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管道自動焊常見缺陷產(chǎn)生原因及防治措施

文檔作者：張建護，唐德渝，張?zhí)锢?，侯澤? 文檔來源：中國石油集團工程技術研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年07月03日
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石油工程建設!""# 年$ 月
張建護，唐德渝，張?zhí)锢?，侯澤?
（ 中國石油集團工程技術研究院，天津%""’）
摘要：西氣東輸管道工程焊接工作量大，焊接質(zhì)量要求高，采用自動焊的總里程數(shù)超過
("" )*。通過對西氣東輸管道工程自動焊機組的長期跟蹤，了解并掌握了經(jīng)常出現(xiàn)的幾種焊接缺
陷，文章以西氣東輸管道工程第’+ 標段山西臨汾現(xiàn)場自動焊接為例，詳細分析了未熔合、氣孔、
余高超標、咬邊和迸絲產(chǎn)生的原因，并結合現(xiàn)場的具體情況，針對每種焊接缺陷提出了切實有效
的防治措施，進一步提高了焊接質(zhì)量和施工效率。
關鍵詞：西氣東輸；管道工程；自動焊接；缺陷；原因分析；措施
中圖分類號：,- .+%/% 文獻標識碼：0 文章編號：’""’1!!"$（!""#）"%1""&amp;amp;&amp;amp;1"&amp;amp;
管道自動焊常見缺陷產(chǎn)生原因及防治措施
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! 引言
西氣東輸管道工程是國家重點工程，主線路
全長約&amp;amp; """ )*，其特點是口徑大（!’ "’$ **）、
管壁厚（’&amp;amp;/$ 2 !$/! **）、鋼級高（345 6789 #:
;+"）、壓力高（’" <4=），這在我國管道建設史上
尚屬首次。由于焊接工作量巨大，焊接質(zhì)量要求
高，因此在較平坦的區(qū)段采用了自動焊技術。采
用自動焊的總里程超過("" )*。自動焊技術在長
輸管道施工中的規(guī)?；瘧茫瑢Υ蠖鄶?shù)施工單位
來說是一項全新的焊接工藝。在焊接過程中，焊
接機頭沿著安裝在管道上的軌道行走，焊工通過
操作盒進行參數(shù)設置，焊接過程是在自動控制下
完成的。因此，自動焊可大大降低人為因素的影
響，并且勞動強度低，焊縫質(zhì)量好，焊接效率高。
由于各施工單位都是初次接觸和使用自動焊設備，
因操作使用不當， 有時也出現(xiàn)一些缺陷和問題，
既影響焊縫質(zhì)量，又影響工程進度，同時影響自
動焊技術高效率特性的發(fā)揮。我們通過對西氣東
輸管道工程中自動焊機組的長期跟蹤，對焊接施
工中出現(xiàn)的缺陷進行了分析研究，提出了相應的
措施，焊接質(zhì)量和工程進度得到了保證，為今后
的施工積累了經(jīng)驗。
本文以西氣東輸管道工程第’+ 標段山西臨汾
現(xiàn)場自動焊接為例， 分析焊接缺陷產(chǎn)生的原因，
并提出防治措施。
西氣東輸管道工程第’+ 標段（山西臨汾段），
管材規(guī)格為!’ "’$ ** > ’&amp;amp;/$ **， 部分地段為
!’ "’$ ** > ’+/# **，材質(zhì)為;+" 鋼。管道的坡口
為單“?” 型， 采用@,, 半自動焊封底， 焊絲為
A<1#(，直徑為’/! **，’"" B CD!
