埋弧自动焊工艺在导管架主吊点焊接方面的应用

【摘要】导管架海洋平台的建造陆续朝着“短平快”方向发展，工期紧，任务重，其中，焊接工作量在海洋平台建造中所占比重最大，因此，采用合适的焊接工艺是保证项目按期交付的必要条件。垦利10-1项目导管架建造首次采用埋弧自动焊新工艺，高质量、高效率地完成了主吊点的焊接，并且已陆续应用到其它项目中。本文比较传统焊接工艺，强调了此项新工艺的原理和优点。

【关键词】导管架 主吊点 埋弧自动焊 焊接工艺

1 引言

导管架是焊接结构，焊接在导管架上的吊点，是为了方便安装吊索具，且保证安全吊装不可或缺的结构附件。吊点材料多数使用厚板，之前一直采用传统焊接工艺进行焊接，如手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊等，不仅焊接质量很难保证，而且工作量大，加大人力、物力、财力投入成本。MT、UT探伤验收合格率低下，焊接不确定因素多，形成缺陷如焊缝成形不美观、焊渣飞溅多等，导致返工返修率高，延误工期。吊点焊接后的MT、UT探伤验收合格率，只有达到100%且最终通过，吊装过程中的安全才能有效得以保证。

众所周知，焊接过程中影响结构性能的，主要有焊接材料、焊接方法、焊接工艺和焊接检验等。随着时间的推移，一系列先进的焊接工艺，逐渐被应用到海洋平台的建造中，解决了生产难题，降低了成本，缩短了工期。埋弧自动焊工艺，首次应用到垦利10-1项目的导管架焊接中，较之前采用CO2焊接，质量提高了85%以上，进度加快了35%以上，节省人工日30以上，降本增效成果显著。质量、进度都得到了保证，无疑为后续项目的吊点焊接应用打下了良好的基础。

2 原理及优点

导管架主吊点的焊接，主要有手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊、埋弧自动焊三种焊接工艺，其中，埋弧自动焊的应用时间还并不长。埋弧自动焊，简称埋弧焊，是通过机械自动引燃电弧、控制焊丝的送进、焊接收尾等，使电弧在焊剂层下持续地燃烧并自动移动，熔池金属逐渐冷却后形成稳定的焊缝。

与传统的二氧化碳焊接和手工电弧焊相比较而言，埋弧焊的自动化程度比较高，电弧引燃、电弧移动、焊丝送进、焊接收尾等动作均采用机械自动控制，这样不但节约了劳动力，而且减轻了劳动强度，提高了工作效率。除此之外，埋弧焊还有很多其他的优点。

第一、焊缝质量较高，机械性能较好。电弧在焊剂层下燃烧，有焊剂和焊渣保护焊接熔池，杂质很难进入焊缝，使得焊缝杂质较少、成分稳定，从而可以获得高质量的焊缝。除此之外，隔开了熔池金属与空气的接触，电弧区主要成分为CO，焊后金属氢、氧含量较低，而且使熔池金属较慢地凝固，避免了被氧化，同时可以减少气孔、延时裂纹等缺陷产生的可能，减少了返工返修率。

第二、生产率较高。埋弧焊的焊丝伸出长度，即从导电嘴末端到电弧端部的焊丝长度远比手工电弧焊的焊条短，而且是光焊丝，不会因提高电流而造成焊条药皮发红的情况，可以使用较大的电流，比手工焊大4-10倍，电流、电流密度较高，一次熔深可达20mm以上，生产率较高。

第三、工作环境较好。埋弧焊的电弧是在颗粒状焊剂下产生的，电弧热会使焊件、焊丝、焊剂熔化以至部分蒸发，金属和焊剂的蒸发气体在电弧周围会形成一个封闭的气泡空腔，电弧就在气泡空腔内持续燃烧，气泡空腔的顶部被一层熔融状焊剂——熔渣所构成的外膜所包围。这层外膜很好地隔离了弧光不再辐射出来，电弧弧光埋在焊剂层下，没有弧光辐射，从而避免了辐射对人体造成伤害，焊工可以集中注意力进行操作。

第四、焊后表面较光洁。采用CO2气体保护焊会产生大量飞溅且防风能力较差，而采用埋弧焊不产生任何烧损、火花和飞溅，因此，焊后无需修磨焊缝表面，减少了焊后处理工作量，省去了辅助工序，提高了工作效率。

