馬 謙，蘇景富，成 蕾，汪 超

（渤海裝備南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210061）

0 引言

公司主要產(chǎn)品大口徑直縫埋弧焊鋼管，適用于石油、天然氣長(zhǎng)輸高壓油氣管道等的建設(shè)。但是針對(duì)薄壁（10 mm 以下）低鋼級(jí)（X65 以下）JCOE 直縫焊管焊接缺陷比例較高問(wèn)題進(jìn)行深入研究，這類(lèi)鋼管在生產(chǎn)過(guò)程中，各大鋼管制造廠焊接工藝一般采用三絲焊接工藝，因此，鋼管焊接缺陷基本上在內(nèi)焊道上產(chǎn)生較多的咬邊和氣孔缺陷問(wèn)題，造成鋼管的生產(chǎn)效率降低、材耗增加，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本直接增加，導(dǎo)致項(xiàng)目難以有效進(jìn)行。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)研究三絲、雙絲兩種不同焊接工藝參數(shù)，在分別優(yōu)化兩種焊接工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)兩種方案的焊縫缺陷類(lèi)型、數(shù)量及理化性能進(jìn)行分析和比較。

根據(jù)公司生產(chǎn)薄壁厚鋼管的實(shí)際情況，通過(guò)焊接工藝的優(yōu)化后，鋼管的理化性能均能滿足項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)要求，但雙絲焊接工藝焊接質(zhì)量更好，焊接一通率更高，經(jīng)濟(jì)效益更加明顯，在數(shù)千根鋼管的批量生產(chǎn)中得到成功驗(yàn)證。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

對(duì)近年來(lái)壁厚在10 mm 以下鋼管焊接一通率、管端焊縫切除率，從焊接崗位生產(chǎn)記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，焊接缺陷統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 焊接缺陷統(tǒng)計(jì)

通過(guò)薄壁鋼管焊接缺陷率統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)薄壁鋼管的焊接切除率高，焊接一通率低，造成鋼管生產(chǎn)效率降低、材耗增加。通過(guò)薄壁鋼管焊缺陷類(lèi)型統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)影響薄壁鋼管焊接質(zhì)量的主要焊接缺陷為夾渣、氣孔和咬邊。

2 原因分析

導(dǎo)致薄壁鋼管焊接一通率偏低、焊接質(zhì)量不好的原因較多，分別從人、機(jī)、料、法、環(huán)5 個(gè)方面進(jìn)行原因調(diào)查和分析。導(dǎo)致焊接缺陷的因果圖如圖1 所示。

圖1 焊接缺陷因果圖

根據(jù)因果圖分析出5 條原因，制定相應(yīng)的確認(rèn)方法，并進(jìn)行確認(rèn)；根據(jù)確認(rèn)的結(jié)果確定要因，要因評(píng)價(jià)見(jiàn)表2。

表2 要因評(píng)價(jià)表

3 實(shí)施對(duì)策

通過(guò)原因分析確認(rèn)焊接缺陷多的主要原因是：焊前工序的準(zhǔn)備、焊接工藝的優(yōu)化、完善，針對(duì)主要原因，經(jīng)過(guò)反復(fù)分析與研究，制定如下措施。

3.1 焊接工藝優(yōu)化措施

鋼板為X60M 鋼級(jí)、壁厚為7.9 mm 的開(kāi)平板，經(jīng)過(guò)JCO 成型方式成規(guī)格為Ф610 mm×7.9 mm 鋼管。焊絲型號(hào)為H08Mn－MoTiB，焊劑采用氟堿性燒結(jié)焊劑，型號(hào)為JH-SJ101G。

焊接坡口形式采用X 形，鈍邊高度約為4.8 mm（優(yōu)化前高度為3.7 mm），內(nèi)坡口深度約為1.5 mm，內(nèi)外焊坡口角度分別為80～90°。通過(guò)采用方案Ⅰ焊接工藝?yán)萌z、方案Ⅱ工藝采用雙絲的兩種焊接方法進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 焊接工藝參數(shù)

