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管道自動(dòng)焊常見缺陷產(chǎn)生原因及防治措施

文檔作者：張建護(hù)，唐德渝，張?zhí)锢?，侯澤? 文檔來源：中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年07月03日
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石油工程建設(shè)!""# 年$ 月
張建護(hù)，唐德渝，張?zhí)锢?，侯澤?
（ 中國石油集團(tuán)工程技術(shù)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(dòng)焊的總里程數(shù)超過
("" )*。通過對(duì)西氣東輸管道工程自動(dòng)焊機(jī)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(biāo)段山西臨汾現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)焊接為例，詳細(xì)分析了未熔合、氣孔、
余高超標(biāo)、咬邊和迸絲產(chǎn)生的原因，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，針對(duì)每種焊接缺陷提出了切實(shí)有效
的防治措施，進(jìn)一步提高了焊接質(zhì)量和施工效率。
關(guān)鍵詞：西氣東輸；管道工程；自動(dòng)焊接；缺陷；原因分析；措施
中圖分類號(hào)：,- .+%/% 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：0 文章編號(hào)：’""’1!!"$（!""#）"%1""&amp;amp;&amp;amp;1"&amp;amp;
管道自動(dòng)焊常見缺陷產(chǎn)生原因及防治措施
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! 引言
西氣東輸管道工程是國家重點(diǎn)工程，主線路
全長約&amp;amp; """ )*，其特點(diǎn)是口徑大（!’ "’$ **）、
管壁厚（’&amp;amp;/$ 2 !$/! **）、鋼級(jí)高（345 6789 #:
;+"）、壓力高（’" <4=），這在我國管道建設(shè)史上
尚屬首次。由于焊接工作量巨大，焊接質(zhì)量要求
高，因此在較平坦的區(qū)段采用了自動(dòng)焊技術(shù)。采
用自動(dòng)焊的總里程超過("" )*。自動(dòng)焊技術(shù)在長
輸管道施工中的規(guī)模化應(yīng)用，對(duì)大多數(shù)施工單位
來說是一項(xiàng)全新的焊接工藝。在焊接過程中，焊
接機(jī)頭沿著安裝在管道上的軌道行走，焊工通過
操作盒進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，焊接過程是在自動(dòng)控制下
完成的。因此，自動(dòng)焊可大大降低人為因素的影
響，并且勞動(dòng)強(qiáng)度低，焊縫質(zhì)量好，焊接效率高。
由于各施工單位都是初次接觸和使用自動(dòng)焊設(shè)備，
因操作使用不當(dāng)， 有時(shí)也出現(xiàn)一些缺陷和問題，
既影響焊縫質(zhì)量，又影響工程進(jìn)度，同時(shí)影響自
動(dòng)焊技術(shù)高效率特性的發(fā)揮。我們通過對(duì)西氣東
輸管道工程中自動(dòng)焊機(jī)組的長期跟蹤，對(duì)焊接施
工中出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行了分析研究，提出了相應(yīng)的
措施，焊接質(zhì)量和工程進(jìn)度得到了保證，為今后
的施工積累了經(jīng)驗(yàn)。
本文以西氣東輸管道工程第’+ 標(biāo)段山西臨汾
現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)焊接為例， 分析焊接缺陷產(chǎn)生的原因，
并提出防治措施。
西氣東輸管道工程第’+ 標(biāo)段（山西臨汾段），
管材規(guī)格為!’ "’$ ** > ’&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(dòng)焊封底， 焊絲為
A<1#(，直徑為’/! **，’"" B CD!
