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1、16焊接技术2000年6月第29卷第3期 ?:10022025X(2000) 0320016202 STT?CO2? 鲍云杰 1 ,朱志明 1 ,郭爱东 2 ,赵志刚 2 ?:STT型CO2逆变焊机是一种新型的半自动焊机。 它基于短路液桥表面张力过渡(Surface2tension2transfer)理论,采用了波形控制 技术,具有优异的工艺适应性,因此拓宽了CO2半自动焊的应用领域。 本文结合STT型CO2半自动焊在Muglad盆地石油管道打底焊 施工中的应用,对使用效果进行了分析和评价。STT半自动焊技术在主体管道双联管打底焊中的成功应用。 改变了CO2半自动焊不适 合长输管道焊接的观念,
2、在技术上是一次较大的突破,为完善长输管道主体半自动化焊接工艺提供了新的思路。 ?:CO2焊;管道;短路液桥表面张力过渡;打底焊道;应用 ?:TG444 +. 73 ?:B ?:1999210206 1? 随着石油工业的发展,我国的长输管道建设也正 处于发展的高峰期。在这个进程中,我国的管道施工 技术得到了长足的发展和提高。 特别是进入90年代以 来,随着几项国家重点工程的上马,又相继引进了几种 较为先进的焊接工艺和相关的焊接设备,大大提高了 国内施工队伍的整体实力和施工能力,为开创海外市 场创造了良好的条件。在苏丹Muglad盆地石油开发 项目管道系统焊接施工中,中国石油天然气管道局引 进了S
3、TT型CO2半自动焊接技术,使双联管工艺的 打底焊取得了较好的效果。 2STT?CO2? CO2气体保护焊是一种廉价、 高效的焊接方法。 传 统的短路过渡CO2焊采用恒压外特性电源配合等速 送丝,主要依靠回路电感的作用控制焊接过程的稳定 性,以减小飞溅,调节燃弧能量,改善焊缝成形。但是, 电感的作用不能从根本上解决焊接飞溅大和控制熔深 及成形的矛盾1 。 STT型CO2焊接技术基于短路液桥表面张力过 渡(Surface2tension - transfer)的理论,Lincoln电器公 司利用逆变焊机的高速可控性,采用波形控制技术研 制了STT型CO2半自动焊机。该焊机工作于短路过 渡方式,电
4、源在一个过渡周期内根据不同电弧电压值 (电弧状态)输出不同的焊接电流(见图 1) 。t0t1是 短路前燃弧期,输出基值电流50100 A ,其作用是保 证电弧燃烧和提供熔滴长大的能量。t1t2是短路前 期,输出电流为10 A ;t3t5是颈缩后期(熔滴和焊丝 分离之前 ) , 输出电流低于50 A。 在这两个阶段要使电 流减小,避免液桥爆断引起飞溅,同时控制燃弧能量, 改善焊缝成形。在t5时刻焊丝同熔池分离,电源立即 输出大电流,保证顺利引弧;电弧引燃后,电流逐渐减 小,在t7时刻回到基值电流。 该焊机的主要优点2 : 焊接过程稳定(干伸长度 变化影响小 ) , 显著地降低了飞溅,减轻了焊工的
5、工作 强度; 焊缝成形美观; 电弧产生的辐射和烟雾较 少; 可降低小尺寸工件的热输入量。其优异的性能 大大拓宽了CO2半自动焊的应用领域。 3? 311焊接工艺 苏丹管道工程双联管工艺的打底焊道采用STT 型逆变焊机进行全位置焊接,其它焊道采用埋弧焊。 工程采用钢管级别为API spec5L X65 ,直径为71112 mm ,壁厚10172 mm。 钢管接头设计如图2 ,打底焊工 艺参数见表1。 工艺与应用 (1 1 清华大学,北京100084;21中国石油天然气管道局,河北 廊坊065000) 17 Welding Technology Vol. 29 No. 3 Jun. 2000 31
