16·工艺与应用 焊接技术2000年6月第29卷第3期 文章编号:1002025X(2000)03001602 STT型CO2半自动焊在管道焊接中的应用 鲍云杰,朱志明,郭爱东2,赵志刚2 (1.清华大学,北京100084;2.中国石油天然气管道局,河北廊坊065000 摘要:STT型CO逆变焊机是一种新型的半自动焊机。它基于短路液桥表面张力过渡( Surface-tensiortransfer)理论,采用了波形控制 技术,具有优异的工艺适应性,因此拓宽了CO半自动焊的应用领域。本文结合STT型CO2半自动焊在 Muglad盆地石油管道打底焊 施工中的应用,对使用效果进行了分析和评价。STT半自动焊技术在主体管道双联管打底焊中的成功应用。改变了CQ半自动焊不适 合长输管道焊接的观念,在技术上是一次较大的突破,为完善长输管道主体半自动化焊接工艺提供了新的思路 关键词:CO焊;管道;短路液桥表面张力过渡;打底焊道;应用 中图分类号:TG444+.7 文献标识码B 期,输出电流为10A;~ts是颈缩后期(熔滴和焊丝 分离之前),输出电流低于50A。在这两个阶段要使电 引言 流减小,避免液桥爆断引起飞溅,同时控制燃弧能量 随着石油工业的发展,我国的长输管道建设也正改善焊缝成形。在s时刻焊丝同熔池分离,电源立即 处于发展的高峰期。在这个进程中,我国的管道施工输出大电流,保证顺利引弧;电弧引燃后,电流逐渐减 技术得到了长足的发展和提高特别是进入90年代以小,在t时刻回到基值电流 来,随着几项国家重点工程的上马,又相继引进了几种 较为先进的焊接工艺和相关的焊接设备,大大提高了 国内施工队伍的整体实力和施工能力,为开创海外市 场创造了良好的条件。在苏丹 Muglad盆地石油开发 项目管道系统焊接施工中,中国石油天然气管道局引 进了STT型CO半自动焊接技术,使双联管工艺的 打底焊取得了较好的效果。 2STT型CO2焊接技术 图1STT型电源的电压、电流波形 CO2气体保护焊是一种廉价、高效的焊接方法。传 统的短路过渡CO2焊采用恒压外特性电源配合等速 该焊机的主要优点:①焊接过程稳定(干伸长度 送丝,主要依靠回路电感的作用控制焊接过程的稳定变化影响小),显著地降低了飞溅,减轻了焊工的工作 性,以减小飞溅,调节燃弧能量,改善焊缝成形。但是,强度;②焊缝成形美观;③电弧产生的辐射和烟雾较 电感的作用不能从根本上解决焊接飞溅大和控制熔深少;④可降低小尺寸工件的热输入量。其优异的性能 及成形的矛盾11 大大拓宽了CO2半自动焊的应用领域 sTT型CO2焊接技术基于短路液桥表面张力过 渡( Surface-tension- transfer)的理论, Lincoln电器公3管道焊接中的实际应用 司利用逆变焊机的高速可控性,采用波形控制技术研3.1焊接工艺 制了STT型CO半自动焊机。该焊机工作于短路过 苏丹管道工程双联管工艺的打底焊道采用STT 渡方式,电源在一个过渡周期内根据不同电弧电压值型逆变焊机进行全位置焊接,其它焊道采用埋弧焊 (电弧状态)输出不同的焊接电流(见图1)。lo~n是工程采用钢管级别为 API Spec5Lx65,直径为711.2 短路前燃弧期,输岀基值电流50~100A,其作用是保mm,壁厚10.72mm。钢管接头设计如图2,打底焊工 证电弧燃烧和提供熔滴长大的能量。n~n2是短路前艺参数见表1 表1打底焊工艺参数 焊材 极「电压峰值电流值电流干钾长气体流量『焊援速度送红 性/v /mmL·minl/cm:min/m·min M60,d=L,2m反接18-1940-42060-808-910-15[15-203.30 收稿日期:19991006 201994-2009ChinaAcademicJournalElectromicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:/hwww.cnkiner
