导管架TKY单面焊工艺评定缺陷分析及控制措施

关键词：导管架；TKY节点；焊接缺陷

1. 概述

在海洋油田开采方面，海洋平台是目前开采海底石油常用设备，而导管架由于结构简单，价格相对低廉，常用于搭载固定式平台，是海洋工程中重要设备。导管架在制造中，大量使用TKY接头。由于管径限制以及从安全的角度考虑，焊工应避免在狭小的支管内施焊，这使得TKY单面焊的焊接接头在导管架实际建造中大量使用。因此TKY的单面焊焊接工艺评定在导管架制造中十分重要。

一个支管管径为610mm、厚度为38.1mm的TKY试验件（见图1）需1~2t的钢材。需要经过下料、卷管、装配、焊接等工序，整个过程约需要半个月。可

见TKY焊接试验需要大量的人力、物力和时间成本。因此，TKY焊接工艺评定的一次性成功，对企业生产具有十分重要的意义。TKY接头并不是平直的接

头，而是曲线形全位置接头，需要多层多道焊接。试验件的装配和焊工的操作对TKY接头的质量有很大的影响。

2. TKY焊接工艺评定缺陷分析

根据多个项目TKY焊接工艺评定问题总结，TKY焊接工艺评定常见的缺陷有焊接裂纹、焊接气孔和未焊透3种。

（1）焊接裂纹

根据现场的经验，焊接裂纹最容易产生于焊缝根部。导管架TKY焊缝一般采用焊条打底，药芯焊丝CO2气体保护焊填充和盖面。焊接裂纹最易产生于焊条打底焊道，主要原因包括：①焊条由焊芯和药皮组成，药皮中主要由矿物粉组成，这些矿物粉含有一定的硫磷杂质，在焊接过程中进入焊接熔池，产生低熔点共晶组织，熔池在冷却过程中收到拉应力的作用下，萌生裂纹。②当预热温度不够时，由于TKY的板厚较厚，焊缝热量散失较快，熔池中的焊缝金属冷却速度较高，容易产生脆硬的马氏体组织，在拉应力的作用下，容易产生冷裂纹。此外，在气动角磨机打磨根部焊道时，隔夜的压缩空气分气包中含有大量的液态水，若不事先放掉水汽，在打磨焊道时，水汽喷洒在焊道上，焊道温度降低过快，容易产生裂纹。③导管架的制造场地大都在沿海地区，空气湿度相对较大，钢材表面水汽重。若没能及时有效去除试验件的水汽，焊缝中的扩散氢含量会较高，焊缝容易产生氢致裂纹。④在焊条打底后，没有及时填充，夜间因温度降低，根部焊缝在拉应力的作用下开裂。

（2）焊接气孔

焊接气孔在焊接缺陷中的危害程度相对较低，但是在TKY焊接试验件中，某些位置却容易出现。A 点是TKY接头小角度区域，在这个区域，间隙小，而焊枪的气体保护罩直径为20mm，在实际的焊接过程中，焊枪容易被卡在坡口中，焊丝干伸长过长，气体保护效果差。而更换直径为10mm的气体保护罩（见图2），仍难以有效降低干伸长。而使用小直径气体保护罩时，熔池受气体保护的范围较小，保护效果不理想。此外这个位置气动角磨机的砂轮片边缘难以磨掉有缺陷的焊缝。

（3）未焊透

在TKY焊接试验中，未焊透在图2 A 点的位置容易出现，尤其是当装配间隙

＜4mm时，因为生产中焊条的焊芯一般在3.2mm加上药皮，直径约在5.05~5.25mm。焊条打底时，焊条端部难以抵达焊缝间隙根部。仰焊位置在打底焊接过程中，熔滴在重力的作用下，导致焊缝根部出现未熔合，因此 A 点位置非常容易产生未焊透。

3. 控制措施

（1）焊接裂纹

第一，焊前预热：焊接预热温度有一个范围，液化气火焰加热温度实际温度要适当高于最低预热温度，防止停止加热后，远离熔池的坡口因散热使得温度低于最低预热温度。加热的过程同时能降低坡口金属的水分，降低冷裂纹的产生。

第二，根部打磨：根部打底完成需用敲渣锤敲渣，然后用气动角磨机打磨根部焊道至金属光泽，降低因敲渣不彻底产生的夹渣等缺陷，防止夹渣处萌生裂纹。用气动角磨机打磨，压缩空气中含有水分，空气经压缩后，易在压缩空气分气包中析出液态水，这些液态水会随着压缩空气喷洒的焊道上。因此，打磨之前务必放掉压缩空气分气包中的水，防止打磨的时候水汽给根部焊缝快速降温，而产生脆硬的马氏体组织，萌生裂纹。当根部焊道打底完成，经敲渣打磨后，要及时填充4~6道，防止温度降低，根部焊道在拉应力作用下起裂。

（2）焊接气孔

焊接气孔在TKY中主要存在于小角度的A 点，这是由于坡口角度过小，焊丝干伸长过长，熔池受保护气体保护效果差。虽然 A 点支管的角度是30°，但是坡口的角度＜30°， A 点的坡口深而窄。在焊接时，保护罩端部难以抵达深入坡口底部，导致焊丝干伸长过长，气体保护效果差，焊接时极易出现气孔。因此根本的解决办法是适当增加坡口角度（非支管角度），并且焊枪使用小直径保护罩焊接。

（3）未焊透

在TKY中最易出现未焊透的位置是在仰焊的A 点，坡口根部间隙较小，焊条端部离坡口底部间隙过大，在仰焊时，熔滴难以穿透抵达坡口端部，产生未焊透。因此解决的办法有两种：一是用细直径的焊条，二是重新组对，增加坡口底部的间隙。而在实际生产中，细直径焊条焊接效率低，临时更换细直径焊条，导致实际生产也需要按要求使用细直径焊条，易造成现场实际生产时焊材的管理混乱。因此不建议更换细直径焊条。重新组对，适当增加支管的坡口角度和根部间隙，是解决未焊透的根本解决方法。

4. 结语

在导管架TKY单面焊焊接工艺评定中，根部裂纹可通过预热、打磨和及时填充来有效降低裂纹的萌生；而焊接气孔和未焊透主要是通过适当增加坡口角度和使用小直径气体保护罩来降低该缺陷的产生。通过以上控制措施，可以有效提高工艺评定的合格率。

参考 献：

[1] 钱保义.TKY节点焊接的研究应用[J].金属加工（热加工），2014（14）：77-78，81.

[2] 张 钺.焊接冶金学基本原理[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3] 陈祝年.焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2002.