6、2技术措施 钢管对口采用内对口器,为防止焊接过程中出现 裂纹,打底焊完成后对口器方可撤离。焊前需要预热, 预热温度100150。 采用下向焊,允许轻微摆动。 焊接过程应注意保持焊接速度和不同焊接位置焊枪角 度的调整,保证全位置焊接单面焊双面成形效果。CO2 焊应注意有效防护,环境风速过大应停止焊接。打底 焊完成后,用钢丝刷清理干净(不需砂轮机打磨 ) , 立即 进行其它焊道的焊接(保证层间温度)。施工中出现的 主要问题及原因分析见表2。 313焊接效果 根据API1104标准对焊口进行的工艺评定和工程 实践都表明,此工艺打底焊环节满足施工标准的各项要 求。 与以往的纤维素焊条手工焊相比,具有以
7、下优点: (1)操作简单,焊接过程容易控制,飞溅小; (2)焊接连续,接头少,既提高了打底焊效率,又降 低了缺陷发生率; (3)打底焊结束后,只需用钢丝刷清理焊道,无需 用砂轮机打磨,进一步提高了施工效率,也可保证层间 温度,改善焊缝组织性能; (4)由于STT型焊接电源输出独特的控制电流, 打底焊熔敷效果较好,特别是焊道内侧成形平滑,不易 产生咬边、 未熔合等缺陷; (5)焊口X射线探伤的合格率明显提高,返修率 低。 4? 目前我国长输管道主体焊接最成熟的工艺就是纤 维素焊条打底,自保护药芯焊丝半自动焊填充、 盖面工 艺。药芯焊丝把断续的焊接过程变为连续的生产方 式,从而减少接头数目,提高了
8、焊缝质量,也提高了生 产效率,节约了能源3 。同时,药芯焊丝的工艺性能优 良,电弧稳定,熔滴过渡平稳,并且成形美观,脱渣容 易,特别是药芯焊丝的焊缝力学性能好,尤其是冲击韧 性高。此工艺在西北库鄯管线初次使用,在苏丹项目 主体焊接中继续得到应用,均显示了良好的效果。 长期以来,自保护药芯焊丝一直被用于管道的填 充和盖面焊道。用于管道全位置打底焊的自保护药芯 焊丝(如Lincoln NR204) ,性能还不够稳定,焊缝组织 和力学性能达不到规范要求,国内外很少使用。打底 焊工艺成为管道焊接发展的瓶颈。STT型CO2半自动 焊技术在苏丹工程双联管打底焊工艺中的应用,为完 善长输管道主体半自动化焊接
9、工艺提供了新的思路。 表3为改进的STT +药芯焊丝半自动焊的工艺参 数,根据API 1104标准对按表3参数施焊的焊口进行 工艺评定,结论为合格。 完善后的工艺充分发挥了STT 和药芯焊丝半自动焊的综合优点,提高了焊缝质量。该 工艺在施工中最大的制约因素就是打底的防风问题。 因 此,每个焊接工位要设计、 配备有效的防风设施,同时做 好以下工作: 对焊工做严格培训和考核; 施工组织 管理应做相应调整; 为确保管线的安全性和可靠性, 对焊缝金属的强度和韧性也应做更深入的研究。 5? (1) STT逆变焊机具有优异性能,可拓宽CO2半 自动焊的应用领域。 (2)工艺评定和工程实践表明,用STT型C
10、O2焊 机进行长输管道双联管打底焊,可获得较高的焊接质 量,提高了施工效果。 (3) STT型CO2半自动焊和自保护药芯焊丝半自 动焊相结合的工艺,发挥了STT和药芯焊丝半自动焊 的综合优点,在管道焊接领域具有较好的应用前景。 ?: 1郭戈 1IGBT逆变式CO2气体保护焊机的若干技术难点J 1电焊 机,1998 ,(1) 2K S ,Elliott ,The surface2tension2transfer power source :A new , low2spatter arc welding machineJ . Welding Journal ,1993 ,(1) :25 3栗卓新 1药芯焊丝的技术经济性及使用特点J .焊接技术, 1996 ,(2) :351 工艺与应用