本發(fā)明屬于鋼管焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大口徑管自動焊接方法。

背景技術(shù)：

大口徑管用途廣泛，國內(nèi)外大型電站再熱熱段管道、過熱器管道、熱電車間主蒸汽管道等都有所應(yīng)用。目前在火電建設(shè)焊接中，大口徑管通常使用手工焊接，手工焊接對焊工的操作技術(shù)要求較高，實時焊工數(shù)量不足、焊工技術(shù)力量不足、焊工工作經(jīng)驗不足等等人的因素，會直接影響大口徑管道的焊接質(zhì)量，從而影響整個工程質(zhì)量安全等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種大口徑管自動焊接方法，旨在解決現(xiàn)有大口徑管的焊接工藝無法保證焊接質(zhì)量的技術(shù)問題。

所述大口徑管自動焊接方法包括下述步驟：

將大口徑管進(jìn)行對口，并在焊口位置使用夾模固定；

管內(nèi)充氬氣保護(hù)；

對焊口位置進(jìn)行連續(xù)氬弧焊接；

焊接完成后先冷卻，再進(jìn)行高溫回火熱處理；

其中所述連續(xù)氬弧焊接過程如下：

通過實時檢測焊槍與焊口位置的距離，控制焊槍靠近大口徑管的焊口位置，焊槍的移動速度y為：

其中a、k、t₁-t₃為常數(shù)，t₄為焊槍與大口徑管的距離為L時的時刻，Δt為焊槍減速的時間，0-t₁為初步啟動階段，t₁-t₂為勻加速階段，t₂-t₃為緩慢加速階段，t₃-t₄為勻速階段，t₄+Δt為減速階段；

當(dāng)焊槍從啟動到靠近大口徑管最后停止后，控制焊槍距離微調(diào)，使得焊槍與大口徑管的距離等于L₀；

然后焊槍繞著大口徑管焊口位置圓周運(yùn)動并進(jìn)行自動打底焊接；

然后進(jìn)行自動多層焊縫電弧焊。

進(jìn)一步的，設(shè)置默認(rèn)值基準(zhǔn)距離基準(zhǔn)速度以及基準(zhǔn)減速時間則如果那么否則如果那么則否則其中b、c為調(diào)整系數(shù)，n為勻速階段的穩(wěn)定速度，n＝k(t₂-t₁)+2at₁²。

進(jìn)一步的，若大口徑管兩端均為開口，按大口徑管內(nèi)徑規(guī)格裁剪鋁板及保溫棉制作充氬工具，在對口前將充氬工具放入大口徑管內(nèi)，第二層電弧焊焊接完成后再停止充氬。

進(jìn)一步的，若大口徑管一端或兩端口已連接完成，則在對口前，在已連接的一側(cè)管道內(nèi)用可溶紙板堵上，另一側(cè)空端可用封蓋或鋁板、保溫棉封上，從端口處進(jìn)行充氬。

進(jìn)一步的，充氬前，需要保留一個小排空氣口，并將焊口處其余部位用耐高溫膠帶全部封上，待充氬一段時間后，在排空氣口或者撕開準(zhǔn)備焊接的部位，以打火機(jī)或小紙片方法，測試氬氣是否充滿密封氣室，充氬時，開始流量可為20-30L/min，在氬弧焊施焊過程中，充氬流量應(yīng)保持在8-10L/min，確認(rèn)充滿后，進(jìn)行氬弧焊打底，在氬弧焊接前，采用電加熱方式進(jìn)行預(yù)熱，熱溫度為220℃；氬弧焊施焊臨近結(jié)束時，即氬弧焊封口前，由于氣室氬氣均從此口沖出，因此，需及時減小充氬氬氣流量。

進(jìn)一步的，在焊接過程中，焊接動作應(yīng)連續(xù)完成，若被迫中斷時，則需一直保持300-350℃的溫度，直至重新開始焊接，以防產(chǎn)生裂紋等缺陷；再焊時，應(yīng)仔細(xì)檢查并確認(rèn)無裂紋后，方可繼續(xù)施焊。

