摘要：焊缝余高过高，焊缝与母材过渡角过小会引起焊趾处应力集中，导致服役条件下管道疲 劳破坏，影响管道的安全运行，加大钢管的外防腐作业难度，造成焊缝部位防腐层厚度的减薄甚至开裂。针对这些问题，分析了影响焊缝余高质量的主要因素，以及改善焊缝形貌所采取的工艺措施，如坡口和焊接工艺参数的优化设计、焊丝形位参数的调整。焊缝形貌的改善在实际生产中取得了满意的效果。 关键词院螺旋埋弧焊管；焊缝形貌；焊缝余高；防腐中图分类号：TE973
文献标志码：B
文章编号：1001-3938（2013）07-0063-04
螺旋埋弧焊管焊缝形貌控制
王
洋，陈
楠，谢玉峰，刘晶晶，谷海龙，祁超
(渤海装备华油钢管有限公司，河北青县062658)
Abstract:Over height weld reinforcement and too small transition angle between weld and base metal will case stress concentration in weld toe,which can lead to fatigue rupture to the pipeline under service condition,and even influence pipeline safety operation,add much more tasks difficulty of steel pipe external coating,and cause weld external coating thickness reduction even to cracking.Aim at these problems,it analyzed the major factors affecting weld reinforcement quality,and the process measures to improve weld profile,such as optimizing design for bevel and welding process parameters and adjustment for the angle and location of welding wire.By implementation of the above measures,it improved the weld profile and obtained satisfactory results in practice production.
Key words:SAWH pipe;weld profile;weld reinforcement;coating
Brief Introduction of Controlling SAWH Pipe Weld Profile
WANG Yang,CHEN Nan,XIE Yufeng,LIU Jingjing,GU Hailong,QI Chao
(CNPC Bohai Equipment Huayou Steel Pipe Co.,Ltd.,Qingxian 062658,Hebei ,China )
0前言
近年来，随着高压、长距离、大直径油气管道建设的快速发展，对螺旋埋弧焊管焊缝的质量要求也在不断提高，不仅要求具有良好的理化性能和较少的内在缺陷，优质的焊缝形貌控制已成为行业内部竞争的重要手段[1]。其中，焊缝余高是焊缝形貌质量控制的关键指标之一。
焊缝余高的存在，不仅容易引起焊趾部位的
应力集中[1]，造成服役条件下管道的疲劳破坏，而且还会增加外防腐层作业难度，造成生产成本的
增加[2]。目前，广泛采用的钢制管道外防腐技术是三层聚乙烯(3PE)防腐。在埋弧焊管涂敷过程中，由于焊缝余高的存在，焊缝部位的防腐层厚度要小于管体，且焊缝余高越大，二者的差值越大，这将影响防腐管道的使用寿命。西气东输二线3PE 外防腐技术条件[3]及GB/T 23257—2009[4]等相关标准中都明确规定焊缝部位的防腐层厚度不能小于管体防腐层厚度的70%(甚至更高，如印度
管线要求为90%)，为保证焊缝部位防腐层达到所规定的厚度，需要增加整个管体的防腐层厚度，从而增加防腐材料的消耗，造成防腐成本的
表1不同壁厚范围适用的坡口角度增加。因此，改进钢管的焊缝余高质量具有非常