第五、节省焊接材料和能源。较厚的焊件不开坡口也能焊透，从而焊缝中所需的焊接材料即焊丝量显著减少，省去了开坡口所需的时间和能量损失。同时，熔渣的保护作用避免了金属元素的烧损和飞溅损失。

垦利10-1项目导管架的主吊点结构，使用的是PL80mm的厚板材料卷制成管，纵焊缝为水平长焊缝，毫无疑问，埋弧焊是可采用的最为理想的焊接方式。而受位置区域的限制，主吊点与主结构的对焊区域的环焊缝，埋弧焊无法进行，必须采用二氧化碳焊接工艺进行焊接。

3 缺陷与维护

埋弧焊的焊接工艺参数主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径等。由于是埋弧操作，看不到熔池和焊缝的形成过程，因此，必须严格控制焊接规范，保证焊接工艺操作。如果焊接参数的选择和工艺操作不当，就会伴随有成形不良、咬边、未熔合、夹渣、气孔等缺陷的发生。

通过分析产生缺陷的原因，选择合适的焊接参数和工艺措施，能够有效预防缺陷的产生。第一，焊缝成形不良主要表现为表面堆积过高和金属满溢两个方面，当电流过大或电压过低时，会使焊缝表面堆积过高，而当焊接速度太慢或电压过低时，会造成焊缝金属满溢。除此之外，焊丝的焊接提前量也是影响焊缝成形不良的因素。第二，咬边主要是由焊接速度过快或焊接电流过大产生，表现为焊缝应力集中，从而影响焊缝强度。第三，接头处混有污物、清根不当、焊丝直径不当、焊剂潮湿以及电压过大等，都会导致气孔或夹渣的产生，最终降低焊缝金属的强度。第四，未熔合一般是由于焊丝未对准造成一侧熔合不良， 焊偏或焊道局部弯曲过大也会造成未熔合的情况。

除此之外，焊接设备的正常运行也是保证焊接质量的必要前提。埋弧焊机是比较贵重的焊接设备，但在实际生产过程中，焊接设备不可避免地会出现各种故障，从而影响焊缝最终质量，因此，日常的维护保养十分重要。例如，设备必须由受过专业培训的专人进行使用，并且该操作人员应对设备的基本原理非常熟悉，能够合理使用焊接工艺规范进行焊接，等等。

埋弧焊设备是由电源、控制电缆、小车三部分组成，三者只有配合得很好才能充分发挥出埋弧焊的整体优势。因此，必须加强对其日常的隐患排查，定期进行清洁、修理，并且更换一些易损部件。

埋弧焊在焊接前还必须做好其它准备工作，如焊件的坡口加工、待焊部位的表面清理、焊件的装配、焊丝表面的清理以及焊剂的烘干等等，去除氧化皮、铁锈、水分等，可有效防止夹渣、气孔等缺陷的产生。

4 结束语及展望

随着导管架海洋平台的建造陆续朝着“短平快”方向发展，工期越来越紧，因此，企业必须不断创新，寻求有效的焊接工艺，提高施工效率，才能确保项目按期交付。

相对于传统的焊接工艺，埋弧焊具备焊缝质量高、生产效率高及劳动条件好的优点，这些特点是其他焊接工艺所无法满足的，因而埋弧焊能在海洋平台的建造中得以应用，并且随着时间的推移将会越来越广泛。近年来，虽然先后出现了许多种高效、优质的新焊接方法，但埋弧焊的应用领域依然未受任何影响。截至目前，埋弧自动焊已是海洋平台建造中最为常用和有效的一种焊接方法。

当然，埋弧焊也存在自身的不足，如不及手工焊灵活、适应性差局限于焊接水平位置的焊缝、设备结构复杂等。但是，降本增效是企业一直倡导的主题，例如开发最优焊接技术，涉及设备选型、焊接参数设置、焊接材料选择以及焊接坡口选择等方面。因此，随着市场的推动和技术的不断进步，有些问题可以逐渐被有效解决，相信会有更加先进的焊接工艺和焊接设备被应用到海洋平台的建造中。

参考文献：

[1]吴敢生.埋弧自动焊[M].辽宁：科学出版社，2007.

[2]陈浩.埋弧焊常见缺陷的产生原因及防止措施[J].内蒙古科技与经济，1998，（1）：39-40.