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管道自动焊常见缺陷产生原因及防治措施

文档作者：张建护，唐德渝，张田利，侯泽峰文档来源：中国石油集团工程技术研究院		点击数：	更新时间： 2024年07月03日
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上一篇：海底管道解堵措施

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石油工程建设!""# 年$ 月
张建护，唐德渝，张田利，侯泽峰
（ 中国石油集团工程技术研究院，天津%""’）
摘要：西气东输管道工程焊接工作量大，焊接质量要求高，采用自动焊的总里程数超过
("" )*。通过对西气东输管道工程自动焊机组的长期跟踪，了解并掌握了经常出现的几种焊接缺
陷，文章以西气东输管道工程第’+ 标段山西临汾现场自动焊接为例，详细分析了未熔合、气孔、
余高超标、咬边和迸丝产生的原因，并结合现场的具体情况，针对每种焊接缺陷提出了切实有效
的防治措施，进一步提高了焊接质量和施工效率。
关键词：西气东输；管道工程；自动焊接；缺陷；原因分析；措施
中图分类号：,- .+%/% 文献标识码：0 文章编号：’""’1!!"$（!""#）"%1""&amp;amp;&amp;amp;1"&amp;amp;
管道自动焊常见缺陷产生原因及防治措施
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! 引言
西气东输管道工程是国家重点工程，主线路
全长约&amp;amp; """ )*，其特点是口径大（!’ "’$ **）、
管壁厚（’&amp;amp;/$ 2 !$/! **）、钢级高（345 6789 #:
;+"）、压力高（’" <4=），这在我国管道建设史上
尚属首次。由于焊接工作量巨大，焊接质量要求
高，因此在较平坦的区段采用了自动焊技术。采
用自动焊的总里程超过("" )*。自动焊技术在长
输管道施工中的规模化应用，对大多数施工单位
来说是一项全新的焊接工艺。在焊接过程中，焊
接机头沿着安装在管道上的轨道行走，焊工通过
操作盒进行参数设置，焊接过程是在自动控制下
完成的。因此，自动焊可大大降低人为因素的影
响，并且劳动强度低，焊缝质量好，焊接效率高。
由于各施工单位都是初次接触和使用自动焊设备，
因操作使用不当， 有时也出现一些缺陷和问题，
既影响焊缝质量，又影响工程进度，同时影响自
动焊技术高效率特性的发挥。我们通过对西气东
输管道工程中自动焊机组的长期跟踪，对焊接施
工中出现的缺陷进行了分析研究，提出了相应的
措施，焊接质量和工程进度得到了保证，为今后
的施工积累了经验。
本文以西气东输管道工程第’+ 标段山西临汾
现场自动焊接为例， 分析焊接缺陷产生的原因，
并提出防治措施。
西气东输管道工程第’+ 标段（山西临汾段），
管材规格为!’ "’$ ** > ’&amp;amp;/$ **， 部分地段为
!’ "’$ ** > ’+/# **，材质为;+" 钢。管道的坡口
为单“?” 型， 采用@,, 半自动焊封底， 焊丝为
A<1#(，直径为’/! **，’"" B CD!
