧半徑，δ為 管壁厚，ρ為鈍邊，b為間隙，h為焊縫表面余高，W為蓋面焊縫寬度。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明不受下述實(shí)施例的限制，可根據(jù)上述本發(fā)明的技術(shù)方案和實(shí)際情況來確 定具體的實(shí)施方式。下面結(jié)合最佳實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步論述
1、加工坡口。鋼管材質(zhì)為X80鋼，管徑為<2 1219 X 18.4mm，坡口形狀選用帶鈍邊 的U型坡口，采用坡口機(jī)加工，如圖1所示，其上坡口角度β為10° 15°，變坡口 拐點(diǎn)距內(nèi)壁的高度H為3.7士0.2mm，圓弧半徑R為2.4mm，鈍邊ρ為0.8mm 1.5mm。 所有管端坡口必須采用機(jī)械方法加工，且加工的坡口端面必須平整、均勻、光滑。在焊接過程中，雖然可以調(diào)節(jié)焊炬擺動(dòng)頻率及左右停留時(shí)間，但是隨著擺動(dòng)參 數(shù)的逐步增大，焊接速度將不可避免的逐步減小。所以自動(dòng)焊的坡口寬度必須加以限制，管端面加工坡口為不含內(nèi)襯墊的外根焊坡口，加工的坡口端面必須平整，表面光 滑，不起麟，鈍邊均勻。、管口清理。在進(jìn)行管道的管口組對前，應(yīng)先進(jìn)行清掃，確保管內(nèi)無雜物。管 口被焊接表面應(yīng)均勻、光滑，不應(yīng)有起鱗、磨損、鐵銹、渣垢、油脂、油漆和影響焊接 質(zhì)量的其它有害物質(zhì)。在組對前，應(yīng)采用機(jī)械方法將管口內(nèi)外表面坡口兩側(cè)各25_范 圍內(nèi)清理至呈現(xiàn)金屬光澤為宜。、管口組對。應(yīng)優(yōu)先采用內(nèi)對口器組對。在應(yīng)用內(nèi)對口器時(shí)，對口器不應(yīng)在鋼 管內(nèi)表面留下刻痕、磨痕和油污。鋼管組對時(shí)不應(yīng)敲擊鋼管的兩端。管道坡口為不含內(nèi) 襯墊的外根焊坡口，管口組對錯(cuò)邊量應(yīng)S2.3mm,且氺3mm，并應(yīng)沿管口圓周均勻分布。 管接頭組對的坡口角度、鈍邊、組對間隙等尺寸應(yīng)符合圖2中的要求。、焊接步驟
管接頭焊縫的焊接層數(shù)如圖3所示。圖中1為根焊層，2為熱焊層，3 7為填充焊 層，8為蓋面焊層。(1)焊前檢查
焊接設(shè)備和器具①焊接設(shè)備選用美國Miller Pipepro 450RFC + CRC M300,檢查設(shè)
備、指示儀表、開關(guān)、電源極性等各旋鈕開關(guān)是否到位，線路是否接好，輸氣管接頭是 否上緊，焊槍連接口是否松動(dòng)，導(dǎo)電嘴是否擰緊；②氣瓶檢查氣瓶、Ar表、CO2表及 進(jìn)氣管，檢查氣瓶壓力，檢查線路連接，保證氣路暢通和氣體壓力穩(wěn)定；③調(diào)試設(shè)備， 確保焊接電路正常。將焊接工藝參數(shù)存入自動(dòng)外焊機(jī)小車控制器內(nèi)，焊接工藝參數(shù)主 要包括焊接速度、送絲速度、擺動(dòng)頻率、擺幅、左右停留時(shí)間等參數(shù)；④檢查焊接軌 道，確保小車行走通暢。焊接材料①焊絲選用美國郝伯特公司生產(chǎn)的E70C-6M Η4/Φ 1.2mm、 ΤΜ101/Φ 1.2mm藥芯氣保護(hù)焊絲；②保護(hù)氣體采用80%Ar+20% C02的混合氣體，純 度氬氣299.96%、二氧化碳?xì)?99.5%，氣體流量18L/min 25L/min。(2)焊接操作，焊接前應(yīng)采用感應(yīng)加熱或電加熱的方法將管道坡口預(yù)熱至 100°C 200°C，預(yù)熱寬度以不小于管道坡口兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)為宜，且保證預(yù)熱溫度 均勻，層間溫度應(yīng)為50°C 150°C。