保護；填充和
蓋面采用自動焊，焊絲為A<1$(，直徑為’/" **，
混合氣體保護（!" BCD! E (" B3F）。自動焊采用
的是填充% 層或&amp;amp; 層、蓋面’ 層的多層下向焊方
法。在施工初期， 出現(xiàn)的主要問題有： 未熔合、
氣孔、余高超標、咬邊和迸絲。
" 常見缺陷的原因分析及防治措施
"#"
未熔合是一種幾乎沒有厚度的面狀缺陷，其
直接危害是減少截面， 增大應力， 對承受疲勞、
經(jīng)受沖擊、應力腐蝕或低溫下工作都非常不利。
未熔合是由于電弧未能直接在母材上燃燒，焊絲
熔化的鐵水只是堆積在上一層焊道或坡口表面上
而形成的。主要形式有層間未熔合和單側點狀未
熔合，并出現(xiàn)在平、立焊位置，長度不一，最長
可達到’"" ** 左右。
未熔合是由以下幾方面原因造成的：
（’）焊接速度慢。如圖’（G）所示，由于焊
接速度慢，電弧不能在上一層焊縫上燃燒，而是
在熔池內(nèi)的鐵水上燃燒，焊絲熔化的鐵水向前流
淌，鋪在上層焊縫上，這就造成了層間未熔合。
（!）焊槍角度不正確。如圖! 中（G）所示，
焊槍所處的角度是不正確的。在此狀態(tài)下焊接，
&amp;amp;&amp;amp;
第!" 卷第! 期
熔池中鐵水在電弧吹力作用下向前流淌，鋪蓋在
電弧的前方，致使電弧不能在上一層焊縫上燃燒，
造成層間未熔，并且隨著角度的增大，鐵水流淌
更加嚴重，焊縫無法成型。
（!）焊接跟蹤不準確。在焊接過程中，由于
焊工觀察位置、角度的變化，在電弧擺動中心和
坡口焊縫中心不重合時，就會使電弧只能在坡口
的一側燃燒到位，在另一側燃燒不到位，鐵水只
堆積在不到位的一側，這樣就產(chǎn)生了單側未熔合，
如圖! 所示。
（#）焊槍在端部的停留時間短。焊縫是由焊
槍在坡口內(nèi)邊擺動、邊移動施焊完成的。由于焊
槍在端部的停留時間不足，電弧尚未將根部徹底
熔透就擺動移向另一端，這樣就在此處產(chǎn)生單側
未熔合。
根據(jù)以上# 種原因，采用下列措施，成功地
避免了未熔合的產(chǎn)生。
（"）適當加快焊接速度，使焊接電弧在正常
焊接狀態(tài)的位置上燃燒（如圖"（$）所示）。
（%）必須將焊槍調(diào)至圖%（$）所示正確的焊
接角度，焊槍與管道的法線形成&amp;amp;’ ( "&amp;amp;’角。
（!）應保持相對固定的觀察位置和角度進行
焊接跟蹤。
（#）適當增加焊槍在兩端的停留時間。
!"#
氣孔是自動焊在現(xiàn)場出現(xiàn)的主要焊接缺陷之
一，是焊縫金屬凝固過程中由于侵入氣體而形成
的氣囊或空穴。因其釀成了結構的不連續(xù)性，就
會削弱焊縫金屬的機械強度，降低結構的氣密性、
水密性等。氣孔多出現(xiàn)在平、立位置的焊縫接頭
處，從) 射線相片上反映出以密集氣孔偏多。經(jīng)
檢查分析，發(fā)現(xiàn)形成氣孔有以下! 方面的原因：
（"）防風棚漏風。氣體保護焊的最大缺點是
抗風能力差，所以工程上所使用的管道自動焊設
備均是在防風棚內(nèi)作業(yè)的，雖有“全天候”之稱，
然而，當風速高、棚底所在的地面不平時，就會
在防風棚的兩側包裹管道的帆布簾處及底部漏風。
風吹到焊槍就會吹散保護氣體，電弧和熔池失去
了保護，導致在焊縫中產(chǎn)生氣孔。
（%）保護氣體流量過小。管道自動焊所用的
