自保护药芯焊丝半自动焊临界风速工况条件下气孔的控制.docx
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自保护药芯焊丝半自动焊临界风速工况条件下气孔的控制
自保护药芯焊丝半自动焊临界风速工况条件下气孔的控制
中国石油天然气管道局职工培训中心焊接试验QC小组
一、项目概述
1、风力对气孔的影响
管道焊接，是在野外环境下进行的。
风力是影响气孔的主要因素。
焊接作业理想的工况是无风或微风，但这是不现实也不经济，所以规范中对采用不同的焊接方法施焊时的环境风速做了限制。
2、施工标准对焊接环境风速的要求
国家标准要求
《油气长输管道工程施工及验收规范》GB50369—2006对焊接环境风速的要求：
①自保护药芯焊丝半自动焊，风速≤8m/s；
②酸性焊条电弧焊，风速≤8m/s；
③低氢型焊条电弧焊，风速≤5m/s；
④气体保护焊，风速≤2m/s。
《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236—98对焊接环境风速的要求：
①手工电弧焊，风速≤8m/s；
②埋弧焊，风速≤8m/s；
③氧乙炔焊，风速≤8m/s；
④CO2气体保护焊，风速≤2m/s；
⑤氩弧焊，风速≤2m/s。
行业标准要求
《输油输气管道工程施工及验收规范》SY0401—98对焊接环境风速的要求：
①药芯焊丝自保护焊，风速≤11m/s；
②气体保护焊，风速≤2m/s；
③药皮焊条手工焊，风速≤8m/s。
从上述几个标准中可以看出，自保护药芯焊丝半自动焊是目前几种管道焊接方法中抗风性能较好的一种。
不同的标准对环境风速要求存在一定的差别，最大风速限制在8~11m/s。
另外，焊接材料的类别、焊接材料的型号以及生产的厂家不同,抗风的能力也不相同。
自保护药芯焊丝半自动焊是目前应用较多的一种焊接方法。
我们小组要通过本次活动，试验出自保护药芯焊丝抗风能力的临界风速。
并在临界风速条件下，采取合理的工艺措施，使气孔控制在合格的范围内。
3、风力等级表
风级
海上象征
（浪高:
m）
陆地象征
风速
Km/h
m/s
1
0.1
烟能表示风向，但风向标不能转。
1~5
0.3~1.5
2
0.2~0.3
树叶微响，风向标能转动。
6~11
1.6~3.3
3
0.6~1.0
树叶及微枝摇动，旌旗展开。
12~19
3.4~5.4
4
1.0~1.5
能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝摇动。
20~28
5.5~7.9
5
2.0~2.5
叶的小树摇摆，内陆水面有小波。
29~38
8.0~10.7
6
3.0~4.0
大树枝摇动，电线呼呼有声。
39~49
10.8~13.8
7
4.0~5.5
全树摇动，迎风行走感觉不便。
50~61
13.9~17.1
8
5.5~7.5
微枝折断，人往迎风前行阻力很大。
62~74
17.2~20.7
二、小组概况
小组名称
焊接试验QC小组
注册编号
EG-04-01
课题类型
攻关型
小组成立时间
1999.5.31
本次活动时间
2006.10.6～12.25
序号
姓名
年龄
文化程度
技术职称
小组职务
接受QC教育时间
1
李颂宏
50
大专
高级工程师
组长
90（h）
2
张萍
34
大专
工程师
组员
80（h）
3
李会富
32
大专
工程师
组员
60（h）
4
陈龙
40
大专
高级焊接技师
组员
60（h）
5
邵洪波
36
大专
高级焊接技师
组员
60（h）
6
王强
34
中技
焊接技师
组员
70（h）
７
柯娜
26
大本
助理工程师
组员
70（h）
8
陈国俊
40
大本
高级工程师
组员
65（h）
平均每次活动时间
1.5（h）
集中活动次数
6次
小组业绩
