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管道焊接是船舶建造的一項重要焊接工作。近年來，隨著我國船舶工業的快速發展，市場競爭的不斷加劇，管道施工作業的競爭越來越激烈，開展管道施工高效焊接的技術研究，降低成本，提高焊接質量具有十分重要的意義。該文主要講述了對厚壁管制造和焊接的優化措施和先進理念。將管子制造和焊接相結合，采用先進的制造工藝和合理的焊接技術，降低了生產成本和勞動強度，提高了焊接生產效率，穩定了焊接質量。

隨著世界經濟的逐漸復蘇，對高附加值、高新船舶的需求將隨之增大，各種新型材料，各種厚壁管的制造將增多。如何提高管道焊接效率，降低焊接施工成本，是每個企業追求的目標。船用厚壁管是近年來高附加值、高技術船舶的必用船管。管壁厚度大都在２０ｍ以上，而且都需１００％的Ｘ拍片檢驗，以往我們都采用傳統制作工藝的方式來校管和焊接，雖然也能達到標準要求，但工作效率不高。去年，我公司承接了上海船廠的海工船高壓海水系統的厚壁管制造任務，工作量大且周期短，如果按照傳統的制造工藝，肯定無法按時完工。為此，我公司制定了一套新型的制造方式和焊接方法，最終提前完成了該產品的制造和焊接任務。

１厚壁管傳統制作焊接工藝的弊端

１．１勞動強度大，工作效率低

此次承接厚壁管的管道口徑是１６８ｍｍ×２２ｍｍ，一根管道加上法蘭一般最起碼也有３００ｋｇ～４００ｋｇ，如圖１所示。

如果管道稍長的話就更重了，靠人力根本無法搬動。按照傳統焊接方法每焊１／２層焊縫就得翻動一次管道，且全得依靠行車來吊運。如果按照每一層焊縫在３ｍｍ左右，那焊完整條焊縫大約１５道焊縫，如圖２所示。

為了確保下一層焊縫的正常進行，必須對上道焊縫進行清渣處理，并對焊縫表面缺陷進行必要的修補和打磨處理。按照每一圈焊縫打磨４個接頭，那必須打磨約６０個焊縫接頭，且焊完整道焊縫最起碼翻動７次。實際操作下來，就算一個熟練的焊工要完成整道焊縫也需要工作５ｈ左右。直接制約了我們焊接施工進度，勞動強度之大可想而知。

１．２反面焊縫質量難以保證

按照傳統的焊接方法，我們一般都采用手工鎢極氬弧焊單面焊雙面成型打底，手工焊條電弧焊或藥芯焊絲ＣＯ２焊填充蓋面的方式。在打底焊時，坡口由于在合理范圍內錯邊，坡口根部寬窄不均，或者焊絲和坡口被污染的情況下就會在焊縫中產生氣孔、表面裂紋、未熔合或咬邊等缺陷。再熟練的焊工，也不能說保證反面的焊縫１００％合格。由于管道是整體裝配，相對靠里面焊縫死角處的缺陷難以被發現，由于不能及時進行清理和返修，直接影響了焊縫質量。

１．３ Ｘ拍片合格率低，返修難度大

如圖１中一根管道上有６道焊縫，一個熟練的焊工把它全部焊完也須３０ｈ左右。就算兩個焊工同時施焊，平均一個焊工也須兩個工作日。在這樣長期高強度、高壓力的工作狀態之下，誰能保證每層焊縫的焊接質量和焊接工效。再如前所述，由于管道整體裝配，打底焊反面的焊縫質量難以保證，如經Ｘ拍片檢驗不合格，必須把不合格的那段焊縫刨致坡口根部，打磨干凈后再重新焊接，隨即還需Ｘ拍片檢驗。工序繁瑣，返修難度高，局部修補焊接應力極大也是極其令人擔心的問題。

