液压钻机油管焊接工艺与工装设计分析

材料包括无缝钢管、不锈钢钢管、精密无缝钢管等，连接可靠、生产过程中震动小、价格比较便宜。钻机使用的无缝钢管可以分90度弯管和直管两种类型，而直管焊接工艺比较简单，可以再环缝焊机上进行焊接。本文介绍的事弯管焊接方法，如图1所示：

焊接要求密封面垂直度控制范围在0.1mm，没有夹渣、没有裂纹、耐油压力不小于25MPa，焊接的位置无缝钢管以及两头管接头全部采取环形焊缝，焊接接头与无缝钢管为确保油管过流面积的生产需要必须小于0.5mm。

2 焊接裂纹影响因素

2.1 冶金方面的影响因素

硫和磷是钢中最有害的元素。能在钢中形成多种低熔点共晶，在结晶过程中极易形成液态共晶薄膜，使脆性温度区间的塑性大为下降。同时，硫、磷又非常容易偏析。碳在钢中也是影响热裂纹，尤其是结晶裂纹的主要因素。焊缝组织一次结晶形态。在一次结晶的晶粒度越大，结晶方向性也越强，也就越容易促使杂质偏析，越容易在固液阶段形成连续的液态共晶薄膜，增加结晶裂纹倾向。

2.2 焊接工艺影响

工艺条件包括焊接方法、焊接热输入、预热或环境温度、焊接顺序等。它们对焊接接头冷却时的应变增长率、焊缝的化学成分和偏析情况带来多方面的影响，这些直接影响到焊缝的热裂纹倾向。

焊接前，需要预热和后热，对焊条进行一定温度的烘烤和恒温，焊接时控制好焊接线能量。如果焊工集中向上焊，容易将应力集中在罐体上部环裂缝，采取分段退焊可分散组对和焊接应力。良好的焊接顺序和焊接速度控制确保容器拘束应力均匀分布，减少应力集中和产生裂纹。

定期检测发现，裂纹多数出现在焊接接头位置，可以细分为：纵向焊接接头、柱脚焊接接头、极板拼接接头、环向焊接接头和接管焊接接头等。其中以环向焊接接头和柱腿焊接接头所占比例最高，分别占51.05%和35.27%，纵向焊接接头占6.84%，极板焊接接头占2.63%，裂纹的长度以20mm以内的小裂纹为主，占总数的72.64%，21-50mm的裂纹占16.84%，50mm以上的裂纹比例很小。不同的裂纹根据埋藏位置、自身高度以及安全程度等不同，决定补焊等返修工作。有的表面或浅表面裂纹可以通过打磨消除，有的则需要按照《压力容器定期检验规则》，进行补焊返修，根据样本统计结果，95处裂纹中有37处需要返修，占总数的40%，其中环向焊接接头的裂纹数17处，占总数的18.4%，对裂纹返修率及裂纹的危险性的比较发现，容器裂纹中以柱腿角焊裂纹、内表面、环缝裂纹和接管角焊缝的返修率最高，20mm以内裂纹基本不用返修，返修率与裂纹尺寸呈正比关系。

3 焊接工艺技术

操纵台无缝钢管壁厚较薄，一般在3mm，采取直径1mm的焊丝相对合适。根据焊件材料、位置和形状、设备情况使用焊接性能良好的低碳钢，焊接过程中必须用二氧化碳气体保护焊接，工艺参数包括：焊接电流、焊接速度、横街电压、直径、长度、电感值以及流量、焊枪角度、方向等参数，通过优化施工参数，降低焊接温度，达到生产率要求。工艺流程为：圆锯机下料→倒外角→弯管机弯管→焊前清理→点焊→环缝焊机焊接→检验。具有成本较低、操作方便、适合自动焊接和全方位焊接的技术要求。焊丝对应的焊接电流在70-100A范围内，对应电压16-20V范围内。

①检查设备及辅助工具状态良好。焊接前必须清理坡口周围20mm内的油、铁锈等污物，打磨出金属光泽为准;

②焊接时应采用分段退焊和多层多道的焊接工藝。球壳板定位焊时任何情况下焊缝长度≥50mm，定位焊间隔在400mm。焊接分为立焊、横焊和平仰焊。为避免焊缝金属过热区的粗晶形成，确保容器钢材的低温冲击韧性，防止裂纹的产生，采取电加热片均匀加热，预热温度控制在100～150℃范围内，在坡口两侧预热半径150mm，焊接层间温度高于预热温度且最高值≤200℃;

③焊接顺序。每条纵缝配置一名焊工同时焊接，如焊工人数不够，间隔布置分两次完成。环缝焊接按焊工人数均匀分段，注意反面用碳弧气刨清根，层间焊接接头必须错开，用砂轮机磨除渗碳层。通过内窥装置和检测设备随机抽查并测量防护层厚度和管道焊缝补口的品质，符合设计规范要求后才能交工完成后续验收。

焊接后先进行外观检查，进行X射线探伤检测是否存在裂纹、未融合、夹渣、气孔等情况。油管焊缝耐压试验一般在操纵台测试，技术标准为憋压30MPa，时间在10min以上，出现渗漏则不合格。

参考文献：

[1]张涛.焊接工艺的技术要点阐述[J].科技创新导报，2018 （03）.

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