管道焊接是船舶建造的一項(xiàng)重要焊接工作。近年來(lái)，隨著我國(guó)船舶工業(yè)的快速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，管道施工作業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，開展管道施工高效焊接的技術(shù)研究，降低成本，提高焊接質(zhì)量具有十分重要的意義。該文主要講述了對(duì)厚壁管制造和焊接的優(yōu)化措施和先進(jìn)理念。將管子制造和焊接相結(jié)合，采用先進(jìn)的制造工藝和合理的焊接技術(shù)，降低了生產(chǎn)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了焊接生產(chǎn)效率，穩(wěn)定了焊接質(zhì)量。

隨著世界經(jīng)濟(jì)的逐漸復(fù)蘇，對(duì)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(gè)企業(yè)追求的目標(biāo)。船用厚壁管是近年來(lái)高附加值、高技術(shù)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(yàn)，以往我們都采用傳統(tǒng)制作工藝的方式來(lái)校管和焊接，雖然也能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)的厚壁管制造任務(wù)，工作量大且周期短，如果按照傳統(tǒng)的制造工藝，肯定無(wú)法按時(shí)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(chǎn)品的制造和焊接任務(wù)。

１厚壁管傳統(tǒng)制作焊接工藝的弊端

１．１勞動(dòng)強(qiáng)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(zhǎng)的話就更重了，靠人力根本無(wú)法搬動(dòng)。按照傳統(tǒng)焊接方法每焊１／２層焊縫就得翻動(dòng)一次管道，且全得依靠行車來(lái)吊運(yùn)。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(jìn)行，必須對(duì)上道焊縫進(jìn)行清渣處理，并對(duì)焊縫表面缺陷進(jìn)行必要的修補(bǔ)和打磨處理。按照每一圈焊縫打磨４個(gè)接頭，那必須打磨約６０個(gè)焊縫接頭，且焊完整道焊縫最起碼翻動(dòng)７次。實(shí)際操作下來(lái)，就算一個(gè)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(jìn)度，勞動(dòng)強(qiáng)度之大可想而知。

１．２反面焊縫質(zhì)量難以保證

按照傳統(tǒng)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(shí)，坡口由于在合理范圍內(nèi)錯(cuò)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(huì)在焊縫中產(chǎn)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(shuō)保證反面的焊縫１００％合格。由于管道是整體裝配，相對(duì)靠里面焊縫死角處的缺陷難以被發(fā)現(xiàn)，由于不能及時(shí)進(jìn)行清理和返修，直接影響了焊縫質(zhì)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(gè)熟練的焊工把它全部焊完也須３０ｈ左右。就算兩個(gè)焊工同時(shí)施焊，平均一個(gè)焊工也須兩個(gè)工作日。在這樣長(zhǎng)期高強(qiáng)度、高壓力的工作狀態(tài)之下，誰(shuí)能保證每層焊縫的焊接質(zhì)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(zhì)量難以保證，如經(jīng)Ｘ拍片檢驗(yàn)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(yàn)。工序繁瑣，返修難度高，局部修補(bǔ)焊接應(yīng)力極大也是極其令人擔(dān)心的問(wèn)題。

１．４焊后管道易產(chǎn)生裂紋和變形，安裝困難，焊后工藝復(fù)雜

由于焊接過(guò)程中要進(jìn)行清渣打磨等處理，焊縫整體不能連續(xù)施焊，焊縫應(yīng)力增大，管道容易產(chǎn)生裂紋、變形和收縮。特別是厚壁管，由于管道壁厚較大，結(jié)構(gòu)剛性也較大，焊接時(shí)容易產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力。在焊接殘余應(yīng)力和擴(kuò)散氫的共同作用下，焊接接頭易產(chǎn)生冷裂紋，因此焊后還需經(jīng)過(guò)熱處理來(lái)降低焊縫殘余應(yīng)力。由于不能整體連續(xù)施焊，管壁厚，焊道多，特別是每焊１／２道焊縫要進(jìn)行打磨，打磨過(guò)程相當(dāng)于對(duì)焊縫進(jìn)行冷卻。因此焊縫剛性也極大，焊縫殘余應(yīng)力也相應(yīng)增大，管道就容易產(chǎn)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(jìn)行火工矯正來(lái)抵消原先產(chǎn)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(jiàn)。不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還難以保證焊縫質(zhì)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(shí)間能縮短５倍左右，焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度也顯著降低，且焊縫質(zhì)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(jìn)行裝配和焊接，而且使每條焊縫都能處于平對(duì)接的位置來(lái)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(jī)（以下簡(jiǎn)稱變位機(jī)）中進(jìn)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(zhǎng)，就可以直接將中間管道放置變位機(jī)中，如圖５所示。

如果中間管段長(zhǎng)度不夠放置變位機(jī)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(jī)中，如圖６所示。

等三段管子四條焊縫焊接完畢，經(jīng)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(lái)焊接。由于管道的重心偏失，在變位機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，管道運(yùn)行至下坡段時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的向下跳躍運(yùn)行現(xiàn)象，直接影響焊縫質(zhì)量。為了使管道在變位機(jī)中能夠平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，我們?cè)谀腹芄艿赖膶?duì)稱面搭焊了相同質(zhì)量的物體，如圖７所示。