根焊層焊接，焊接參數(shù)選擇如下設(shè)備選用美國Miller Pipepro 450RFC +CRC M300自動(dòng)外焊機(jī)，焊絲選用Ε7006ΜΗ4/Φ1.2·金屬粉芯焊絲，采用全自動(dòng)焊下向焊 工藝，焊接電流140Α 160Α，焊接電壓16V 18V，焊接速度20cm/min 26cm/min， 送絲速度為350cm/min 500cm/min，焊絲伸出長度為8mm 12mm，坡口兩端停留時(shí) 間為Oms 6ms，擺動(dòng)速度為150次/min 190次/min，擺幅以焊縫金屬熔敷到焊道邊 緣為準(zhǔn)，保護(hù)氣體配比為80%Ar+20%C02，氣體流量為18L/min 25L/min。在使用前 應(yīng)根據(jù)焊接工藝規(guī)程，焊接技術(shù)人員通過小車控制器上的按鍵進(jìn)行菜單操作，調(diào)出所需 的工藝數(shù)據(jù)；旋轉(zhuǎn)焊接速度旋鈕，使其達(dá)到焊接工藝規(guī)程要求，即可開始焊接作業(yè)。在 焊接中，可以通過小車控制器上的增減按鍵及焊接速度旋鈕適時(shí)修改焊接參數(shù)。根焊層 焊接是整個(gè)焊接過程中焊接速度最難控制的，尤其是平焊位置若是過快就容易穿絲，但 若是過慢又容易出現(xiàn)焊瘤，這就需要焊工通過對熔池的觀察來隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。過了平焊 位置，焊接速度就可以逐漸加快。在仰焊位置是由于自重的影響，容易出現(xiàn)內(nèi)凹缺欠，這可以通過減少焊絲伸出長度及適當(dāng)加快焊接速度來解決。熱焊層焊接、填充層焊接和蓋面層焊接，焊接參數(shù)選擇如下設(shè)備選用美國 Miller Pipepro 450RFC + CRC M300自動(dòng)外焊機(jī)，焊絲選用ΤΜ101/Φ 1.2mm藥芯氣保護(hù)焊 絲，采用全自動(dòng)焊上向焊工藝，焊接電流180A 240A，焊接電壓19V 24V，焊接速度 18cm/min 26cm/min，送絲速度為700 cm/min 900cm/min，焊絲伸出長度為6 mm 15mm，坡口兩端停留時(shí)間為8ms 12ms，擺動(dòng)速度為150次/min 190次/min，擺 幅以焊縫金屬熔敷到焊道邊緣為準(zhǔn)，保護(hù)氣體配比為80%Ar+20%C02，氣體流量為18L/ min 25L/min。在本發(fā)明中氣體的百分比都為體積百分比。上述實(shí)施例焊接參數(shù)及其他參數(shù)見下附表1。采用本發(fā)明方法及所屬焊接工藝參數(shù)對上述管口進(jìn)行焊接，按照標(biāo)準(zhǔn)Q/SY GJX0110-2007《西氣東輸二線管道工程線路焊接技術(shù)規(guī)范》要求，對焊接接頭的檢驗(yàn)項(xiàng) 目為外觀檢查、RT檢測和力學(xué)性能試驗(yàn)。檢查結(jié)果表明焊縫外觀成形均勻一致，焊縫及其附近表面上未出現(xiàn)裂紋、未 熔合、氣孔、夾渣、凹陷等缺陷；蓋面焊縫寬度W比外表面坡口寬度每側(cè)增加0.5mm 2.0mm，錯(cuò)邊量<1/8δ，焊縫表面余高h(yuǎn)在Omm 2mm之間，咬邊深度在0.2mm 0.5mm之間；外觀檢查合格后，進(jìn)行RT檢測，符合《西氣東輸二線管道工程無損檢測》 射線標(biāo)準(zhǔn)的要求；RT檢測合格后，再進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，其拉伸試驗(yàn)、刻槽錘斷試驗(yàn)、 彎曲試驗(yàn)、低溫沖擊試驗(yàn)、宏觀金相、硬度試驗(yàn)等均符合Q/SY GJXOl 10-2007標(biāo)準(zhǔn)的要 求。以上技術(shù)特征構(gòu)成了本發(fā)明的最佳實(shí)施例，其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和最佳實(shí)施效 果，可根據(jù)實(shí)際需要增減非必要的技術(shù)特征，來滿足不同情況的需求。采用本發(fā)明的全自動(dòng)外焊機(jī)進(jìn)行管道全位置焊接的焊接工藝，可廣泛應(yīng)用于焊 接管道外徑不小于600mm的管道流水焊接作業(yè)，其技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)包括