保護氣體為富氬混合氣體（*&amp;amp; +,- . %&amp;amp; +/0%
），
流量為%&amp;amp; 1 2345，可獲得最佳的保護效果、焊縫
成型和質(zhì)量。然而在焊接過程中，控制電纜中的
氣管受到踩踏、碾壓或折成死彎時，造成氣管堵
塞或破損漏氣，這樣在電弧熔池處沒有保護氣體
或氣體流量過?。ㄐ∮?quot;6 1 2345），電弧熔池不能
得到很好的保護，就會產(chǎn)生氣孔。
（!） 焊前檢氣時間不足。在焊接起弧之前，
焊槍頭部及附近的氣管內(nèi)已不是所需的保護氣體，
而是空氣，必須將此處的空氣經(jīng)檢氣完全排出后，
方可起弧焊接。停焊時間越長，空氣在氣管內(nèi)占
有量就越多，所需的檢氣時間就越長。
為此采取了以下6 個方面的防治措施：
（"）防風棚兩側的帆布簾包裹管道后，再用
繩索加以捆綁。
（%）棚底四周加上帆布簾，并用沙土壓牢。
（!）把控制電纜小曲率地盤掛在防風棚側壁
上。
（#）經(jīng)常查看流量計，確定氣體流量是否達
到要求。在氣管破損處用膠布纏堵，對破損嚴重
的氣管，進行整管更換。
圖# 焊槍角度的變化
圖! 電弧的燃燒位置
焊槍
焊接方向
（$）正常焊接速度下的狀態(tài)
焊槍
焊接方向
（7）焊接速度慢時的狀態(tài)
焊槍
焊接方向
焊接方向
焊槍
!
"
（$）正確的焊槍角度（7）不正確的焊槍角度
圖$ 跟蹤錯誤的狀態(tài)
焊縫中心擺動中心
張建護等：管道自動焊常見缺陷產(chǎn)生原因及防治措施#6
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（#）每次焊接起弧之前，檢氣時間不得小于# %。
通過這些措施的實施，有效地抑制了氣孔的
產(chǎn)生，提高了一次合格率。
!"#
焊縫余高超標是指焊縫表面上的金屬超過了
規(guī)定的需要量，余高超標不僅造成經(jīng)濟上的浪費、
外形不美觀，而且還是一個應力增值源。主要影
響焊縫的疲勞壽命，隨著余高高度的增加，焊縫
的疲勞強度會急劇下降。
在施工中，平、立焊位置的焊縫余高符合標
準要求。由于仰焊位置的特殊性（熔滴受電弧吹
力和重力兩個相反方向力的作用，只有電弧吹力
大于重力時，才能過渡到熔池內(nèi)），導致熔滴過渡
較慢，電弧燃燒時間長，熔池的熱輸入大，增強
了鐵水的流動性，使鐵水由兩側向中間堆積下墜，
因此在焊縫的中心形成一個脊梁背，特別是在# &amp;amp;
’ 點鐘的部位，這種情況會更加嚴重，其高度大部
分在()" &amp;amp; ()# **，個別地方甚至達到了+)" **。
雖進行了打磨，但與平、立焊位置焊縫比較，外
觀相當差，并耗費人力和物力。
通過以上具體分析，制定了以下幾個方面的
防治措施，使焊縫余高達到了標準要求。
（,）在最后一遍填充后，給蓋面留,)# ** 的
量（如圖+ 所示）。
（!）控制蓋面焊電流為,$" &amp;amp; ,’"-，電壓,.)./。
（(）擺幅、擺速和停留時間均增加,"0&amp;amp; !"0。
（+）電感量在原來的基礎上降低," 0。
（#）焊絲干伸長控制在’ &amp;amp; ," ** 范圍內(nèi)。
（$）保持正確的觀察角度。
!"$
咬邊屬焊縫成形缺陷之一，是由母材金屬損
耗引起的、沿焊縫焊趾產(chǎn)生的溝槽或凹縫，是電
弧沖刷或熔化了近縫區(qū)母材金屬后，又未能填充