1999年《确保STT+SAW双管联焊射线探伤一次合格率达95%》获全国优秀QC成果；2002年《提高西气东输管道工程焊工培训合格率》获部优QC成果。
2005年《X80管线钢自动焊焊接试验》获全国优秀QC成果；2006年《降低冲击功的离散率》获全国优秀QC成果。
三、选题理由
1、不同的标准对焊接环境的风速要求存在着一定的差异；不同类型的焊接材料的抗风能力也存在着较大的差异；不同厂家生产的同一种焊接材料的抗风能力也存在着一定的差异。
2、自保护药芯焊丝，大家公认具有较强的抗风能力。
但在多大的风速下焊接产生气孔的量会明显增加，而导致焊缝的气孔超标，还没有一个定量的值。
3、在相同的风速条件下，采取一定的工艺措施，能够控制气孔的产生量。
因此我们选择了《自保护药芯焊丝半自动焊临界风速工况下气孔的控制》作为小组本次活动的研究课题。
四、现状调查
1、工程现状
我们对西气东输管道工程（一标段），不同风速条件下，采用自保护药芯焊丝半自动焊焊接的焊口无损检测合格率进行了统计。
工程名称
西气东输管道工程（一标段）
钢管材质/规格
X70/φ1016×14.6
焊接方法
自保护药芯焊丝半自动焊
施工环境风速（m/s）
5
7
8.5
9.2
10
调查焊口数量（道）
100
22
46
23
31
不合格焊口数量（道）
5
0
3
4
5
无损检测合格率（%）
95
100
93.5
82.6
83.9
制表人：
张萍制表时间：
2006.10.10
上表统计了不同风速条件下焊缝的合格率，发现焊缝的无损检测合格率随着风速的增加,合格率有较为明显的下降趋势,但并非风速增加焊缝的合格率一定下降。
2、试验现状
为了确定本次小组活动的目标和方向，我们进行了一次调查性的验证试验。
试验所得的数据如下表：
钢管材质/规格
X65/φ610×7.9
焊接方法
自保护药芯焊丝半自动焊
试验编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
试验风速（m/s）
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
试验焊缝长度（m）
0.958
气孔数量（个）
0
3
2
5
5
6
11
9
15
22
制表人：
张萍制表时间：
2006.10.12
根据不同风速条件下焊接，焊缝产生的气孔数绘制了气孔随风速的变化曲线图。
说明：
由图可见，当风速＞11m/s时，气孔数量增加较大；当风速＞14m/s时，气孔点数曲线陡升。
3、10～11.5m/s风速下焊缝合格率
我们在10~11.5m/s的风速环境下,焊接了10道φ273×8的焊口。
经无损检测（检测标准：
SY/T4109），合格6道，不合格4道，合格率为60%。
试验在培训中心模拟环境试验室进行，试验室主要性能：
模拟环境温度——-50~+50℃
模拟环境风速——0~20m/s
模拟环境湿度——20%~95%
五、设定目标值
说明：
在正常情况下，我们应该避免在大风的环境条件下焊接。
或采取有效的防风措施后，方能焊接。
但是，在工期紧又无有效防风措施的情况下，采取有效的工艺措施，以提高焊接合格率。
当合格率达到92%时，就能保证工程的正常施工。
我们的活动目标就是将焊缝的合格率由活动前的60%提高到92%。
可行性分析
1、人员：
小组拥有焊接高级工程师、焊接工程师、焊接高级技师及焊接技师多人。
2、设备、材料：
设备性能优良；焊接材料具有较强的抗风能力。
3、试验能力：
本小组具有丰富的焊接试验经验。
曾经进行过X70、X80新材料的试验，并在国际著名监理的监督下，进行过多项焊接工艺评定。
因此我们认为我们的目标是可行的！
六、原因分析
由关联图可以看出，共有十三种末端因素影响气孔的产生，它们是：
工艺参数
摆幅
过大
干伸长度
过长
电弧电压
过高
焊接速度
过快
送丝速度
过快
组装质量
坡口角度
过大
间隙