保護(hù)；填充和
蓋面采用自動(dòng)焊，焊絲為A<1$(，直徑為’/" **，
混合氣體保護(hù)（!" BCD! E (" B3F）。自動(dòng)焊采用
的是填充% 層或&amp;amp; 層、蓋面’ 層的多層下向焊方
法。在施工初期， 出現(xiàn)的主要問題有： 未熔合、
氣孔、余高超標(biāo)、咬邊和迸絲。
" 常見缺陷的原因分析及防治措施
"#"
未熔合是一種幾乎沒有厚度的面狀缺陷，其
直接危害是減少截面， 增大應(yīng)力， 對(duì)承受疲勞、
經(jīng)受沖擊、應(yīng)力腐蝕或低溫下工作都非常不利。
未熔合是由于電弧未能直接在母材上燃燒，焊絲
熔化的鐵水只是堆積在上一層焊道或坡口表面上
而形成的。主要形式有層間未熔合和單側(cè)點(diǎn)狀未
熔合，并出現(xiàn)在平、立焊位置，長度不一，最長
可達(dá)到’"" ** 左右。
未熔合是由以下幾方面原因造成的：
（’）焊接速度慢。如圖’（G）所示，由于焊
接速度慢，電弧不能在上一層焊縫上燃燒，而是
在熔池內(nèi)的鐵水上燃燒，焊絲熔化的鐵水向前流
淌，鋪在上層焊縫上，這就造成了層間未熔合。
（!）焊槍角度不正確。如圖! 中（G）所示，
焊槍所處的角度是不正確的。在此狀態(tài)下焊接，
&amp;amp;&amp;amp;
第!" 卷第! 期
熔池中鐵水在電弧吹力作用下向前流淌，鋪蓋在
電弧的前方，致使電弧不能在上一層焊縫上燃燒，
造成層間未熔，并且隨著角度的增大，鐵水流淌
更加嚴(yán)重，焊縫無法成型。
（!）焊接跟蹤不準(zhǔn)確。在焊接過程中，由于
焊工觀察位置、角度的變化，在電弧擺動(dòng)中心和
坡口焊縫中心不重合時(shí)，就會(huì)使電弧只能在坡口
的一側(cè)燃燒到位，在另一側(cè)燃燒不到位，鐵水只
堆積在不到位的一側(cè)，這樣就產(chǎn)生了單側(cè)未熔合，
如圖! 所示。
（#）焊槍在端部的停留時(shí)間短。焊縫是由焊
槍在坡口內(nèi)邊擺動(dòng)、邊移動(dòng)施焊完成的。由于焊
槍在端部的停留時(shí)間不足，電弧尚未將根部徹底
熔透就擺動(dòng)移向另一端，這樣就在此處產(chǎn)生單側(cè)
未熔合。
根據(jù)以上# 種原因，采用下列措施，成功地
避免了未熔合的產(chǎn)生。
（"）適當(dāng)加快焊接速度，使焊接電弧在正常
焊接狀態(tài)的位置上燃燒（如圖"（$）所示）。
（%）必須將焊槍調(diào)至圖%（$）所示正確的焊
接角度，焊槍與管道的法線形成&amp;amp;’ ( "&amp;amp;’角。
（!）應(yīng)保持相對(duì)固定的觀察位置和角度進(jìn)行
焊接跟蹤。
（#）適當(dāng)增加焊槍在兩端的停留時(shí)間。
!"#
氣孔是自動(dòng)焊在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的主要焊接缺陷之
一，是焊縫金屬凝固過程中由于侵入氣體而形成
的氣囊或空穴。因其釀成了結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，就
會(huì)削弱焊縫金屬的機(jī)械強(qiáng)度，降低結(jié)構(gòu)的氣密性、
水密性等。氣孔多出現(xiàn)在平、立位置的焊縫接頭
處，從) 射線相片上反映出以密集氣孔偏多。經(jīng)
檢查分析，發(fā)現(xiàn)形成氣孔有以下! 方面的原因：
（"）防風(fēng)棚漏風(fēng)。氣體保護(hù)焊的最大缺點(diǎn)是
抗風(fēng)能力差，所以工程上所使用的管道自動(dòng)焊設(shè)
備均是在防風(fēng)棚內(nèi)作業(yè)的，雖有“全天候”之稱，
然而，當(dāng)風(fēng)速高、棚底所在的地面不平時(shí)，就會(huì)
在防風(fēng)棚的兩側(cè)包裹管道的帆布簾處及底部漏風(fēng)。
風(fēng)吹到焊槍就會(huì)吹散保護(hù)氣體，電弧和熔池失去
了保護(hù)，導(dǎo)致在焊縫中產(chǎn)生氣孔。
（%）保護(hù)氣體流量過小。管道自動(dòng)焊所用的
保護(hù)氣體為富氬混合氣體（*&amp;amp; +,- . %&amp;amp; +/0%
），
流量為%&amp;amp; 1 2345，可獲得最佳的保護(hù)效果、焊縫
成型和質(zhì)量。然而在焊接過程中，控制電纜中的
氣管受到踩踏、碾壓或折成死彎時(shí)，造成氣管堵
塞或破損漏氣，這樣在電弧熔池處沒有保護(hù)氣體
或氣體流量過?。ㄐ∮?quot;6 1 2345），電弧熔池不能
得到很好的保護(hù)，就會(huì)產(chǎn)生氣孔。
（!） 焊前檢氣時(shí)間不足。在焊接起弧之前，
焊槍頭部及附近的氣管內(nèi)已不是所需的保護(hù)氣體，
而是空氣，必須將此處的空氣經(jīng)檢氣完全排出后，
方可起弧焊接。停焊時(shí)間越長，空氣在氣管內(nèi)占
有量就越多，所需的檢氣時(shí)間就越長。
為此采取了以下6 個(gè)方面的防治措施：
（"）防風(fēng)棚兩側(cè)的帆布簾包裹管道后，再用
繩索加以捆綁。
（%）棚底四周加上帆布簾，并用沙土壓牢。
（!）把控制電纜小曲率地盤掛在防風(fēng)棚側(cè)壁