1、由于整套焊接工藝全部采用自動(dòng)控制、自動(dòng)焊接，充分展現(xiàn)了全自動(dòng)焊接管道焊 接速度快的優(yōu)點(diǎn)，在同樣工況下，比半自動(dòng)焊接工藝可以減少1/3的焊接時(shí)間，提高了 焊接工作效率，降低了作業(yè)成本。、采用本發(fā)明焊接的焊縫具有層間焊縫填充金屬平整、各層焊縫邊緣熔合良 好，提高了焊接質(zhì)量，且因整套焊接工藝全部采用自動(dòng)焊焊接，保證了焊接質(zhì)量的穩(wěn)定可靠。、本發(fā)明解決了制約長輸管道流水施工作業(yè)根焊效率低的瓶頸難題，實(shí)現(xiàn)了真 正意義上的管道全自動(dòng)焊接。
權(quán)利要求
1.一種管道全位置的全自動(dòng)外焊機(jī)焊接方法，包括根焊層的焊接、熱焊層的焊接、填 充層的焊接和蓋面層的焊接，其特征在于按下述步驟進(jìn)行對管道的管口端面進(jìn)行預(yù)處 理；對焊接管道進(jìn)行常規(guī)性檢查，并進(jìn)行環(huán)境維護(hù)和設(shè)備調(diào)試；將焊接工藝參數(shù)錄入并 保存至自動(dòng)外焊機(jī)的小車控制器內(nèi)；將待焊接管道的管口端面用坡口加工機(jī)加工至所需 坡口，并將加工好坡口的管口端面進(jìn)行清理和組對；檢查焊接軌道和裝載焊接小車；對 焊接的管道按焊接工藝規(guī)程要求進(jìn)行焊前預(yù)熱，并按規(guī)定的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行焊接，其 焊機(jī)行走、擺動(dòng)、送絲、保護(hù)氣體均由小車控制器自動(dòng)控制；其中根焊層焊接采用的焊接工藝參數(shù)如下設(shè)備選用美國Miller Pipepro 450RFC + CRC M300自動(dòng)外焊機(jī)，焊絲選用Ε7006ΜΗ4/Φ1.2·金屬粉芯焊絲，采用全自動(dòng)焊下向焊 工藝，焊接電流140Α 160Α，焊接電壓16V 18V，焊接速度20cm/min 26cm/min， 送絲速度為350cm/min 500cm/min，焊絲伸出長度為8mm 12mm，坡口兩端停留時(shí) 間為Oms 6ms，擺動(dòng)速度為150次/min 190次/min，擺幅以焊縫金屬熔敷到焊道邊 緣為準(zhǔn)，采用保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)；熱焊層焊接、填充層焊接和蓋面層焊接采用的焊接工藝參數(shù)如下設(shè)備選用美國 Miller Pipepro 450RFC + CRC M300自動(dòng)外焊機(jī)，焊絲選用ΤΜ101/Φ 1.2mm藥芯氣保護(hù)焊 絲，采用全自動(dòng)焊上向焊工藝，焊接電流180A 240A，焊接電壓19V 24V，焊接速度 18cm/min 26cm/min，送絲速度為700 cm/min 900cm/min，焊絲伸出長度為6 mm 15mm，坡口兩端停留時(shí)間為8ms 12ms，擺動(dòng)速度為150次/min 190次/min，擺幅 以焊縫金屬熔敷到焊道邊緣為準(zhǔn)，采用保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道全位置的全自動(dòng)外焊機(jī)焊接方法，其特征在于預(yù)處理是 對需要焊接管道的管口端面進(jìn)行坡口加工和清潔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的管道全位置的全自動(dòng)外焊機(jī)焊接方法，其特征在于管道 管口端面加工的坡口為不含內(nèi)襯墊的外根焊坡口，坡口型式為帶鈍邊的U型坡口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的管道全位置的全自動(dòng)外焊機(jī)焊接方法，其特征在于帶鈍邊的 U型坡口的具體參數(shù)為管壁厚為18.4mm，上坡口角度β為10° 15°，變坡口拐點(diǎn) 距內(nèi)壁的高度為3.7士0.2mm，圓弧半徑R為2.4mm，鈍邊為0.8mm 1.5mm，間隙為 0.5mm 1.5mm，管道坡口組對錯(cuò)邊量應(yīng)<2.3mm,且氺3mm，并應(yīng)沿管道坡口圓周均勻 