保护；填充和
盖面采用自动焊，焊丝为A<1$(，直径为’/" **，
混合气体保护（!" BCD! E (" B3F）。自动焊采用
的是填充% 层或&amp;amp; 层、盖面’ 层的多层下向焊方
法。在施工初期， 出现的主要问题有： 未熔合、
气孔、余高超标、咬边和迸丝。
" 常见缺陷的原因分析及防治措施
"#"
未熔合是一种几乎没有厚度的面状缺陷，其
直接危害是减少截面， 增大应力， 对承受疲劳、
经受冲击、应力腐蚀或低温下工作都非常不利。
未熔合是由于电弧未能直接在母材上燃烧，焊丝
熔化的铁水只是堆积在上一层焊道或坡口表面上
而形成的。主要形式有层间未熔合和单侧点状未
熔合，并出现在平、立焊位置，长度不一，最长
可达到’"" ** 左右。
未熔合是由以下几方面原因造成的：
（’）焊接速度慢。如图’（G）所示，由于焊
接速度慢，电弧不能在上一层焊缝上燃烧，而是
在熔池内的铁水上燃烧，焊丝熔化的铁水向前流
淌，铺在上层焊缝上，这就造成了层间未熔合。
（!）焊枪角度不正确。如图! 中（G）所示，
焊枪所处的角度是不正确的。在此状态下焊接，
&amp;amp;&amp;amp;
第!" 卷第! 期
熔池中铁水在电弧吹力作用下向前流淌，铺盖在
电弧的前方，致使电弧不能在上一层焊缝上燃烧，
造成层间未熔，并且随着角度的增大，铁水流淌
更加严重，焊缝无法成型。
（!）焊接跟踪不准确。在焊接过程中，由于
焊工观察位置、角度的变化，在电弧摆动中心和
坡口焊缝中心不重合时，就会使电弧只能在坡口
的一侧燃烧到位，在另一侧燃烧不到位，铁水只
堆积在不到位的一侧，这样就产生了单侧未熔合，
如图! 所示。
（#）焊枪在端部的停留时间短。焊缝是由焊
枪在坡口内边摆动、边移动施焊完成的。由于焊
枪在端部的停留时间不足，电弧尚未将根部彻底
熔透就摆动移向另一端，这样就在此处产生单侧
未熔合。
根据以上# 种原因，采用下列措施，成功地
避免了未熔合的产生。
（"）适当加快焊接速度，使焊接电弧在正常
焊接状态的位置上燃烧（如图"（$）所示）。
（%）必须将焊枪调至图%（$）所示正确的焊
接角度，焊枪与管道的法线形成&amp;amp;’ ( "&amp;amp;’角。
（!）应保持相对固定的观察位置和角度进行
焊接跟踪。
（#）适当增加焊枪在两端的停留时间。
!"#
气孔是自动焊在现场出现的主要焊接缺陷之
一，是焊缝金属凝固过程中由于侵入气体而形成
的气囊或空穴。因其酿成了结构的不连续性，就
会削弱焊缝金属的机械强度，降低结构的气密性、
水密性等。气孔多出现在平、立位置的焊缝接头
处，从) 射线相片上反映出以密集气孔偏多。经
检查分析，发现形成气孔有以下! 方面的原因：
（"）防风棚漏风。气体保护焊的最大缺点是
抗风能力差，所以工程上所使用的管道自动焊设
备均是在防风棚内作业的，虽有“全天候”之称，
然而，当风速高、棚底所在的地面不平时，就会
在防风棚的两侧包裹管道的帆布帘处及底部漏风。
风吹到焊枪就会吹散保护气体，电弧和熔池失去
了保护，导致在焊缝中产生气孔。
（%）保护气体流量过小。管道自动焊所用的
保护气体为富氩混合气体（*&amp;amp; +,- . %&amp;amp; +/0%
），
流量为%&amp;amp; 1 2345，可获得最佳的保护效果、焊缝
成型和质量。然而在焊接过程中，控制电缆中的
气管受到踩踏、碾压或折成死弯时，造成气管堵
塞或破损漏气，这样在电弧熔池处没有保护气体
或气体流量过小（小于"6 1 2345），电弧熔池不能
得到很好的保护，就会产生气孔。
（!） 焊前检气时间不足。在焊接起弧之前，
焊枪头部及附近的气管内已不是所需的保护气体，
而是空气，必须将此处的空气经检气完全排出后，
方可起弧焊接。停焊时间越长，空气在气管内占
有量就越多，所需的检气时间就越长。
为此采取了以下6 个方面的防治措施：
（"）防风棚两侧的帆布帘包裹管道后，再用
绳索加以捆绑。
（%）棚底四周加上帆布帘，并用沙土压牢。
（!）把控制电缆小曲率地盘挂在防风棚侧壁
上。
（#）经常查看流量计，确定气体流量是否达
到要求。在气管破损处用胶布缠堵，对破损严重
的气管，进行整管更换。
图# 焊枪角度的变化
图! 电弧的燃烧位置
焊枪
焊接方向
（$）正常焊接速度下的状态
焊枪
焊接方向
（7）焊接速度慢时的状态
焊枪
焊接方向
焊接方向
焊枪
!