上。
（#）經(jīng)常查看流量計(jì)，確定氣體流量是否達(dá)
到要求。在氣管破損處用膠布纏堵，對(duì)破損嚴(yán)重
的氣管，進(jìn)行整管更換。
圖# 焊槍角度的變化
圖! 電弧的燃燒位置
焊槍
焊接方向
（$）正常焊接速度下的狀態(tài)
焊槍
焊接方向
（7）焊接速度慢時(shí)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(cuò)誤的狀態(tài)
焊縫中心擺動(dòng)中心
張建護(hù)等：管道自動(dòng)焊常見缺陷產(chǎn)生原因及防治措施#6
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石油工程建設(shè)!""# 年$ 月
（#）每次焊接起弧之前，檢氣時(shí)間不得小于# %。
通過這些措施的實(shí)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(biāo)是指焊縫表面上的金屬超過了
規(guī)定的需要量，余高超標(biāo)不僅造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)、
外形不美觀，而且還是一個(gè)應(yīng)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(qiáng)度會(huì)急劇下降。
在施工中，平、立焊位置的焊縫余高符合標(biāo)
準(zhǔn)要求。由于仰焊位置的特殊性（熔滴受電弧吹
力和重力兩個(gè)相反方向力的作用，只有電弧吹力
大于重力時(shí)，才能過渡到熔池內(nèi)），導(dǎo)致熔滴過渡
較慢，電弧燃燒時(shí)間長，熔池的熱輸入大，增強(qiáng)
了鐵水的流動(dòng)性，使鐵水由兩側(cè)向中間堆積下墜，
因此在焊縫的中心形成一個(gè)脊梁背，特別是在# &amp;amp;
’ 點(diǎn)鐘的部位，這種情況會(huì)更加嚴(yán)重，其高度大部
分在()" &amp;amp; ()# **，個(gè)別地方甚至達(dá)到了+)" **。
雖進(jìn)行了打磨，但與平、立焊位置焊縫比較，外
觀相當(dāng)差，并耗費(fèi)人力和物力。
通過以上具體分析，制定了以下幾個(gè)方面的
防治措施，使焊縫余高達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)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,$" &amp;amp; ,’"-，電壓,.)./。
（(）擺幅、擺速和停留時(shí)間均增加,"0&amp;amp; !"0。
（+）電感量在原來的基礎(chǔ)上降低," 0。
（#）焊絲干伸長控制在’ &amp;amp; ," ** 范圍內(nèi)。
（$）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(jié)果。咬邊嚴(yán)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(yīng)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(cè)呈現(xiàn)斷續(xù)、由淺至深的咬邊，深度
")! &amp;amp; ")’ **，而局部點(diǎn)接近,)" **，集中在# &amp;amp; ’
點(diǎn)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(duì)咬邊影響最大，
大電流時(shí)，雖電弧吹力大，熔深大，焊絲熔敷率
高，但同時(shí)熱輸入大，熔池內(nèi)鐵水溫度高、流動(dòng)
性好，向焊縫中心流動(dòng)。當(dāng)電弧移走之后，致使
熔池內(nèi)無鐵水或鐵水少，此時(shí)電弧在母材上（即
坡口邊緣處）燒出一個(gè)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（!" # !$），控制焊接過程中的飛濺量及電弧燃
燒時(shí)間。通常細(xì)絲氣保護(hù)焊， 焊絲熔化速度快，
熔滴過渡周期短，需要較大的短路過渡電流的增
長速度。在仰焊時(shí)，較大的電感使得熔滴過渡頻
率低，燃弧時(shí)間長，電弧移動(dòng)至坡口兩側(cè)時(shí)，熔
池內(nèi)的鐵水就向焊縫中心流動(dòng)而形成咬邊。
（(） 操作參數(shù)（ 擺幅、兩端停留時(shí)間及偏
移）。
1) 擺幅。如果擺幅小，電弧就燒不到坡口的棱
沿上，只在坡口面上燒一個(gè)弧坑，從而導(dǎo)致咬邊
（如圖# 所示）。
2) 兩端停留時(shí)間。如果在最后一遍填充完成
之后，給蓋面留有較大的余量時(shí)，就應(yīng)保證電弧
在坡口兩端有足夠的停留時(shí)間，否則，焊絲熔化
的量不足以填滿熔池，這樣就會(huì)在焊縫外兩側(cè)形
成咬邊。
3) 偏移。偏移是用以焊接跟蹤的，如果觀察的
角度不對(duì)，就會(huì)產(chǎn)生視覺誤差，而做出錯(cuò)誤的判
