埋弧焊在油气长输管线大口径高压球阀上的应用

    管线输送是石油、天然气输送的主要方式，其中全通径球阀具有启闭迅速、密封性能良好的优点，可以直埋于地下，使阀门内件不受侵蚀，能与管线同寿命，是石油、天然气最理想的阀门。为保证高压球阀的焊接质量，我们引进了先进的埋弧焊设备，就此将探讨高压球阀焊接过程中埋弧焊工艺。

    1 埋弧焊在高压球阀制造中的应用工艺

    1.1 高压球阀试焊件的焊接坡口

    1.2 焊前准备

    埋弧焊焊前必须做好的准备工作有，焊件的坡口加工，如图1所示、待焊部位的表面清理、焊件的装夹以及焊丝表面的清理、焊剂的烘干等。

图1 埋弧焊试焊件焊接坡口

    焊件清理主要是去除锈蚀、油污及水分，防止气孔的产生。用砂轮机磨和火焰烘烤待焊部位。在焊前应将坡口及坡口两侧各20mm区域内及待焊部位的表面铁锈、氧化皮、油污等清理干净。

    用卡盘加紧工件一端，另一端放在从动轮上，利用焊件外圆加工面进行找正，使工件处于水平工作位置。

    埋弧焊用的焊丝和焊剂对焊缝金属的成分、组织和性能影响极大，在此次焊接中选用焊丝CHW－S3、焊剂CHF105。因此，焊接前必须清除焊丝表面的氧化皮、铁锈及油污等。焊剂保存时要注意防潮，使用前必须按350～400℃温度烘干2h。

    1.3 埋弧焊工艺参数的初步选定

    埋弧焊的焊接参数主要有：焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径、伸出长度、卡盘转速、送丝速度等。

    1.3.1 焊丝直径的选择由于焊接坡口在球阀的焊接中采用的焊丝直径为焊丝直径选用φ2.4mm，熔宽为9～11mm。

    1.3.2 焊丝伸出长度———导电嘴到焊丝端部定为伸出长度

    根据焊丝直径为2mm，在球阀的焊接中焊丝的伸出长度为20～25mm。

    1.3.3 焊接电流的选择

    根据焊丝直径为2mm，在球阀的焊接中选用焊接电流为200～350A。

    1.3.4 焊接电压的选择

    根据焊接电流为200～350A，在球阀的焊接中选用焊接电压为28V。

    1.3.5 焊丝送丝速度的选择选择焊丝的送丝速度为10mm/s。（焊机自动选择）

    1.3.6 卡盘转速的选择

    卡盘的转速基本范围为0.230～0.300r/min，但在特殊情况下要根据实际情况选择，详细介绍见采集数据表中的说明。

    1.3.7 焊接速度的选择

    单位时间内完成的焊缝长度称为焊接速度。

    计算出焊接速度为9.11～12.27mm/s。当其他焊接参数不变而焊接速度增加时，焊接热输入量相应减小，从而使焊缝的熔深也减小，见表1。

表1 焊接速度

    1.3.8 焊接过程中采集到的数据（见表2）

表2 采集数据

    1.3.9 焊接热输入的计算

    熔焊时，由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热量称为热输入。熔焊时，由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热量称为热输入。其计算公式如下：

    Q=ηIU/υ

    式中：Q———单位长度焊缝的热输入（J/cm）；

    I———焊接电流（A），I=330A；

    U———电弧电压（V），U=28V；

    V———焊接速度cm/s，Vmin=0.911cm/s；Vmax=1.227cm/s；

    η———热效率系数，埋弧焊为0.8～0.9；η选用0.85.

    Q1=0.85×28×330/V₁=0.85×28×330/0.911=8621.30J/cm；

    Q2=0.85×28×330/V₂=0.85×28×330/1.227=6400.98J/cm.

    说明：热输入太大时，接头性能可能降低，热输入太小时，焊接时可能产生裂纹。在选用的这个焊接参数范围之内，试焊件在焊接过程中没有出现裂纹，焊接质量良好，所以确定球阀的焊接热输入为8621.30～6400.98J/cm之间为宜。

    2 焊接过程中注意的问题

    2.1 对焊接变形的控制

    焊接过程中，由于受到热应力、组织应力的影响，工件会发生变形，在焊接前，必须对工件进行预热处理，以防止更大变形，同时也可消除工件表面的锈蚀、油污及水分；在焊接时，工件受到焊接过程的热输入，温度会升高，工件的温度升到80℃后，要对工件进行冷却后再进行焊接。

    2.2 焊后须剪去焊丝头部

    每道焊后都要剪去焊丝头部，因为在焊后焊丝头部会粘上焊剂和焊接氧化物，因而：1）不利于下一道引弧；2）不能准确找到焊缝位置；3）焊丝头部会有氧化物和其他杂质存在，影响焊缝成分和焊缝质量。

    3 焊接过程中出现的问题及改进措施

    3.1 埋弧焊焊缝产生气孔的主要原因及防止措施

    1）焊剂吸潮或不干净，焊剂中的水分、污物和氧化铁屑等都会使焊缝产生气孔，在回收使用的焊剂中这个问题更为突出。水分可通过烘干消除。防止焊剂吸收水分的最好方法是正确的储存和保管。回收焊剂时要用纱网过滤可以较有效地分离焊剂与尘土，从而减少回收焊剂在使用中产生气孔。

    2）焊接时焊剂覆盖不充分电弧外露卷入空气而造成气孔。

    3）熔渣粘度过大时溶入高温液态金属中的气体在冷却过程中将以气泡形式溢出。如果熔渣粘度过大，气泡无法通过熔渣，被阻挡在焊缝金属表面附近而造成气孔。通过调整焊剂的化学成分和焊剂颗粒度大小，改变熔渣的粘度即可解决。

    4）工件焊接部位被污染焊接坡口及其附近的铁锈、油污或其他污物在焊接时将产生大量气体，促使气孔生成，焊接之前应予清除。

    3.2 夹渣产生的原因和防治措施

    对于出现夹渣的情况，主要是焊剂在回收过程中存在大的焊渣，在焊接过程中嵌入熔池，在脱渣后出现夹渣，主要防治措施是在焊剂回收的时候清理干净焊剂中的杂物，像废渣、氧化铁等。

    3.3 未熔合产生的原因和防治措施

    在焊缝较窄的时候，由于焊丝的熔宽有限，不能把焊缝最边的部分熔上，出现未熔合现象，通过调整焊机的机头方向，确保焊丝能熔到焊缝的最边部，避免未熔合的出现。

    3.4 跑偏产生的原因及防治措施

    在焊件的装夹过程中，由于从动轮和主动力没有处于同一个圆心，导致焊件在焊接的过程中出现跑偏的现象，以后在焊接过程中必须保证主动轮和从动轮保持在同一圆心上，防止跑偏现象的出现。

    4 总结

    通过此次运用埋弧焊焊接高压球阀，得到了合格的焊接质量。保证了高压球阀的工作。