马鞍形埋弧焊大马鞍量插管焊接质量控制技术研究

1、技术概述

马鞍型埋弧自动焊机主要用于加氢反应器、厚壁容器等接管的焊接工作，有较高的焊接效率。但其在小直径筒体施焊较大接管 （ 筒体直径与插管直径比值 <4） 时马鞍量大会出现较大的爬坡焊接和倒流焊接，施工难度明显增大，在大马鞍量插管施工中易出现夹渣和未熔合现象 （ 焊缝根部至 30mm 处 ），造成大量返修，焊接质量难以保证施工效率大大降低。

2、影响焊接质量的因素分析

2.1 焊接参数

焊接电流、电压和焊接速度是影响焊接质量的关键参数。焊接电流过大，会导致焊缝熔深过大，容易出现烧穿、咬边等缺陷；电流过小，则会造成焊缝熔深浅，出现未焊透现象。在某石油化工管道焊接项目中，当焊接电流从 300A提高到 350A 时，焊缝熔深从 8mm 增加到 12mm，若继续增大电流，焊缝边缘出现明显咬边。焊接电压主要影响焊缝的宽度，电压过高，焊缝变宽，熔池金属变稀，容易产生气孔；电压过低，焊缝变窄，导致焊缝成型不良。焊接速度过快，焊缝熔深浅，焊缝余高不足，易出现未熔合等缺陷。

2.2 焊接材料

对于马鞍形埋弧焊大马鞍量插管焊接，应根据母材的材质、化学成分、力学性能以及焊接结构的使用要求等因素，选择合适的焊丝和焊剂。若焊接材料选择不当，导致焊缝金属的强度、韧性不足，或者产生焊接裂纹等缺陷。同时，焊接材料的质量稳定性也很重要，受潮的焊剂会使焊缝产生气孔，焊丝表面的油污、铁锈等杂质会影响焊缝的质量。

2.3 焊接设备

马鞍形埋弧焊设备需具备精确的焊接参数控制功能，能够根据焊接过程中的实际情况自动调整焊接电流、电压和焊接速度等参数。一些高端的马鞍形埋弧焊设备配备智能控制系统，可借助传感器实时监测焊接过程中的电弧电压、电流等信号，当参数出现波动时，系统能迅速做出调整，确保焊接过程的稳定性。此外，焊接设备的机械结构精度也会影响焊接质量，如焊接小车的行走精度、焊枪的摆动精度等。

2.4 焊接工艺

在焊接前，需对焊件进行预处理，包括清除焊件表面的油污、铁锈、水分等杂质，对坡口进行加工和清理，确保坡口尺寸符合要求。在焊接过程中，要采用合适的焊接顺序和焊接方向，以减少焊接变形和残余应力。对于大马鞍量插管焊接，要注意控制焊接层间温度，层间温度过高，会使焊缝金属的组织粗大，降低焊缝的力学性能；层间温度过低，可能导致焊缝出现裂纹 ， 同时要保证施焊区域温度的均匀性。此外，焊接环境的温度、湿度等因素也会对焊接质量产生影响，在低温、高湿环境下焊接，容易使焊缝产生气孔、裂纹等缺陷。

3、马鞍形埋弧焊大马鞍量插管焊接质量控制措施

3.1 坡口形式优化

通过大量的试验和分析，对坡口形式进行优化设计。采用不对称的坡口形式，在爬坡焊接一侧适当增大坡口角度，以利于电弧深入焊缝根部，保证根部熔合良好；在倒流焊接一侧，调整坡口角度和形状，使熔渣能够顺利浮出，减少夹渣的产生。同时，合理控制坡口的深度和宽度，在保证焊接质量的前提下，尽量减少焊接填充量，提高焊接效率。例如，将爬坡侧坡口角度从原来的 30^∘ 增大至 35^∘ ，倒流侧坡口角度保持在 30^∘ ，并对坡口根部进行适当的打磨处理，使其过渡更加平滑，有利于焊接过程中熔池的稳定和熔渣的排出。

3.2 组对质量控制

制定严格组对标准及控制流程。组对前精确测量筒体、接管尺寸，清理焊接区油污、铁锈等杂质。规定组对间隙 2-3mm ，错边量 ⩽1mm ，确保符合设计要求。采用专用工装确保间隙均匀、错边量达标，用量具实时监测并调整组对尺寸。严格质量控制提升焊接接头质量稳定性。

3.3 焊接工艺优化

对焊接工艺参数进行优化调整。根据大马鞍量插管焊接的特点，通过试验确定合适的焊接电流、电压和焊接速度。在爬坡焊接阶段，适当增大焊接电流和电压，提高熔池的温度和流动性，保证根部熔合；在倒流焊接阶段，降低焊接电流和电压，控制熔池的形状和大小，防止熔池金属流淌，减少夹渣和未熔合的产生。同时，合理调整焊接速度，使焊缝成型美观，避免出现焊缝过高或过低的情况。在某加氢反应器大马鞍量插管焊接试验（表 1）取得了良好的焊接效果。

表1、大马鞍量插管焊接工艺参数优化对照表

此外，优化焊接顺序和焊道布置。采用多层多道焊的方式，合理安排各焊道的焊接顺序，使焊接应力分布更加均匀。在每层焊接完成后，对焊缝进行清理和打磨，去除焊渣和飞溅物，为下一层焊接创造良好的条件。同时，均匀加热、控制层间温度，避免因温度过高或过低影响焊接质量。

3.4 马鞍设备参数调试

对马鞍型埋弧自动焊机的设备参数进行精准调试。调整焊枪的角度和高度，使其能够适应马鞍形曲面的焊接要求，保证电弧能够准确地作用于焊缝位置。优化送丝系统，确保送丝速度稳定，避免出现送丝不畅或送丝速度不均匀的情况。同时，对焊机的行走机构进行调试，保证其在马鞍形曲面上行走平稳，速度均匀。例如，通过多次试验，将焊枪与焊缝的夹角调整为 75° -80°，焊枪高度调整至距离焊缝表面 15-20mm ，使电弧能够稳定燃烧，焊缝成型良好；对送丝系统进行优化后，送丝速度波动范围控制在 ±0.5m/min 以内，有效提高了焊接质量的稳定性。

4、结论

马鞍形埋弧焊大马鞍量插管焊接质量受多种因素影响，通过优化坡口形式、严格控制组对质量、改进焊接工艺和精准调试马鞍设备参数等措施，能有效提高焊接质量。在实际工程项目中，应用这些质量控制技术取得了良好的效果，降低了焊接缺陷率，提高了工程质量和经济效益。然而，随着工业技术的不断发展，对马鞍形埋弧焊大马鞍量插管焊接质量提出了更高的要求。未来，需进一步研究和开发更加先进的焊接质量控制技术，如智能化焊接质量控制系统、新型焊接材料和焊接工艺等，以适应不断发展的工业需求，推动相关工业领域的技术进步和高质量发展。

参考文献：

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张祖禄，男，1981 年 08 月 民族：汉 籍贯： 山东胶州 最高学历：专科 职称： 焊接高级技师 研究方向：石油化工压力容器焊接制造 邮编： 单位：