分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的管道全位置的全自動(dòng)外焊機(jī)焊接方法，其特征在于保 護(hù)氣體采用混合氣體，該混合氣體配比為80%Ar+20% CO2,氣體純度Ar^99.96%、 C02>99.5%,氣體流量為 18L/min 25L/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的管道全位置的全自動(dòng)外焊機(jī)焊接方法，其特征在于保護(hù) 氣體采用混合氣體，該混合氣體配比為80%Ar+20% CO2,氣體純度Ar^99.96%、 C02>99.5%,氣體流量為 18L/min 25L/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的管道全位置的全自動(dòng)外焊機(jī)焊接方法，其特征在于保護(hù) 氣體采用混合氣體，該混合氣體配比為80%Ar+20% CO2,氣體純度Ar^99.96%、 C02>99.5%,氣體流量為 18L/min 25L/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的管道全位置的全自動(dòng)外焊機(jī)焊接方法，其特征在于焊接 前應(yīng)采用感應(yīng)加熱或電加熱的方法將管道坡口預(yù)熱至100°C 200°C，預(yù)熱寬度以不小于管道坡口兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)為宜，且保證預(yù)熱溫度均勻，層間溫度應(yīng)為50°C 150°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的管道全位置的全自動(dòng)外焊機(jī)焊接方法，其特征在于焊接前應(yīng) 采用感應(yīng)加熱或電加熱的方法將管道坡口預(yù)熱至100°c 200°C，預(yù)熱寬度以不小于管道 坡口兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)為宜，且保證預(yù)熱溫度均勻，層間溫度應(yīng)為50°C 150°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的管道全位置的全自動(dòng)外焊機(jī)焊接方法,其特征在于焊接前應(yīng) 采用感應(yīng)加熱或電加熱的方法將管道坡口預(yù)熱至100°c 200°C，預(yù)熱寬度以不小于管道 坡口兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)為宜，且保證預(yù)熱溫度均勻，層間溫度應(yīng)為50°C 150°C。
全文摘要
一種管道全位置的全自動(dòng)外焊機(jī)焊接方法，其按下述步驟進(jìn)行對管道的管口端面進(jìn)行預(yù)處理；對焊接管道進(jìn)行常規(guī)性檢查，并進(jìn)行環(huán)境維護(hù)和設(shè)備調(diào)試；將焊接工藝參數(shù)錄入并保存至自動(dòng)外焊機(jī)的小車控制器內(nèi)；將待焊接管道的管口端面用坡口加工機(jī)加工至所需坡口，并將加工好坡口的管口端面進(jìn)行清理和組對；檢查焊接軌道和裝載焊接小車；對焊接的管道按焊接工藝規(guī)程要求進(jìn)行焊前預(yù)熱，并按規(guī)定的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行焊接。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了真正意義上的管道全自動(dòng)焊接，保證焊接過程的穩(wěn)定控制，確保對電弧和熔池的有效保護(hù)，保證焊縫的沖擊韌性，保證焊接質(zhì)量，解決了制約半自動(dòng)焊接流水施工作業(yè)的瓶頸難題，提高了工作效率。
文檔編號B23K9/16GK102009251SQ20101055854
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者崔玉淼, 徐風(fēng)剛, 曾君, 楊俊明, 梁志榮 申請人:新疆石油工程建設(shè)有限責(zé)任公司