过大
钝边
不均匀
错边量
过大
焊工
责任心
不强
操作方法
不当
焊接设备
送丝
不稳定
电弧挺度
不够
七、要因验证
为了找出影响气孔的主要原因，小组的成员对十三个末端因素的验证，制定了措施和计划，实施如下：
1、验证分工表
序号
因素
责任人
验证日期
1
摆幅过大
陈龙王强
11.2
2
干伸长度过长
陈龙王强
11.2
3
电弧电压过高
陈龙王强
11.2
4
焊接速度过快
陈龙王强
11.2
5
送丝速度过快
陈龙王强
11.2
6
坡口角度过大
张萍柯娜
10.25
7
间隙过大
邵洪波
10.28
8
钝边不均匀
张萍柯娜
10.25
9
错边量过大
邵洪波
10.28
10
责任心不强
李颂宏陈国俊
10.22
11
操作方法不当
王强
10.30
12
送丝不稳定
李会富
10.25
13
电弧挺度不够
李会富
10.25
2、要因验证表
序号
因素
确认验证
负责人
日期
结论
1
摆幅过大
降低摆幅，坡口过大时，采用多道焊。
陈龙
王强
11.2
主要因素
2
干伸长度过长
控制干伸长度在10~15倍焊丝直径下焊接。
陈龙
王强
11.2
主要因素
3
电弧电压过高
将电弧电压控制在18~20V。
陈龙
王强
11.2
主要因素
4
焊接速度过快
将焊接速度控制在150~200mm/min范围内。
陈龙
王强
11.2
非主要因素
5
送丝速度过快
送丝速度控制在2.0~3.0m/min进行了试焊。
陈龙
王强
11.2
主要因素
6
坡口角度过大
将坡口角度控制在45~55°间。
张萍
柯娜
10.25
非主要因素
7
间隙过大
降低组装间隙，使间隙控制在2~3mm间．
邵洪波
10.28
非主要因素
８
钝边不均匀
要求机加工者将钝边加工均匀。
张萍
柯娜
10.25
非主要因素
９
错边量过大
将错边控制在0.5~1.0mm。
邵洪波
10.28
非主要因素
10
责任心不强
重新选拔试验焊工，并对其进行责任心和质量意识教育。
李颂宏
陈国俊
10.22
非主要因素
11
操作方法不当
改变不合理的操作方法。
王强
10.30
非主要因素
12
送丝不稳定
检查送丝轮、送丝软管、焊枪和导电嘴等。
李会富
10.25
主要因素
13
电弧挺度不够
调整电弧的挺度到合适的位置。
李会富
10.25
非主要因素
八、制定对策
序号
影响因素
对策
目标
措施
地点
负责人
时间
1
摆幅过大
降低摆幅
找到合适的摆幅
降低摆幅，使摆幅控制在10mm内。
试验
车间
李颂宏
陈龙
王强
邵洪波
11.5
2
干伸长度过长
降低
干伸长度
确定合理的
干伸长度
用不同的干伸长度，配合不同的电弧电压和送丝速度施焊。
每个参数组合，焊接2个管圈。
11.5
3
电弧电压过高
调整
电弧电压值
试验出比较
合适的电弧电压
4
送丝速度过快
适当降低
送丝速度
调至合适的
送丝速度
5
送丝不稳定
检查送丝机
使送丝速度稳定
找出影响送丝不稳的原因并解决。
设备
维修间
李会富
王强
11.3
制表人：
李颂宏制表时间：
2006.11.5
九、实施
实施
（一）
对送丝机的送丝轮进行检查，发现送丝轮磨损严重，对其进行更换，并调整送丝轮的压紧度；对送丝软管进行清理，确保送丝顺畅；检查焊枪，焊枪各开关应灵活；检查导电嘴，磨损较严重应更换导电嘴
实施
（二）：
将影响焊接质量的前四个主要因素所对应的相应参数预设定,进行组合试验，共有以下36组组合形式。
第一组:
第二组:
第三组:
临界风速焊接试验参数表
（模拟环境风速11m/s）
试验序号
干伸长度（mm）
摆动幅度
（mm）
电弧电压（V）
送丝
速度
（in/min）
试验序号
干伸长度
（mm）
摆动幅度
（mm）
电弧电压
（V）
送丝
速度
（in/min）
试验序号
干伸
长度
（mm）
摆动
幅度
（mm）
电弧
电压
（V）
送丝
速度