的結果。咬邊嚴重影響焊接接頭質(zhì)量及外觀成型，
使得該焊縫處的截面減小，容易形成尖角，造成
應力集中，該處斷裂的可能性最大。
由于仰焊位置的特殊性（在電弧吹力克服熔
滴重力之后，熔滴方可向熔池過渡），因此在蓋面
的仰焊部位極易造成咬邊。從仰焊位可直接觀察
到在焊縫兩側呈現(xiàn)斷續(xù)、由淺至深的咬邊，深度
")! &amp;amp; ")’ **，而局部點接近,)" **，集中在# &amp;amp; ’
點鐘區(qū)間，大約("" ** 長的范圍內(nèi)，屬于典型的
寬型咬邊。造成這類咬邊的原因有以下幾種：
（,） 焊接電流。焊接電流對咬邊影響最大，
大電流時，雖電弧吹力大，熔深大，焊絲熔敷率
高，但同時熱輸入大，熔池內(nèi)鐵水溫度高、流動
性好，向焊縫中心流動。當電弧移走之后，致使
熔池內(nèi)無鐵水或鐵水少，此時電弧在母材上（即
坡口邊緣處）燒出一個弧坑，形成咬邊。
（!）回路中電感。短路過渡要求焊接回路中
有合適的電感量，用以調(diào)節(jié)短路過渡電流的增長
速度（!" # !$），控制焊接過程中的飛濺量及電弧燃
燒時間。通常細絲氣保護焊， 焊絲熔化速度快，
熔滴過渡周期短，需要較大的短路過渡電流的增
長速度。在仰焊時，較大的電感使得熔滴過渡頻
率低，燃弧時間長，電弧移動至坡口兩側時，熔
池內(nèi)的鐵水就向焊縫中心流動而形成咬邊。
（(） 操作參數(shù)（ 擺幅、兩端停留時間及偏
移）。
1) 擺幅。如果擺幅小，電弧就燒不到坡口的棱
沿上，只在坡口面上燒一個弧坑，從而導致咬邊
（如圖# 所示）。
2) 兩端停留時間。如果在最后一遍填充完成
之后，給蓋面留有較大的余量時，就應保證電弧
在坡口兩端有足夠的停留時間，否則，焊絲熔化
的量不足以填滿熔池，這樣就會在焊縫外兩側形
成咬邊。
3) 偏移。偏移是用以焊接跟蹤的，如果觀察的
角度不對，就會產(chǎn)生視覺誤差，而做出錯誤的判
斷和調(diào)整，使電弧在一邊能夠燒到位，而在另一
邊就燒不到位，在電弧燒不到位的一側就會產(chǎn)生
咬邊。
咬邊的防治措施與余高超標的防治措施一致。
圖$ 蓋面前的焊縫截面
圖% 擺幅小的情況
,)# **
+$
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第!" 卷第! 期
!"#
迸絲是在焊接狀態(tài)下，焊絲接觸到母材之后，
焊絲干伸長部分發(fā)生的爆斷現(xiàn)象。迸絲使電弧無
法形成，不能實施正常的焊接工作。它是由電弧
電壓低造成的。從公式：! 空載# ! 電弧$ ! 線損可以看
出，在焊接電流的回路中，應盡可能減小! 線損，使
! 電弧接近! 空載，保持電弧穩(wěn)定，從而可以避免迸
絲。
在整個焊接回路中，從焊接電源引出的焊接
電纜（截面!% &amp;amp;&amp;amp;’，長( &amp;amp;）、地線電纜（截面%)
&amp;amp;&amp;amp;’，長% &amp;amp;）并不長，線上的電壓損失很小，不
足以造成迸絲。經(jīng)過進一步的檢查分析，發(fā)現(xiàn)問
題出在地線上，有以下幾方面的原因：
（"）在整個地線電纜上有* 個接頭，接頭形
式均為螺栓、螺母聯(lián)結，導電面積小，電壓損失
大。在長時間、大電流的焊接過程中，接頭處嚴