16 焊接技术 2000 年 6 月第 29 卷 第 3 期 文章编号 :10022025X(2000) 0320016202 STT 型 CO 2 半 自 动 焊 在 管 道 焊 接 中 的 应 用 鲍云杰 1 ,朱志明 1 ,郭爱东 2 ,赵志刚 2 摘要 :STT 型 CO2 逆变焊机是一种新型的半自动焊机。它基于短路液桥表面张力过渡(Surface2tension2transfer) 理论 ,采用了波形控制 技术 ,具有优异的工艺适应性 ,因此拓宽了 CO2 半自动焊的应用领域。本文结合 STT 型 CO2 半自动焊在 Muglad 盆地石油管道打底焊 施工中的应用 ,对使用效果进行了分析和评价。STT 半自动焊技术在主体管道双联管打底焊中的成功应用。改变了 CO2 半自动焊不适 合长输管道焊接的观念 ,在技术上是一次较大的突破 ,为完善长输管道主体半自动化焊接工艺提供了新的思路。 关键词 :CO2 焊 ;管道 ;短路液桥表面张力过渡 ;打底焊道 ;应用 中图分类号 : TG444 + . 73 文献标识码 :B 收稿日期 :1999210206 1 引言 随着石油工业的发展 , 我国的长输管道建设也正 处于发展的高峰期。在这个进程中 , 我国的管道施工 技术得到了长足的发展和提高。特别是进入 90 年代以 来 ,随着几项国家重点工程的上马 ,又相继引进了几种 较为先进的焊接工艺和相关的焊接设备 , 大大提高了 国内施工队伍的整体实力和施工能力 , 为开创海外市 场创造了良好的条件。在苏丹 Muglad 盆地石油开发 项目管道系统焊接施工中 , 中国石油天然气管道局引 进了 ST T 型 CO2 半自动焊接技术 , 使双联管工艺的 打底焊取得了较好的效果。 2 ST T 型 CO2 焊接技术 CO2 气体保护焊是一种廉价、高效的焊接方法。传 统的短路过渡 CO2 焊采用恒压外特性电源配合等速 送丝 , 主要依靠回路电感的作用控制焊接过程的稳定 性 ,以减小飞溅 ,调节燃弧能量 ,改善焊缝成形。但是 , 电感的作用不能从根本上解决焊接飞溅大和控制熔深 及成形的矛盾[1 ]。 ST T 型 CO2 焊接技术基于短路液桥表面张力过 渡(Surface2tension - transfer) 的理论 ,Lincoln 电器公 司利用逆变焊机的高速可控性 , 采用波形控制技术研 制了 ST T 型 CO2 半自动焊机。该焊机工作于短路过 渡方式 , 电源在一个过渡周期内根据不同电弧电压值 (电弧状态) 输出不同的焊接电流 (见图 1) 。t0～t1 是 短路前燃弧期 ,输出基值电流 50～100 A ,其作用是保 证电弧燃烧和提供熔滴长大的能量。t1～ t2 是短路前 期 ,输出电流为 10 A ; t3～ t5 是颈缩后期 (熔滴和焊丝 分离之前) ,输出电流低于 50 A 。在这两个阶段要使电 流减小 , 避免液桥爆断引起飞溅 , 同时控制燃弧能量 , 改善焊缝成形。在 t5 时刻焊丝同熔池分离 , 电源立即 输出大电流 , 保证顺利引弧 ; 电弧引燃后 , 电流逐渐减 小 ,在 t7 时刻回到基值电流。 该焊机的主要优点[2 ] : ①焊接过程稳定 (干伸长度 变化影响小) , 显著地降低了飞溅 , 减轻了焊工的工作 强度 ; ②焊缝成形美观 ; ③电弧产生的辐射和烟雾较 少 ; ④可降低小尺寸工件的热输入量。其优异的性能 大大拓宽了 CO2 半自动焊的应用领域。 3 管道焊接中的实际应用 311 焊接工艺 苏丹管道工程双联管工艺的打底焊道采用 ST T 型逆变焊机进行全位置焊接 , 其它焊道采用埋弧焊。 工程采用钢管级别为 API spec5L X65 , 直径为 71112 mm ,壁厚 10172 mm。钢管接头设计如图 2 ,打底焊工 艺参数见表 1。 ·工艺与应用 · (11 清华大学 ,北京 100084 ;21 中国石油天然气管道局 ,河北 廊坊 065000) © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