"
（$）正确的焊枪角度（7）不正确的焊枪角度
图$ 跟踪错误的状态
焊缝中心摆动中心
张建护等：管道自动焊常见缺陷产生原因及防治措施#6
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石油工程建设!""# 年$ 月
（#）每次焊接起弧之前，检气时间不得小于# %。
通过这些措施的实施，有效地抑制了气孔的
产生，提高了一次合格率。
!"#
焊缝余高超标是指焊缝表面上的金属超过了
规定的需要量，余高超标不仅造成经济上的浪费、
外形不美观，而且还是一个应力增值源。主要影
响焊缝的疲劳寿命，随着余高高度的增加，焊缝
的疲劳强度会急剧下降。
在施工中，平、立焊位置的焊缝余高符合标
准要求。由于仰焊位置的特殊性（熔滴受电弧吹
力和重力两个相反方向力的作用，只有电弧吹力
大于重力时，才能过渡到熔池内），导致熔滴过渡
较慢，电弧燃烧时间长，熔池的热输入大，增强
了铁水的流动性，使铁水由两侧向中间堆积下坠，
因此在焊缝的中心形成一个脊梁背，特别是在# &amp;amp;
’ 点钟的部位，这种情况会更加严重，其高度大部
分在()" &amp;amp; ()# **，个别地方甚至达到了+)" **。
虽进行了打磨，但与平、立焊位置焊缝比较，外
观相当差，并耗费人力和物力。
通过以上具体分析，制定了以下几个方面的
防治措施，使焊缝余高达到了标准要求。
（,）在最后一遍填充后，给盖面留,)# ** 的
量（如图+ 所示）。
（!）控制盖面焊电流为,$" &amp;amp; ,’"-，电压,.)./。
（(）摆幅、摆速和停留时间均增加,"0&amp;amp; !"0。
（+）电感量在原来的基础上降低," 0。
（#）焊丝干伸长控制在’ &amp;amp; ," ** 范围内。
（$）保持正确的观察角度。
!"$
咬边属焊缝成形缺陷之一，是由母材金属损
耗引起的、沿焊缝焊趾产生的沟槽或凹缝，是电
弧冲刷或熔化了近缝区母材金属后，又未能填充
的结果。咬边严重影响焊接接头质量及外观成型，
使得该焊缝处的截面减小，容易形成尖角，造成
应力集中，该处断裂的可能性最大。
由于仰焊位置的特殊性（在电弧吹力克服熔
滴重力之后，熔滴方可向熔池过渡），因此在盖面
的仰焊部位极易造成咬边。从仰焊位可直接观察
到在焊缝两侧呈现断续、由浅至深的咬边，深度
")! &amp;amp; ")’ **，而局部点接近,)" **，集中在# &amp;amp; ’
点钟区间，大约("" ** 长的范围内，属于典型的
宽型咬边。造成这类咬边的原因有以下几种：
（,） 焊接电流。焊接电流对咬边影响最大，
大电流时，虽电弧吹力大，熔深大，焊丝熔敷率
高，但同时热输入大，熔池内铁水温度高、流动
性好，向焊缝中心流动。当电弧移走之后，致使
熔池内无铁水或铁水少，此时电弧在母材上（即
坡口边缘处）烧出一个弧坑，形成咬边。
（!）回路中电感。短路过渡要求焊接回路中
有合适的电感量，用以调节短路过渡电流的增长
速度（!" # !$），控制焊接过程中的飞溅量及电弧燃
烧时间。通常细丝气保护焊， 焊丝熔化速度快，
熔滴过渡周期短，需要较大的短路过渡电流的增
长速度。在仰焊时，较大的电感使得熔滴过渡频
率低，燃弧时间长，电弧移动至坡口两侧时，熔
池内的铁水就向焊缝中心流动而形成咬边。
（(） 操作参数（ 摆幅、两端停留时间及偏
移）。
1) 摆幅。如果摆幅小，电弧就烧不到坡口的棱
沿上，只在坡口面上烧一个弧坑，从而导致咬边
（如图# 所示）。
2) 两端停留时间。如果在最后一遍填充完成
之后，给盖面留有较大的余量时，就应保证电弧
在坡口两端有足够的停留时间，否则，焊丝熔化
的量不足以填满熔池，这样就会在焊缝外两侧形
成咬边。
3) 偏移。偏移是用以焊接跟踪的，如果观察的
角度不对，就会产生视觉误差，而做出错误的判
断和调整，使电弧在一边能够烧到位，而在另一