進(jìn)一步的，焊縫完成焊接后，先冷卻到100-80℃，恒溫2小時，再進(jìn)行高溫回火熱處理；如不能立即進(jìn)行熱處理時，應(yīng)做350℃、恒溫2小時的后熱處理；當(dāng)焊接過程中或熱處理過程中發(fā)生異常情況斷電時，需立即對焊縫進(jìn)行消氫處理。

進(jìn)一步的，熱處理過程的升降溫速度按250×25/壁厚℃/h計算，但應(yīng)<150℃/h；熱處理的恒溫溫度為750-770℃，恒溫時間按每25mm厚1h計算，但不得少于4h；降溫到300℃時，可以不控溫，保溫材料不拆除，自然冷卻。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用自動控制焊接，合理控制焊槍靠近大口徑管的移動過程，保證緩慢起步和緩慢降速，避免焊槍大幅振動，并且焊接停止后，如果焊槍距離焊口位置與預(yù)期距離L₀存在偏差，可以對焊槍距離進(jìn)行微調(diào)，在焊接過程中，焊槍與焊口的距離保持不變，保證了焊接的一致性和焊接質(zhì)量；同時在優(yōu)選方案中，對充氬過程和焊接過程進(jìn)一步進(jìn)行工藝參數(shù)限定，進(jìn)一步保證了焊接質(zhì)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的大口徑管自動焊接方法的流程圖；

圖2是焊槍的移動速度與時間的關(guān)系圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

為了說明本發(fā)明所述的技術(shù)方案，下面通過具體實施例來進(jìn)行說明。

如圖1所示，本實施例提供的大口徑管自動焊接方法包括下述步驟：

步驟S1、將大口徑管進(jìn)行對口，并在焊口位置使用夾模固定。

本步驟首先對大口徑管進(jìn)行對口，然后在焊口位置采用夾模來固定焊口，但在彎頭、三通等夾模比較難以適用的位置必需使用塞塊。自動焊接到塞塊位置時，需停下來，并對塞塊進(jìn)行清除和打磨工作。

步驟S2、管內(nèi)充氬氣保護(hù)。

充氮有兩種情況：

若管道兩端均為開口，按則按大口徑管的內(nèi)徑規(guī)格裁剪鋁板及保溫棉制作充氬工具，在對口前將充氬工具放入管道內(nèi)，第二層電弧焊焊接完成后再停止充氬，為防止管壁溫度突然下降，此時堵板還不能立即拉出。由于氣室溫度較高，因此，每次充氬前須檢查堵板的密封程度，對不能起到密封作用的堵板應(yīng)及時更換。

若管道一端或兩端口已連接完成，則在對口前，在已連接的一側(cè)管道內(nèi)須用可溶紙板堵上，另一側(cè)空端可用封蓋或鋁板、保溫棉封上，從端口處進(jìn)行充氬?？扇芗埌鍛?yīng)離焊口中心有一定距離，以防焊接過程中紙板被燒損。

另外，在充氬前，需要保留一個小排空氣口，將焊口處其余部位用耐高溫膠帶全部封上，待充氬一段時間后，在排空氣口或者撕開準(zhǔn)備焊接的部位，以打火機(jī)或小紙片等方法，測試氬氣是否充滿密封氣室，充氬時，開始流量為20-30L/min，在氬弧焊施焊開始后，充氬流量應(yīng)保持在8-10L/min。確認(rèn)充滿后，再進(jìn)行氬弧焊打底。在氬弧焊打底過程中，應(yīng)經(jīng)常檢查氣室中氬氣的充滿程度，隨時調(diào)節(jié)充氬流量。氬弧焊施焊臨近結(jié)束時，即氬弧焊封口前，由于氣室氬氣均從此口沖出，因此，需及時減小充氬氬氣流量，具體流量在實際施工中進(jìn)行調(diào)節(jié)。