Vol 29 No. 3 Jun 2000 工艺与应用·17 温度,改善焊缝组织性能 (4)由于STT型焊接电源输出独特的控制电流 打底焊熔敷效果较好,特别是焊道内侧成形平滑,不易 产生咬边、未熔合等缺陷 (5)焊口ⅹ射线探伤的合格率明显提高,返修率 低 图2接头设计 长输管道主体焊接半自动化技术的完善 3.2技术措施 目前我国长输管道主体焊接最成熟的工艺就是纤 钢管对口采用内对口器,为防止焊接过程中出现维素焊条打底,自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖面工 裂纹,打底焊完成后对口器方可撤离。焊前需要预热,艺。药芯焊丝把断续的焊接过程变为连续的生产方 预热温度100~150℃。釆用下向焊,允许轻微摆动。式,从而减少接头数目,提高了焊缝质量,也提高了生 焊接过程应注意保持焊接速度和不同焊接位置焊枪角产效率,节约了能源。同时,药芯焊丝的工艺性能优 度的调整,保证全位置焊接单面焊双面成形效果。CO良,电弧稳定,熔滴过渡平稳,并且成形美观,脱渣容 焊应注意有效防护,环境风速过大应停止焊接。打底易,特别是药芯焊丝的焊缝力学性能好,尤其是冲击韧 焊完成后,用钢丝刷清理干净(不需砂轮机打磨),立即性高。此工艺在西北库鄯管线初次使用,在苏丹项目 进行其它焊道的焊接(保证层间温度)。施工中出现的主体焊接中继续得到应用,均显示了良好的效果 主要问题及原因分析见表2 长期以来,自保护药芯焊丝一直被用于管道的填 表2问题及原因分析 充和盖面焊道。用于管道全位置打底焊的自保护药芯 焊丝(如 Lincoln nr204),性能还不够稳定,焊缝组织 孔c0气体不纯环境风达过人应强护大气板 和力学性能达不到规范要求,国内外很少使用。打底 基值电流设置过高(最好不变超过80A) 焊工艺成为管道焊接发展的瓶颈。STT型CO2半自动 未仓境温度低,适当商基值电喜燃弧推力峰值电低二焊技术在苏丹工程双联管打底焊工艺中的应用,为完 未焊透对出现错边或钟边不一致 善长输管道主体半自动化焊接工艺提供了新的思路 3.3焊接效果 表3为改进的STT+药芯焊丝半自动焊的工艺参 根据API1104标准对焊口进行的工艺评定和工程数,根据AP11104标准对按表3参数施焊的焊口进行 实践都表明此工艺打底焊环节满足施工标准的各项要工艺评定,结论为合格。完善后的工艺充分发挥了STT 求。与以往的纤维素焊条手工焊相比,具有以下优点 和药芯焊丝半自动焊的综合优点,提高了焊缝质量。该 (1)操作简单,焊接过程容易控制,飞溅小; 工艺在施工中最大的制约因素就是打底的防风问题。因 2)焊接连续,接头少,既提高了打底焊效率,又降此,每个焊接工位要设计配备有效的防风设施,同时做 低了缺陷发生率 好以下工作:①对焊工做严格培训和考核;②施工组织 (3)打底焊结束后,只需用钢丝刷清理焊道,无需管理应做相应调整;③为确保管线的安全性和可靠性 用砂轮机打磨,进一步提高了施工效率,也可保证层间对焊缝金属的强度和韧性也应做更深入的研究。 表3主体管线焊接工艺方案参数 焊道焊材极「电峰值电流基位电流「十伸长 体流量焊接球度送丝速度 M60反18-20380-420|60-8080-1010-1515-20 填充「NR07反18-22190-250 l8~20 20-302.03~2.54 盖面NR207 18 90-250 8-20 15~202.03~2.23 的综合优点,在管道焊接领域具有较好的应用前景 5结论 (1)STT逆变焊机具有优异性能,可拓宽CO2半参考文献: 自动焊的应用领域。 [1]郭戈,IGBT逆变式CO气体保护焊机的若干技术难点[J].电焊 (2)工艺评定和工程实践表明,用STT型CO2焊 机,1998,(1) 机进行长输管道双联管打底焊,可获得较高的焊接质 [2 KS, Elliott, The surfacetensiortransfer power source: A new 量,提高了施工效果 low-spatter are welding machine[]. Welding Journal, 1993, (1): 2: (3)STT型CO2半自动焊和自保护药芯焊丝半自3]栗卓新,药芯焊丝的技术经济性及使用特点口焊接技术 1996,(2):35 动焊相结合的工艺,发挥了STT和药芯焊丝半自动焊 01994-2009chinaAcademicJournalElectronicPublishingHousealLrightsreservedhttp://mnr.cnki,ner