斷和調(diào)整，使電弧在一邊能夠燒到位，而在另一
邊就燒不到位，在電弧燒不到位的一側(cè)就會(huì)產(chǎn)生
咬邊。
咬邊的防治措施與余高超標(biāo)的防治措施一致。
圖$ 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(shí)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(yīng)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(gè)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(jìn)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(gè)地線電纜上有* 個(gè)接頭，接頭形
式均為螺栓、螺母聯(lián)結(jié)，導(dǎo)電面積小，電壓損失
大。在長時(shí)間、大電流的焊接過程中，接頭處嚴(yán)
重發(fā)熱，達(dá)到燙手的程度，預(yù)計(jì)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(shí)，地線板在
管道坡口內(nèi)的接觸點(diǎn)較多，導(dǎo)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(shí)，地線板在焊縫上接觸點(diǎn)較少，
導(dǎo)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(diǎn)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(duì)以上原因，采取了以下措施：
（"）將地線電纜接頭減少為’ 個(gè)，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(diǎn)。
（!）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(jìn)措施的實(shí)施，再未產(chǎn)生過迸絲，
電弧穩(wěn)定，焊接連續(xù)正常。
$ 結(jié)束語
通過對(duì)所出現(xiàn)的各種問題的檢查分析，在采
取了有針對(duì)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(dòng)焊的優(yōu)勢(shì)（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(dá)/( 0以上，焊接質(zhì)量及施工效率得
到進(jìn)一步提高。
參考文獻(xiàn)%
1"2 陳祝年3焊接工程師［4］3北京：機(jī)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(shè)［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(duì)策［4］3上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)
出版社，"/(/3
作者簡介：張建護(hù)（"/,%8），男，陜西興平人，工程師，
"/(9 年畢業(yè)于承德石油學(xué)校焊接專業(yè)，從事焊接技術(shù)研究
工作。
收稿日期：’))*8""8)"
（-）填充第"、’ 層時(shí)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(shí)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(shè)工程監(jiān)理市場(chǎng)對(duì)全國開放
建設(shè)工程量迅速增長使得北京市工程監(jiān)理市場(chǎng)
的需求也隨之不斷擴(kuò)大，目前該市現(xiàn)有監(jiān)理企業(yè)
’*) 多家，無法滿足本市建設(shè)工程質(zhì)量安全管理的
需要。北京市建委按照市政府進(jìn)一步開放北京建筑
市場(chǎng)，歡迎國內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)參與競(jìng)爭(zhēng)的要求，將為外
埠監(jiān)理企業(yè)提供公開、公平、公正、競(jìng)爭(zhēng)有序的良
好市場(chǎng)環(huán)境，吸引具有相應(yīng)資質(zhì)條件、實(shí)力強(qiáng)、業(yè)
績和信譽(yù)良好、管理規(guī)范的監(jiān)理企業(yè)進(jìn)入北京建筑
市場(chǎng)，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(shè)和奧運(yùn)工程建設(shè)作貢獻(xiàn)。
特邀通訊員廣東建設(shè)廳孫浦生收稿日期：’))%8)"8’)

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