边就烧不到位，在电弧烧不到位的一侧就会产生
咬边。
咬边的防治措施与余高超标的防治措施一致。
图$ 盖面前的焊缝截面
图% 摆幅小的情况
,)# **
+$
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第!" 卷第! 期
!"#
迸丝是在焊接状态下，焊丝接触到母材之后，
焊丝干伸长部分发生的爆断现象。迸丝使电弧无
法形成，不能实施正常的焊接工作。它是由电弧
电压低造成的。从公式：! 空载# ! 电弧$ ! 线损可以看
出，在焊接电流的回路中，应尽可能减小! 线损，使
! 电弧接近! 空载，保持电弧稳定，从而可以避免迸
丝。
在整个焊接回路中，从焊接电源引出的焊接
电缆（截面!% &amp;amp;&amp;amp;’，长( &amp;amp;）、地线电缆（截面%)
&amp;amp;&amp;amp;’，长% &amp;amp;）并不长，线上的电压损失很小，不
足以造成迸丝。经过进一步的检查分析，发现问
题出在地线上，有以下几方面的原因：
（"）在整个地线电缆上有* 个接头，接头形
式均为螺栓、螺母联结，导电面积小，电压损失
大。在长时间、大电流的焊接过程中，接头处严
重发热，达到烫手的程度，预计温度在%) +以上。
（’） 地线板与母材的接触形式如图, 所示。
从图,（-）可见，在填充第"、’ 层时，地线板在
管道坡口内的接触点较多，导电性能较好，分压
小，很少出现迸丝；从图,（.）可见，在第! 层
填充和盖面焊接时，地线板在焊缝上接触点较少，
导电性能差、分压大，所以频繁出现迸丝。
（!）地线板与母材接触不紧密，在接触点处
有过热烧红现象，致使! 线损增大，! 电弧减小而产
生迸丝。
针对以上原因，采取了以下措施：
（"）将地线电缆接头减少为’ 个，采用铜鼻
子和地线板直接相贴的形式。
（’）将地线板的厚度由原来的, &amp;amp;&amp;amp; 增加到",
&amp;amp;&amp;amp;，增加接触点。
（!）在地线板上加一重物，使地线与管道坡
口能够紧密接触。
通过以上改进措施的实施，再未产生过迸丝，
电弧稳定，焊接连续正常。
$ 结束语
通过对所出现的各种问题的检查分析，在采
取了有针对性的防治措施之后，有效地控制了缺
陷的再次发生， 使管道自动焊的优势（高质量、
高效率） 得到充分发挥， 焊缝的外观成型美观，
一次合格率达/( 0以上，焊接质量及施工效率得
到进一步提高。
参考文献%
1"2 陈祝年3焊接工程师［4］3北京：机械工业出版社，’))’3
1’2 王卫国，赵海峰，邹晓波3567 与管道建设［4］3北京：石油工业
出版社，’))’3
1!2 周敏惠，於美甫3焊接缺陷与对策［4］3上海：上海科学技术文献
出版社，"/(/3
作者简介：张建护（"/,%8），男，陕西兴平人，工程师，
"/(9 年毕业于承德石油学校焊接专业，从事焊接技术研究
工作。
收稿日期：’))*8""8)"
（-）填充第"、’ 层时地线板的接触状态
地线板
根焊
填充’
填充"
（.）填充第! 层和盖面焊时地线板的接触状态
图, 地线板的接触状态
地线板盖面
填充!
填充’
填充"
根焊
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信息综括
北京建设工程监理市场对全国开放
建设工程量迅速增长使得北京市工程监理市场
的需求也随之不断扩大，目前该市现有监理企业
’*) 多家，无法满足本市建设工程质量安全管理的
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特邀通讯员广东建设厅孙浦生收稿日期：’))%8)"8’)

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