步驟S3、對焊口位置進(jìn)行連續(xù)氬弧焊接。

氬弧焊接首先進(jìn)行打底焊接，然后進(jìn)行多層焊縫焊接，至少有三層焊縫?，F(xiàn)有技術(shù)中，大口徑管打底以及各層焊縫焊接都是采用手動焊接，焊槍和焊口的距離不易保持，因此焊縫外觀不整潔，一致性較差，另外人工手持焊槍，焊槍也容易與管道發(fā)生誤碰，損傷管道表面。

為了解決此問題，在打底焊接和多層焊縫焊接均采用焊槍自動控制焊接，打底焊接時，通過機(jī)械臂固定焊槍，然后控制機(jī)械臂以一定的速度靠近管道，在靠近過程中，通過傳感器實時檢測焊槍鎢極末端與大口徑管焊口位置的距離以及焊槍的速度，控制焊槍以速度y靠近大口徑管的焊口位置，參照圖2所示，靠近過程中，焊槍的移動速度y為：

其中a、k、t₁-t₃為常數(shù)，t₄為焊槍與大口徑管的距離為L時的時刻，Δt為焊槍減速的時間；

這里，0-t₁為初步啟動階段，t₁-t₂為勻加速階段，t₂-t₃為緩慢加速階段，t₃-t₄為勻速階段，t₄+Δt為減速階段。在初步啟動階段焊槍速度從0開始緩慢增加，關(guān)系函數(shù)為y＝ax²，然后勻加速階段，斜率為k，接著經(jīng)緩慢加速階段直至速度達(dá)到穩(wěn)定，整個加速過程中，t₁時刻下焊槍速度為at₁²，t₂時刻下，焊槍速度為k(t₂-t₁)+at₁²，設(shè)定該值為m，最后t₃時刻焊槍速度穩(wěn)定下來后，速度為k(t₂-t₁)+2at₁²，設(shè)定該值為n。上述加速過程中，t₁-t₃以及a、k為設(shè)定的常數(shù)，t₁-t₃一般不宜設(shè)置過小，否則最終的穩(wěn)定速度n比較小，浪費(fèi)時間，如果t₁-t₃設(shè)置時間較大，最終的穩(wěn)定速度n比較大，起到一方面也比較浪費(fèi)時間，另一方面在減速階段中，緩沖距離不夠。作為一種合適的時間設(shè)置，t₁＝0.3s、t₂＝0.5s，t₃＝0.8s。具體參數(shù)設(shè)置可根據(jù)實際需求進(jìn)行調(diào)試。

在勻速階段，焊槍的保持速度為n，實時檢測到的距離逐漸減小，控制系統(tǒng)設(shè)置有一個預(yù)算值距離L，當(dāng)焊槍與大口徑管的距離為L時開始減速，Δt為設(shè)置的減速時間，一般可設(shè)置為0.4s，減速過程也是個漸變過程，不能劇停。

如果L和Δt均為定值，但是考慮到如果速度n較大而Δt較小的情況下，焊槍減速時間不夠，容易產(chǎn)生抖動。為此作為一種優(yōu)選實施方式，L和Δt可以根據(jù)速度n自適應(yīng)調(diào)整。具體的，設(shè)置默認(rèn)值：基準(zhǔn)距離基準(zhǔn)速度以及基準(zhǔn)減速時間則如果那么否則如果那么則否則其中b、c為調(diào)整系數(shù)。距離L與速度n和檢減速時間Δt成反比，另外，限制減速時間最大值，避免減速時間過長導(dǎo)致減速距離過大，焊槍與焊口位置發(fā)生碰撞。

當(dāng)焊槍從啟動到靠近大口徑管最后停止后，可以控制焊槍距離微調(diào)，使得焊槍與大口徑管的距離等于L₀，最后焊槍繞著大口徑管焊口位置圓周運(yùn)動并進(jìn)行打底焊接。對于特殊情況，比如有阻擋物或者大口徑管下方的焊接空間不足時，可以轉(zhuǎn)動大口徑管進(jìn)行分段焊接成型。然后進(jìn)行三層焊縫焊接，也采用自動方式焊接。