１．４焊后管道易產生裂紋和變形，安裝困難，焊后工藝復雜

由于焊接過程中要進行清渣打磨等處理，焊縫整體不能連續施焊，焊縫應力增大，管道容易產生裂紋、變形和收縮。特別是厚壁管，由于管道壁厚較大，結構剛性也較大，焊接時容易產生較大的焊接殘余應力。在焊接殘余應力和擴散氫的共同作用下，焊接接頭易產生冷裂紋，因此焊后還需經過熱處理來降低焊縫殘余應力。由于不能整體連續施焊，管壁厚，焊道多，特別是每焊１／２道焊縫要進行打磨，打磨過程相當于對焊縫進行冷卻。因此焊縫剛性也極大，焊縫殘余應力也相應增大，管道就容易產生變形和收縮。為了便于安裝，變形較大的，在安裝前還需要進行火工矯正來抵消原先產生的焊接變形。綜上所述，厚壁管整體制造焊接的弊端顯而易見。不僅費時費力，還難以保證焊縫質量。但是，如果采用了我們所研制的新制造工藝和焊接方法，以上所有的弊端迎刃而解。不但焊接時間能縮短５倍左右，焊工的勞動強度也顯著降低，且焊縫質量也得以保證。下面就將研制成果與大家分享。

２厚壁管新型制造工藝和焊接方法

２．１厚壁管合理裝配工藝

把圖１中整根管道分成三段，如圖３所示。

逐段進行裝配和焊接，而且使每條焊縫都能處于平對接的位置來焊接。如圖３中的第一段和第二段焊縫就可以直接將管子放置壓棍式變位機（以下簡稱變位機）中進行焊接，如圖４所示。

以圖３中的第三和第四道焊縫為例，如果兩段焊縫之間距離夠長，就可以直接將中間管道放置變位機中，如圖５所示。

如果中間管段長度不夠放置變位機中，可以另外加一段１ｍ左右同徑口的輔助管道。將輔助管道一端加工成４５°斜坡，然后與第三或第四道焊道的彎頭相連接，使其與母體管道處于同一水平線，垂直于所焊焊縫，然后將輔助管道放致變位機中，如圖６所示。

等三段管子四條焊縫焊接完畢，經Ｘ拍片合格后，再重新完整組裝管道。用圖６中同樣的方式來焊接。由于管道的重心偏失，在變位機轉動的過程中，管道運行至下坡段時，會產生不規則的向下跳躍運行現象，直接影響焊縫質量。為了使管道在變位機中能夠平穩運轉，我們在母管管道的對稱面搭焊了相同質量的物體，如圖７所示。

２．２厚壁管先進的焊接技術

采用Ｖ型坡口，用手工鎢極氬弧焊單面焊雙面成型的方式打底。ＣＯ２藥芯焊絲填充蓋面。如表１所示。

打底前將焊道進行預熱，有利于氬弧焊焊接，可降低焊縫殘余應力，減少根部淬硬傾向，預熱溫度為１００°Ｃ左右，預熱寬度從對口中心開始，每側不小于焊件厚度的三倍且不小于１００ｍｍ。由于管壁較厚，拘束度大，為防止焊縫根部產生裂紋，打底焊厚度應不小于３ｍｍ。打底焊結束并檢查焊縫無缺陷后，應立即進行填充，填充蓋面都采用ＣＯ２藥芯焊絲進行焊接。第一層、第二層填充焊時，采用傳統的焊接方式，焊至整圈焊縫的三分之一處應停止焊接，進行清渣和焊縫接頭打磨，然后再焊完余下三分之二的焊縫，由于第一層、第二層焊縫處于坡口根部，焊縫相對狹窄，焊接電流應控制在保證鐵水拉得開、熔池清晰、熔合良好的前提下，提高焊接速度，減少焊層厚度，使焊縫中的氫易溢出，保證焊縫質量。填充焊的第三層開始，我們就可以采用連續焊，即一個熟練的焊工搭配一個小工，焊工在焊接的同時小工在對面及時地進行清渣處理，如圖８所示。