3.1.1 兩種焊接工藝措施焊縫宏觀形貌對(duì)比

兩種焊接工藝措施焊縫宏觀形貌對(duì)比如圖2 所示，兩種措施均能滿足該項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)要求的內(nèi)外焊道中心偏離≤3.0 mm、內(nèi)外焊道熔透深度≥1.5 mm 要求。焊縫余高方面，三絲焊接工藝措施的焊接焊縫余高在3.0 mm 左右，雙絲焊接工藝措施的焊接焊縫余高在2.6 mm 左右，雙絲焊接工藝措施的焊接余高比三絲焊接工藝措施的焊接余高有所降低，因此，雙絲焊接工藝有利于控制生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

圖2 兩種焊接工藝措施焊縫宏觀形貌對(duì)比

3.1.2 兩種焊接工藝方案焊接理化性能方面

兩種焊接工藝措施的焊縫抗拉強(qiáng)度均能滿足項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)要求，且均≥520 MPa，雙絲焊的焊接工藝措施的焊縫平均抗拉強(qiáng)度較三絲的焊接工藝措施的焊縫平均抗拉強(qiáng)度提高約18 MPa。焊接后的焊縫及熱影響區(qū)沖擊功性能均能達(dá)到項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)要求，且單值＞30 J 和均值＞40 J 的要求，焊接接頭及熱影響區(qū)均具有良好的抗斷裂韌性。同時(shí)，雙絲焊接工藝措施的焊縫及熱影響區(qū)沖擊功單值和平均值均比三絲焊接工藝措施分別提高38 J 和68 J。

3.2 設(shè)備改進(jìn)和人員培訓(xùn)

（1）應(yīng)用頭腦風(fēng)暴法，對(duì)影響生產(chǎn)線鋼管現(xiàn)場(chǎng)工序質(zhì)量的因素進(jìn)行分析，小組成員每人提出2 條以上的原因，然后對(duì)不良原因排序，選出排名前10 位的原因進(jìn)行重點(diǎn)分析。

（2）預(yù)焊機(jī)設(shè)備的改造，在焊接過(guò)程中及時(shí)調(diào)整錯(cuò)邊。

（3）優(yōu)化焊接設(shè)備、輔助設(shè)備和控制系統(tǒng)，提高焊接車(chē)穩(wěn)定性，減少斷弧、燒穿、電磁偏、焊接車(chē)竄動(dòng)、焊偏和電流、電壓波動(dòng)對(duì)焊接的影響。

（4）配合生產(chǎn)開(kāi)展焊接工藝研究，通過(guò)減小焊接線能量改善熱影響區(qū)軟化問(wèn)題。

（5）加強(qiáng)員工技能培訓(xùn)，提高焊工技能水平和責(zé)任心。

4 項(xiàng)目取得成果及應(yīng)用效果

通過(guò)焊接工藝優(yōu)化改進(jìn)、設(shè)備的升級(jí)改造以及員工質(zhì)量意識(shí)的提高，薄壁管焊接質(zhì)量提升明顯。鋼板為X60M 鋼級(jí)、壁厚為7.9 mm 的開(kāi)平板，經(jīng)過(guò)JCO 成型方式成規(guī)格為Ф610 mm×7.9 mm 鋼管1646 t 為例，比較以前數(shù)據(jù)明顯提高，管端切除率、焊接一通率變化如圖3 所示。具體應(yīng)用效果如下：

圖3 管端切除率、焊接一通率變化

（1）兩種焊接工藝生產(chǎn)的鋼管，焊縫拉伸性能、沖擊性能、焊縫彎曲等理化性能都能夠滿足項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)要求，其中兩絲焊接線能量更低、性能更優(yōu)。

（2）對(duì)于薄壁鋼管的焊接，相對(duì)三絲焊接工藝措施采用雙絲焊接工藝措施的情況下，焊接的外觀余高得到很好控制，焊縫缺陷率降低，焊接一通率提高，焊縫理化性能更優(yōu)。雙絲焊接工藝措施低余高、低補(bǔ)焊率及低切除率低，更適宜進(jìn)行批量生產(chǎn)。