重發(fā)熱，達到燙手的程度，預計溫度在%) +以上。
（’） 地線板與母材的接觸形式如圖, 所示。
從圖,（-）可見，在填充第"、’ 層時，地線板在
管道坡口內(nèi)的接觸點較多，導電性能較好，分壓
小，很少出現(xiàn)迸絲；從圖,（.）可見，在第! 層
填充和蓋面焊接時，地線板在焊縫上接觸點較少，
導電性能差、分壓大，所以頻繁出現(xiàn)迸絲。
（!）地線板與母材接觸不緊密，在接觸點處
有過熱燒紅現(xiàn)象，致使! 線損增大，! 電弧減小而產(chǎn)
生迸絲。
針對以上原因，采取了以下措施：
（"）將地線電纜接頭減少為’ 個，采用銅鼻
子和地線板直接相貼的形式。
（’）將地線板的厚度由原來的, &amp;amp;&amp;amp; 增加到",
&amp;amp;&amp;amp;，增加接觸點。
（!）在地線板上加一重物，使地線與管道坡
口能夠緊密接觸。
通過以上改進措施的實施，再未產(chǎn)生過迸絲，
電弧穩(wěn)定，焊接連續(xù)正常。
$ 結束語
通過對所出現(xiàn)的各種問題的檢查分析，在采
取了有針對性的防治措施之后，有效地控制了缺
陷的再次發(fā)生， 使管道自動焊的優(yōu)勢（高質(zhì)量、
高效率） 得到充分發(fā)揮， 焊縫的外觀成型美觀，
一次合格率達/( 0以上，焊接質(zhì)量及施工效率得
到進一步提高。
參考文獻%
1"2 陳祝年3焊接工程師［4］3北京：機械工業(yè)出版社，’))’3
1’2 王衛(wèi)國，趙海峰，鄒曉波3567 與管道建設［4］3北京：石油工業(yè)
出版社，’))’3
1!2 周敏惠，於美甫3焊接缺陷與對策［4］3上海：上?？茖W技術文獻
出版社，"/(/3
作者簡介：張建護（"/,%8），男，陜西興平人，工程師，
"/(9 年畢業(yè)于承德石油學校焊接專業(yè)，從事焊接技術研究
工作。
收稿日期：’))*8""8)"
（-）填充第"、’ 層時地線板的接觸狀態(tài)
地線板
根焊
填充’
填充"
（.）填充第! 層和蓋面焊時地線板的接觸狀態(tài)
圖, 地線板的接觸狀態(tài)
地線板蓋面
填充!
填充’
填充"
根焊
!!!"!"
!!!"!"
信息綜括
北京建設工程監(jiān)理市場對全國開放
建設工程量迅速增長使得北京市工程監(jiān)理市場
的需求也隨之不斷擴大，目前該市現(xiàn)有監(jiān)理企業(yè)
’*) 多家，無法滿足本市建設工程質(zhì)量安全管理的
需要。北京市建委按照市政府進一步開放北京建筑
市場，歡迎國內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)參與競爭的要求，將為外
埠監(jiān)理企業(yè)提供公開、公平、公正、競爭有序的良
好市場環(huán)境，吸引具有相應資質(zhì)條件、實力強、業(yè)
績和信譽良好、管理規(guī)范的監(jiān)理企業(yè)進入北京建筑
市場，充分發(fā)揮“三控制、兩管理、一協(xié)調(diào)”的工
程監(jiān)理職能，確保工程質(zhì)量，保障施工安全，共同
為首都城市建設和奧運工程建設作貢獻。
特邀通訊員廣東建設廳孫浦生收稿日期：’))%8)"8’)

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