２．２厚壁管先進(jìn)的焊接技術(shù)

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(jìn)行預(yù)熱，有利于氬弧焊焊接，可降低焊縫殘余應(yīng)力，減少根部淬硬傾向，預(yù)熱溫度為１００°Ｃ左右，預(yù)熱寬度從對(duì)口中心開始，每側(cè)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(chǎn)生裂紋，打底焊厚度應(yīng)不小于３ｍｍ。打底焊結(jié)束并檢查焊縫無(wú)缺陷后，應(yīng)立即進(jìn)行填充，填充蓋面都采用ＣＯ２藥芯焊絲進(jìn)行焊接。第一層、第二層填充焊時(shí)，采用傳統(tǒng)的焊接方式，焊至整圈焊縫的三分之一處應(yīng)停止焊接，進(jìn)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(duì)狹窄，焊接電流應(yīng)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(zhì)量。填充焊的第三層開始，我們就可以采用連續(xù)焊，即一個(gè)熟練的焊工搭配一個(gè)小工，焊工在焊接的同時(shí)小工在對(duì)面及時(shí)地進(jìn)行清渣處理，如圖８所示。

中間不停頓，沒(méi)有焊接接頭，不用打磨修補(bǔ)。由于管壁厚，坡口較寬，連續(xù)施焊時(shí)線能量容易超出評(píng)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(guò)高，我們填充焊焊至焊道高度的三分之二處時(shí)，應(yīng)停止焊接，焊工也正好得以休息，但應(yīng)時(shí)刻注意焊縫層間的溫度，當(dāng)焊縫層間溫度降至２００℃時(shí)，開始重新施焊，直至填充焊結(jié)束。休息片刻后進(jìn)行蓋面。在焊接過(guò)程中，噴嘴的位置與角度非常重要，在變位機(jī)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，噴嘴應(yīng)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(yīng)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(chǎn)生未熔合夾渣，焊縫質(zhì)量得以保證。由于管道短、焊縫少，且是滾動(dòng)焊接，因此管道除了在長(zhǎng)度上縮短而不產(chǎn)生任何角變形，這對(duì)管系來(lái)說(shuō)十分重要。因?yàn)闆](méi)有了角變形，焊后殘余應(yīng)力相應(yīng)減少，也就無(wú)須進(jìn)行熱處理，只須用石棉布將焊縫包裹嚴(yán)實(shí)，保溫緩冷即可。

３采用新型技術(shù)后的實(shí)施結(jié)果

３．１降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率

由于進(jìn)行分段裝配與施焊，我們每條焊縫都可以采用平對(duì)接的方式來(lái)焊接。管道也根本不用翻動(dòng)，且焊接過(guò)程中無(wú)須考慮清渣和清根打磨，可以連續(xù)施焊，而恰恰是清渣和清根打磨占據(jù)了拍片焊中大部分時(shí)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(jié)束，只需要１ｈ左右，比傳統(tǒng)的焊接速度整整提高了５倍左右。且裝配時(shí)間也根本沒(méi)有增加，只不過(guò)分兩個(gè)時(shí)段進(jìn)行而已。在減輕焊工勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)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(fā)現(xiàn)焊縫缺陷及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)和打磨，直到焊縫完好為止，打底焊縫的質(zhì)量得以保證。

３．３ Ｘ拍片合格率高

由于采用了方便、簡(jiǎn)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(duì)平穩(wěn)，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(zhì)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(dá)到１００％。

３．４焊后變形小，易安裝

由于實(shí)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(yīng)力也基本釋放完畢，管道形狀趨于平穩(wěn)。再進(jìn)行總裝焊接，焊接時(shí)整根管道的熱量相對(duì)減小，剛性也減小，焊縫殘余應(yīng)力也隨之降低，管道就不易產(chǎn)生變形和收縮，尺寸可精確到１ｍｍ左右，基本可以說(shuō)沒(méi)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(tǒng)方式來(lái)焊接，焊接難度極高，一般焊工難以完成此產(chǎn)品的焊接任務(wù)，最起碼由一個(gè)高級(jí)工或高級(jí)工以上的焊工才能高質(zhì)量完成。而運(yùn)用創(chuàng)新的焊接方法來(lái)焊接此產(chǎn)品，由于采用了平對(duì)接的焊接方式，只要對(duì)一個(gè)初級(jí)焊工進(jìn)行３～５天的培訓(xùn)，讓焊工掌握正確的焊接方法和焊接角度，能準(zhǔn)確地調(diào)試焊接電流與電壓，就能出色地完成此產(chǎn)品的焊接。在降低了焊接難度的同時(shí)也降低了單位用工成本。

４結(jié)束語(yǔ)

高效焊接方法不僅是現(xiàn)代船舶制造的主要工藝之一，而且對(duì)于船舶行業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。隨著管道焊接技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，施工單位希望大幅度提高大口徑厚壁鋼管焊接施工質(zhì)量和效率，減少單位作業(yè)面設(shè)備組成數(shù)量，降低生產(chǎn)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度。新型材料管道焊接技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，是管道實(shí)施高效焊接的發(fā)展趨勢(shì)。