（in/min）
1
15
0
18
80
13
15
0
18
95
25
15
0
18
110
2
25
14
25
26
25
3
15
5
15
15
5
27
15
5
4
25
16
25
28
25
5
15
0
20
17
15
0
20
29
15
0
20
6
25
18
25
30
25
7
15
5
19
15
5
31
15
5
8
25
20
25
32
25
9
15
0
22
21
15
0
22
33
15
0
22
10
25
22
25
34
25
11
15
5
23
15
5
35
15
5
12
25
24
25
36
25
通过对焊口进行外观检查和无损检测，初步得出参数范围如下：
主要因素
参数范围
送丝速度
80～100in/min（2.03~2.54m/min）
电弧电压
18～22V
干伸长度
15~22mm
摆动幅度
0~5mm
实施（三）：
根据初步选定的工艺参数再次进行试焊。
下图为试验焊接现场、试件、试样的图片：
试验循环过程如下：
对试焊的10道管口进行外观检查和100%射线检测，统计结果如下：
检查项目
焊口数量（道）
合格焊口（道）
不合格焊口（道）
合格率（%）
外观检查
10
10
0
100
无损检测
10
9
1
90
试验结果合格率有了明显的提高，要因验证是正确的。
十、效果检查
1、为了进一步验证试验效果，我们按照选定的参数又焊接了15道焊口。
经外观检查和无损检测，统计结果如下：
检验项目
焊口数量（道）
合格焊口（道）
不合格焊口（道）
合格率（％）
外观检查
15
15
0
100
无损检测
15
14
1
93.3
2、力学性能试验结果
强度试验
试样编号
试样尺寸
断裂载荷
抗拉强度
断裂位置
01
25.1×8mm
112kN
560MPa
母材
02
25×7.9mm
108kN
545MPa
母材
弯曲试验
试样编号
试样类型
试样厚度
弯心直径
弯曲角度
试验结果
03
面弯
8mm
32mm
180°
合格
04
面弯
8mm
32mm
180°
合格
05
背弯
8mm
32mm
180°
合格
06
背弯
8mm
32mm
180°
合格
刻槽锤断试验
07
1.2×1.0气孔1个
合格
08
1.0×1.0气孔2个
合格
冲击试验
试样编号
试样尺寸
（mm）
试样位置
冲击功（J）
单值
平均值
09
10×5
焊缝
42
44
10
10×5
焊缝
51
11
10×5
焊缝
39
12
10×5
热影响区
56
55
13
10×5
热影响区
45
14
10×5
热影响区
64
3、QC小组按照选定的焊接工艺参数进行施焊，临界风速工况下气孔现象得到了有效控制，焊接合格率大幅度提高，达到了此次活动预期的目的，焊接合格率达到了93.3%。
十一、巩固措施
1、我们按照《油气管道焊接工艺评定》SY/T4052进行了二项焊接工艺评定，外观检查、射线检测、力学性能试验各项全部合格。
2、在焊接工艺评定的基础上，我们编写了自保护药芯焊丝半自动焊临界风速工况下的焊接工艺规程。
结论：
在六级风速下（10.8~13.8m/s），不需采取防风措施。
只要合理选择送丝速度、电弧电压、干伸长度和摆动幅度等参数，并采用适当的操作方法，是可以焊接出合格的焊接接头的。
十二、效益分析及今后打算
1、经济效益：
临界风速工况条件下无防风措施仍能焊接出合格的焊口，且具有较高的焊接一次合格率。
这可以节省防风措施费，并能提高施工效率，保证施工工期。
2、社会效益：
为我国管道工程在风区和风季施工，提供了经验。
为管道的施工增加有效的施工工期。
通过本次QC小组活动，使我们进一步扩展了QC活动的领域。
我们将继续开展QC活动，为公司的施工和生产服务。
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