重要的意义。采用相关统计技术与质量工具分析
焊缝余高控制现状，通过对坡口参数和焊接工艺
参数的优化设计，以及焊丝形位参数的调整等方
法，对螺旋埋弧焊管的焊缝余高控制方法加以阐
述，以指导生产。
1焊缝形貌控制的工艺措施
1.1优化坡口参数袁改进铣边质量
坡口尺寸的大小决定了填充金属量，直接影响着焊缝余高。为进一步验证其对双丝埋弧焊焊缝余高的影响程度，针对不同的坡口尺寸进行了平板焊接试验。试验在其他焊接条件不变的情况下，仅改变外焊坡口角度。坡口角度分别选择50°,60°,70°,80°,90°和100°，试验结果如图1所示。
从图1可以看出，随着坡口角度的增加，焊道填充空间扩展，焊缝余高明显降低。同时，熔深、熔宽
尺寸随之增加，焊缝与母材之间的过渡角增大，焊趾形貌改善。但坡口角度过大时(尤其在深度同时较大时)，容易引起焊道填充不足、焊缝低于母材及焊缝边缘咬边等焊接缺陷，因此，应根据不同的壁厚选择适宜的坡口角度。
为适应不同壁厚的生产要求，改变了以前单一坡口角度的工艺，按照尽量减小差异性、降低备件成本的原则，以试验数据为参考，提出了不同壁厚范围适用的坡口角度(见表1)，并加工定制了相应的铣边刀盘和刀座。
除坡口角度外，坡口深度和钝边尺寸也直接
影响焊缝余高。坡口深度增加，焊道填充空间扩
展，焊缝余高降低，焊趾形貌改善。但坡口深度
过大时同样会产生各种焊接缺陷。同时，增加坡
口深度需要减小钝边尺寸，但钝边尺寸过小时又
容易产生板边挤厚、成型不稳定等不良后果，造成
过敏性鼻炎仪焊接缺陷增多[5]。因此，针对不同壁厚的生产要求，以生产数据为基础，参考试验结果，提出了不
同壁厚范围适用的钝边尺寸和坡口深度(见表2),
并完善了相关工装及配件。
优化后的坡口参数与原工艺相比，坡口角度
及深度有所增加，为避免铣边质量不稳定造成局
部坡口过大或过小，从而引起焊缝余高的不均匀
性和焊接缺陷的增加，进一步对铣边机相关结构
进行了改进。主要包括两个方面:
(1)改进了铣边机床头箱压辊结构。上下压辊随动，使铣边机刀盘可以随钢板的“波浪弯”上下起伏，将压辊数量由3个改为1个，提高了随动精度，使得坡口尺寸均匀性大大提高，进而保证了良好的铣边质量。
(2)改进了铣边机刀盘调整机构。经过现场长时间试验后，对公司所有精铣边机进行了技术改造，将刀盘调节由手动改为电动，并安装板边坡口监视装置，以实现快速反应和快速调节，防止不规则坡口的出现。长春密刺
此外，加强矫平机的矫平控制，使钢板平整
度始终如一，防止钢带“波浪弯”进入铣边机;
加强放料和立辊的控制，尽量消除卷板“月牙
弯”的影响，杜绝人为“月牙弯”的产生，进一
步保证了铣边质量。
图1坡口角度对外焊缝余高的影响
表2不同壁厚范围适用的钝边及坡口深度
破口角度/(°)
1.2优化焊接参数袁降低焊缝余高针对焊接工艺参数对焊缝余高的影响，对如
下焊接工艺参数进行了调整，取得了良好的效果。
1.2.1
外焊前丝电流
根据焊接理论，在较小焊接电流条件下，熔
池的搅拌作用减弱，焊丝的熔化量减小，焊缝余高会降低，焊缝成形得到改善，表面波纹细美，边缘过渡趋于平缓[6]。因此，外焊前丝尽量采用较小的焊接电流。但随着外焊电流的减小，电弧潜入钢板的深度(即熔深)减小，又会影响焊缝的内
在质量。为解决这一矛盾，采取了两方面措施:(1)内焊采用较大的焊接电流。如在某工程
ϕ914mm×14.3mm 钢管生产时，内焊电流范围由原来的1025~1125A 增加到1125~1225A。
(2)调整外焊前丝的后倾角。后倾角越大，电
弧力对熔池金属向后排的作用增强，熔池底部的液体金属层变薄，熔深增大。根据这一理论，将前丝的后倾角增大2°~5°。这样，可在较小焊接电流条件下获得较大的熔深，保证了焊缝的内在质量。1.2.2
后丝电压
在相同的焊接工艺条件和一定的电压范围内，后丝电压增加时，焊缝余高减小，熔宽变宽。对生产线上外焊电压进行了严格控制，要求外焊前丝采用较低电压，以保持稳定的电弧，并得到较大的熔深。后丝电压直接影响焊缝的形貌和宽度，要求比前丝电压高3~6V，并及时对电流表、电压表进行校验，对已损坏的仪表及时更换，从数值上保证电流、电压的准确性。1.2.3
前后丝间距
前后丝间距过小时，会导致焊缝变窄，熔深加大，焊缝余高显著增大，并使两丝电弧的相互影响增加，产生“粘渣”现象，使焊缝脱渣性下降。前后丝间距过大时，会使熔池延长，熔深减