中間不停頓，沒有焊接接頭，不用打磨修補。由于管壁厚，坡口較寬，連續施焊時線能量容易超出評定值，接頭金屬組織將變得粗大。為了控制線能量，層間溫度必須控制在２００℃～３００℃之間，為了防止層間溫度過高，我們填充焊焊至焊道高度的三分之二處時，應停止焊接，焊工也正好得以休息，但應時刻注意焊縫層間的溫度，當焊縫層間溫度降至２００℃時，開始重新施焊，直至填充焊結束。休息片刻后進行蓋面。在焊接過程中，噴嘴的位置與角度非常重要，在變位機平穩轉動的同時，噴嘴應始終成４５°角左右保持在上坡位置（１１∶００～１２∶００之間），如圖９所示。

噴嘴與焊縫之間的距離保持在１０ｍｍ左右，這樣熔滴生成后始終托附在熔池之中，使焊縫根部冶金反應充分，氣體易溢出，消除氣孔。且藥渣也始終跑在熔池的前面，不易產生未熔合夾渣，焊縫質量得以保證。由于管道短、焊縫少，且是滾動焊接，因此管道除了在長度上縮短而不產生任何角變形，這對管系來說十分重要。因為沒有了角變形，焊后殘余應力相應減少，也就無須進行熱處理，只須用石棉布將焊縫包裹嚴實，保溫緩冷即可。

３采用新型技術后的實施結果

３．１降低勞動強度，提高工作效率

由于進行分段裝配與施焊，我們每條焊縫都可以采用平對接的方式來焊接。管道也根本不用翻動，且焊接過程中無須考慮清渣和清根打磨，可以連續施焊，而恰恰是清渣和清根打磨占據了拍片焊中大部分時間。同樣口徑的管道，同樣熟練的焊工一整道焊縫從填充到蓋面結束，只需要１ｈ左右，比傳統的焊接速度整整提高了５倍左右。且裝配時間也根本沒有增加，只不過分兩個時段進行而已。在減輕焊工勞動強度的同時也顯著提高了工作效率。

３．２反面焊縫得以保證

采用分段焊以后，由于管道變短，管道里面的每條焊縫都能清晰地看到，根本不存在焊縫死角。若發現焊縫缺陷及時進行修補和打磨，直到焊縫完好為止，打底焊縫的質量得以保證。

３．３ Ｘ拍片合格率高

由于采用了方便、簡潔的焊接方法，減少了焊接接頭，相比立焊的電流也有所增大，層間溫度相對平穩，消除了層間未熔合和夾渣等缺陷。且能輕松掌握焊層厚度，焊層厚度越薄，焊縫的質量就越好，拍片合格率就越高。到目前為止，我們拍片合格率基本達到１００％。

３．４焊后變形小，易安裝

由于實施了分段裝配和焊接，平均每段管道的焊縫也就只有一到二條，到最后裝配完畢，所需焊接的焊縫一般就剩一道。且前面其余焊縫的殘余應力也基本釋放完畢，管道形狀趨于平穩。再進行總裝焊接，焊接時整根管道的熱量相對減小，剛性也減小，焊縫殘余應力也隨之降低，管道就不易產生變形和收縮，尺寸可精確到１ｍｍ左右，基本可以說沒有變形，易于船上整體接裝。

３．５焊接難度顯著降低

如果按照傳統方式來焊接，焊接難度極高，一般焊工難以完成此產品的焊接任務，最起碼由一個高級工或高級工以上的焊工才能高質量完成。而運用創新的焊接方法來焊接此產品，由于采用了平對接的焊接方式，只要對一個初級焊工進行３～５天的培訓，讓焊工掌握正確的焊接方法和焊接角度，能準確地調試焊接電流與電壓，就能出色地完成此產品的焊接。在降低了焊接難度的同時也降低了單位用工成本。

４結束語

高效焊接方法不僅是現代船舶制造的主要工藝之一，而且對于船舶行業的發展具有深遠意義。隨著管道焊接技術的進一步發展，施工單位希望大幅度提高大口徑厚壁鋼管焊接施工質量和效率，減少單位作業面設備組成數量，降低生產成本和勞動強度。新型材料管道焊接技術的進一步發展，是管道實施高效焊接的發展趨勢。