作為一種優(yōu)選實施方式，為了避免出現(xiàn)故障時或者減速距離過長使得焊槍與大口徑管發(fā)生意外碰撞，當(dāng)檢測到的距離小于極限距離d時，直接控制焊槍停止，同時立即關(guān)閉電源。

本過程中，焊接包括打底焊接以及之后的三層焊縫焊接，焊接時采用盤型焊絲焊接。在焊接過程中，鎢級氬弧焊打底及焊條填充第一、二層焊縫時，為防止焊縫根部氧化，焊縫背部須進(jìn)行充氬保護(hù)，焊接時采用小規(guī)范多層多道焊接。焊口在施焊前應(yīng)按規(guī)定要求進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱方法采用電加熱方式，氬弧焊打底時，預(yù)熱溫度為220℃。引弧時應(yīng)提前輸送氬氣，排除氬氣輸送皮管內(nèi)及焊口處的空氣；熄弧后，應(yīng)適當(dāng)延時送氣(保護(hù)尚未冷卻的鎢極及溶池)，降低焊縫表面氧化程度。鎢級氬弧焊打底過程中，仔細(xì)檢查根部焊縫，確保無根部可見缺陷，打底完成后按工藝要求升溫，并立即進(jìn)行次層焊接；氬弧焊打底的焊層厚度2.8-3.2mm。經(jīng)肉眼或放大鏡檢查確認(rèn)無裂紋等缺陷后，方可繼續(xù)進(jìn)行焊接。層間焊及蓋面焊時，預(yù)熱溫度升溫至200-300℃后進(jìn)行焊接施焊過程中應(yīng)始終保持層間溫度為200-300℃，應(yīng)嚴(yán)格控制線能量，一般在20KJ/cm范圍之內(nèi)。單層焊道的厚度不大于所用焊條直徑，盡可能采用細(xì)條窄道焊；擺動焊寬度不大于所用焊條直徑的3倍；多層多道焊接頭應(yīng)錯開10-15mm，同時注意盡量焊得平滑，便于清渣和避免出現(xiàn)“死角”。對于管壁＞70mm的管道,當(dāng)焊至20-25mm時，應(yīng)停止焊接，立即進(jìn)行后熱處理，然后做“RT”或“UT”探傷檢驗，確認(rèn)合格后，再按照規(guī)定程序焊接。

焊口應(yīng)連續(xù)完成，若被迫中斷時，應(yīng)采取“后熱、緩冷、保溫”等措施；在中斷過程中，一直保持300-350℃的溫度，直至重新開始焊接，以防產(chǎn)生裂紋等缺陷；再焊時，應(yīng)仔細(xì)檢查并確認(rèn)無裂紋后，方可按照工藝要求繼續(xù)施焊。施焊中，注意接頭和收弧的質(zhì)量，收弧時應(yīng)將熔池填滿，避免出現(xiàn)弧坑；蓋面層焊接時，至少三層焊縫，中間以有“退火焊道”為宜，以利于改善金屬組織和性能。

步驟S4、焊接完成后先冷卻，再進(jìn)行高溫回火熱處理。

焊縫完成焊接后，先冷卻到100-80℃，恒溫2小時，再進(jìn)行高溫回火熱處理；如不能立即進(jìn)行熱處理時，應(yīng)做350℃、恒溫2小時的后熱處理；當(dāng)焊接過程中或熱處理過程中發(fā)生異常情況斷電時，需立即對焊縫進(jìn)行消氫處理。熱處理升、降溫速度按250×25/壁厚℃/h計算，但應(yīng)<150℃/h；熱處理恒溫溫度為750-770℃，恒溫時間按每25mm厚1h計算，但不得少于4小時；降溫到300℃時，可以不控溫，保溫材料不拆除，自然冷卻。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。