小，焊缝加宽，焊缝高度减小。通过试验可知，前后焊丝间距为8~11mm 之间时焊缝形貌较好，并规定钢管壁厚在12mm 以下时，前后丝间距选择8~9mm；壁厚在12mm 以上时，前后丝间距选择9~11mm。1.2.4
焊丝偏心距
对于外焊来说，若焊丝偏心距过小，则液态
模拟社区
熔池金属在经过钢管的最高点时仍未完全结晶，焊缝中间液态金属会向熔池尾部流动，使焊缝中间增高，形成余高过大或中间有“脊棱”的焊缝[7]；若焊丝偏心距过大，由于是下坡焊，会形成类似内焊的“马鞍形”的焊缝。每次换道后以及日常
生产中应根据酸蚀样及时调整焊丝的偏心距，保证良好的外焊缝形貌。
焊接工艺参数优化调整过程中，始终坚持以酸蚀试样为基础，以焊缝余高、焊趾过渡角、焊道几何形状和焊缝表面质量等参数为判据，严格控制焊缝形貌，杜绝“大肚子”、“窄而深”等不良形貌的出现，持续不断地优化完善焊接参数。
2应用效果
通过焊缝形貌控制工艺措施的实施，螺旋埋弧焊管外焊缝形貌得到了很好的改善。对某工程ϕ1219mm×18.4mm X80规格钢管的焊缝形貌进行分析，如图2所示。改进后的该批次钢管外焊缝余高平均1.63mm，较改进前外焊缝余高降低约0.32mm，焊趾过渡角、焊道几何形状和焊缝表面质量均有所改善。
对生产的具有一定批量的钢管外焊缝余高进行了统计分析，并将实施前后相近规格钢管的统计数据进行了对比，结果如图3所示。
从图3可以看出，各种规格钢管外焊缝余
t型槽铣刀
图
2准1219mm×18.4mm X80钢管焊缝金相照片
螺蛳剪尾机图3
实施前后焊缝余高对比
高较实施前相比均有明显降低，平均降低了约0.3mm，外焊缝形貌有了明显的改善。按照钢管厂年防腐量为100~150万m 2计算，外焊焊缝余高整体降低0.1mm，每平方米防腐成本相应降低1.2元左右，外焊焊缝余高若降低0.3mm，每年就可以节省近500多万元的防腐成本，数目相当可观。
3结论
(1)通过对坡口参数和焊接工艺参数的优化
设计，以及焊丝形位参数的调整等方法，使焊缝形貌的主要指标达到了预期目标值。
(2)焊接工艺参数优化调整过程中，应以酸
蚀试样为基础，以焊缝余高、焊趾过渡角、焊道几何形状、焊缝表面质量等参数为判据，严格控
制焊缝形貌质量。参考文献:
[1]王高峰，毕宗岳，螺旋埋弧焊管焊缝形状参数分析[J].
钢管,2008,37(01):60-64.
[2]姚红艳，刘会才，王中必.螺旋焊缝钢管3PE 防腐层厚度
分析及控制[J].天然气工业,2005,25(12):128-130.[3]Q/SY GJX0106—2007，西气东输二线管道工程钢质管
道三层结构聚乙烯防腐层技术规范[S].
[4]GB/T23257—2009，埋地钢质管道聚乙烯防腐层[S].[5]张继建，玉向宁.铣边缺陷对螺旋缝埋弧焊管质量的影
响及应对措施[J].钢管,2010,39(02):48-51.
[6]陈祝年.焊接工程师手册[M].2版.北京：机械工业出版
社,2002.
[7]刘世泽.埋弧焊钢管焊缝余高的控制[J].钢管,2006,35
(03):23-26.————————————————
—作者简介：王洋(1984—)，男，工程师，主要从事螺旋埋弧焊管焊接工艺技术研究工作。
收稿日期:2013-01-31
编辑：
中俄能源企业签署总金额高达2600亿美元长期增供原油合同，俄罗斯未来25年将向中国供应3.65亿t 石油，中国原油管道产业迎来发展新机遇，成品油运输随即出现机遇期，管道建设将出现新契机。
2013年6月21日中俄签署的长期供应原油协议，俄罗斯将在目前中俄原油管道(东线)
1500万t /a 输油量的基础上逐年增供原油，到2018年达到3000万t /a ，增供合同期25年。俄方还承诺在中俄合资天津炼油厂建成投运后，每年向其供应910万t 原油。
俄罗斯是中国原油进口的重要来源地。长期以来，中俄之间的原油贸易主要是通过铁路运输，存在风险大、运费高的劣势。2011年，全长近千千米的中俄原油管道已正式投产输油，开启了中俄之间通过管道输送原油的历史。
(谢淑霞报道)
中俄原油大单催生管道市场新机遇
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