Welding Technology Vol. 29 No . 3 J un. 2000 17 312 技术措施 钢管对口采用内对口器 , 为防止焊接过程中出现 裂纹 ,打底焊完成后对口器方可撤离。焊前需要预热 , 预热温度 100～150 ℃。采用下向焊 ,允许轻微摆动。 焊接过程应注意保持焊接速度和不同焊接位置焊枪角 度的调整 ,保证全位置焊接单面焊双面成形效果。CO2 焊应注意有效防护 , 环境风速过大应停止焊接。打底 焊完成后 ,用钢丝刷清理干净(不需砂轮机打磨) ,立即 进行其它焊道的焊接(保证层间温度) 。施工中出现的 主要问题及原因分析见表 2。 313 焊接效果 根据 API1104 标准对焊口进行的工艺评定和工程 实践都表明 ,此工艺打底焊环节满足施工标准的各项要 求。与以往的纤维素焊条手工焊相比 ,具有以下优点: (1) 操作简单 ,焊接过程容易控制 ,飞溅小 ; (2) 焊接连续 ,接头少 ,既提高了打底焊效率 ,又降 低了缺陷发生率 ; (3) 打底焊结束后 , 只需用钢丝刷清理焊道 , 无需 用砂轮机打磨 ,进一步提高了施工效率 ,也可保证层间 温度 ,改善焊缝组织性能 ; (4) 由于 ST T 型焊接电源输出独特的控制电流 , 打底焊熔敷效果较好 ,特别是焊道内侧成形平滑 ,不易 产生咬边、未熔合等缺陷 ; (5) 焊口 X 射线探伤的合格率明显提高 , 返修率 低。 4 长输管道主体焊接半自动化技术的完善 目前我国长输管道主体焊接最成熟的工艺就是纤 维素焊条打底 ,自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖面工 艺 。药芯焊丝把断续的焊接过程变为连续的生产方 式 , 从而减少接头数目 , 提高了焊缝质量 , 也提高了生 产效率 ,节约了能源[3 ]。同时 ,药芯焊丝的工艺性能优 良 , 电弧稳定 , 熔滴过渡平稳 , 并且成形美观 , 脱渣容 易 ,特别是药芯焊丝的焊缝力学性能好 ,尤其是冲击韧 性高。此工艺在西北库鄯管线初次使用 , 在苏丹项目 主体焊接中继续得到应用 ,均显示了良好的效果。 长期以来 , 自保护药芯焊丝一直被用于管道的填 充和盖面焊道。用于管道全位置打底焊的自保护药芯 焊丝 (如 Lincoln NR204) ,性能还不够稳定 ,焊缝组织 和力学性能达不到规范要求 , 国内外很少使用。打底 焊工艺成为管道焊接发展的瓶颈。ST T 型 CO2 半自动 焊技术在苏丹工程双联管打底焊工艺中的应用 , 为完 善长输管道主体半自动化焊接工艺提供了新的思路。 表 3 为改进的 ST T + 药芯焊丝半自动焊的工艺参 数 , 根据 API 1104 标准对按表 3 参数施焊的焊口进行 工艺评定 ,结论为合格。完善后的工艺充分发挥了 ST T 和药芯焊丝半自动焊的综合优点 ,提高了焊缝质量。该 工艺在施工中最大的制约因素就是打底的防风问题。因 此 ,每个焊接工位要设计、配备有效的防风设施 ,同时做 好以下工作: ①对焊工做严格培训和考核; ②施工组织 管理应做相应调整; ③为确保管线的安全性和可靠性 , 对焊缝金属的强度和韧性也应做更深入的研究。 5 结论 (1) ST T 逆变焊机具有优异性能 , 可拓宽 CO2 半 自动焊的应用领域。 (2) 工艺评定和工程实践表明 ,用 ST T 型 CO2 焊 机进行长输管道双联管打底焊 , 可获得较高的焊接质 量 ,提高了施工效果。 (3) ST T 型 CO2 半自动焊和自保护药芯焊丝半自 动焊相结合的工艺 ,发挥了 ST T 和药芯焊丝半自动焊 的综合优点 ,在管道焊接领域具有较好的应用前景。 参考文献 : [ 1] 郭戈 1IGB T 逆变式 CO2 气体保护焊机的若干技术难点[J ]1 电焊 机 ,1998 ,(1) [ 2] K S ,Elliott ,The surface2tension2transfer power source :A new , low2spatter arc welding machine [J ]. Welding Journal ,1993 ,(1) :25 [ 3] 栗卓新 1 药芯焊丝的技术经济性及使用特点[J ]. 焊接技术 , 1996 ,(2) :351 ·工艺与应用 · © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net