埋弧焊接工艺在海洋工程中的应用

摘 要：海洋工程结构钢管焊接经过近几年的发展，到目前已经完全实现了半自动焊、自动焊，工作效率、焊接质量大幅度提高，一些优质、高效、施工条件好的新工艺技术不断在实践中得以创新和推广应用。近年来，直缝埋弧焊管产品随着应用领域的拓展有了更高的要求，在海洋工程中的应用有越来越广泛。

关键词：钢管焊接；焊管；直缝埋弧焊管；自动焊

中图分类号：TE95 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）02-0084-02

1 前言

就焊接工作量而言，我国处于国际领先地位，因此，能否解决好焊接质量问题成为影响我国焊接总体水平提高的瓶颈。实际生产过程中会根据生产场合来选择不同的焊接工艺组合，以此来提高生产效率，降低生产成本。影响焊接生产效率的主要因素是熔敷速度，它在很大程度上影响焊接热输入：熔敷越快，热输入越高，材料越容易发生变形。如果是仅仅采用某一种电弧焊，加快焊接速度能够减少焊材变形，但同时它会造成另外一系列问题：焊不透、焊道断续、咬边等。

2 双丝埋弧焊技术

2.1 双丝埋弧焊发展与原理

双丝埋弧焊技术工艺的发展，极大地推动了焊接技术的发展。从电孤的种类与位置方面讨论，国内外对双孤焊接工艺方法研究的现状主要集中在单面双孤焊、复合双孤焊、双面双孤焊三个方面。复合双弧是指采用不同种类的电弧或热源相结合进行焊接的方法。双面电弧焊接（DSAW）采用两个电弧（同种或不同）在工件的两面同时进行操作，对于焊接生产率的提高起到了很显著的促进作用，但缺点就是它容易受到焊接位置的限制。这种新近发展的新工艺技术包括双面双弧对称焊和双面双弧非对称焊两种。单面双弧接头力学性能提高，这是因为它的焊接速度高，单位时间内焊缝成形的热输人小，所以热影响区小。

人们最早在1948年应用双丝埋孤焊，它包括单电源双丝和多电源串连双弧两种，前者可以获得较高的稀释率和熔敷速度，但它的熔透能力比单丝埋孤焊低，所以适于窄间隙焊；后者双丝的每一根焊丝都由一个电源独立供电，因此熔深最大、熔敷速度较高，再加之焊缝金属稀释率接近单丝埋孤焊，所以对焊接质量和焊接速度起到了极大的提高作用。

2.2 双丝埋弧焊工艺参数优化

双丝埋弧焊主要的工艺参数有：电流、电压、送丝速度、焊丝直径及干伸长度、焊丝倾角等。焊接电流、电压大小影响焊缝熔深、熔宽；焊接速度控制焊接热输入量；焊丝长度不同影响熔深及焊缝余高；电弧对熔池的力和热作用会影响焊缝成形，因为随着焊丝的倾斜角度不同这种作用也有显著差异，这些工艺参数及其相互之间的配合将影响到整个焊接质量效果以及效率[1]。

（1）焊接电流。焊接电流在其他参数一定的情况下会决定了焊缝质量。通常条件下，焊接电流越大，熔深、焊缝余高以及焊丝的熔化量也越大，反之亦反，但是焊缝的宽度与焊接电流关联不明显。（2）焊弧电压。正常情况下焊接宽度与焊弧电压成正比，而熔深和焊缝余高则与之成反比。电弧电压过大会减小熔深，使得焊接不透彻、焊渣难清理、焊缝质量差以及咬边等缺陷。所以焊接电流要与焊弧电压同时增加。（3）焊接速度。控制其余参数不变，仅仅提高焊接速度，则热输入量和焊缝熔深会相应减小，而合适的热输入量是提高焊接质量要着重考虑的因素。通过提高焊接速度而增大单位时间焊接数量时，要保证焊接电流和电压合适，避免引起焊接不透彻等问题，保证焊接质量。（4）焊丝直径与伸出长度。控制其余参数不变，弧柱直径随焊丝直径成正比例关系变化，也就是焊缝宽度随电流密度成反比例变化，而熔深则与之相反。控制其余参数不变，电阻、作用在伸出焊丝上的预热作用以及熔化速度随焊丝长度成正比例变化，因此合适的焊丝伸出长度是保证合适的熔深和焊缝余高的必要条件。（5）焊丝倾角。倾角分为前倾角和后倾角两种，其大小和方向通过影响熔池所受的电弧力和热作用而影响焊缝成形。焊丝后倾一定角度时，电弧与焊接前进方向一致，熔池前方事先被加热，熔化金属将很难被去除，从而导致焊缝宽而熔深变浅。

3 直缝埋弧焊技术的缺点

3.1 生产效率低

现有直缝埋弧焊管企业焊缝坡口预热装置普遍采用简易机构，受生产线工艺流程的制约，大多在进入内焊工序前将预焊后的管筒吊离生产线，放置到专门的焊缝坡口预热装置上进行坡口加热，待加热完成后再吊入制管生产线进行内焊工序。因反复倒运降低了生产效率。

3.2 加热效率低

非在线坡口预热装置大多设备工装比较复杂，反复倒运造成加热好的坡口再次降温，尤其是北方冬季生产时，为了弥补热损失，可能要提高预热温度，从而造成能源浪费，降低了加热装置的加热效率，增加了生产企业制造成本。

4 埋弧自动焊的优点

4.1 生产率高

焊丝伸出长度是指从导电嘴末端到电弧端部的焊丝长度，埋弧焊的焊丝伸出长度一般长50mm左右，远不及手工电弧焊。自动焊使用的电流比手工焊大五至十倍，熔深显著增加，单位时间内能焊接更多的焊件。而且以为其使用的是光焊丝，所以增大电流时可以保证焊条药皮不受影响。如果对接焊的伸出长度小于20mm，则可避免开坡口和留间隙等，从而节省了填充材料[2]。

4.2 劳动条件好

劳动强度降低，劳动条件完善，没有辐射。由于该技术对于批量较大，较厚较长的直线及较大直径的环形焊缝的焊接非常适用，所以在工业生产中，仍然该工艺是至今使用最普遍和频繁的一种焊接方法。除了在造船、桥梁等金属结构的制造适用该工艺外，它还被应用于化工方面。当然该方法也存在一定的局限性。首先由于其操作不够灵活，所以通常要求焊缝尽量水平；此外适应此方法的工件前期工作比较多，工作时间长；焊接时无法实时观察整个过程，对规范要求标准高。

5 结语

分析埋弧焊接工艺总结出研制的新型直缝埋弧焊管坡口预热装置能够在线对焊管坡口进行预热，不影响正常生产。新型直缝埋弧焊管坡口预热装置调整使用方便，由电控系统实现加热区域和温度的自动控制与调节，对焊缝坡口及钢管预热区可以完全契合覆盖，加热速度快、热利用率高、节能效果显著、使用安全可靠。由而更能了解埋弧焊接工艺在海洋工程中的应用。

参考文献：

[1]张远生.李延丰.大口径直缝埋弧焊鋼管生产线简介[J].焊管，2001（6）：35-37.

[2]王志坚.埋弧焊在导管架制造中应用的工艺评定研究[J].中国海洋平台，2001（Z1）：50-53.