一种提高海洋立管5G全位置焊接质量的焊接方法及其产品

一种提高海洋立管5g全位置焊接质量的焊接方法及其产品
技术领域
1.本发明属于焊接技术领域，更具体地，涉及一种提高海洋立管5g全位置焊接质量的焊接方法及其产品。


背景技术：

2.钢悬链线立管自1994年在墨西哥湾首次应用于张力腿平台以来，以其较强的耐高温高压性能、相对简单的制造工艺和较低的成本等优点获得了深水开发的青睐。随着水深的增加和立管长度的增长，海洋环境更加恶劣，水下产生的涡激震荡会导致与水流和圆柱体轴线方向互相垂直处产生剧烈震动。同时，钢悬链立管通过接头与平台连接时也会成倍加大交变载荷的作用，长期处于这种状态的立管会由于运作时间较频繁致使寿命缩短，进而造成焊接接头处疲劳破坏。因此，较高的焊接接头质量是海洋立管安全服役的前提条件。
3.目前，国内主要的铺管船hysy201、hysy202和蓝疆号上的作业线，所配备的全自动焊系统，均为serimax生产的sturnax 05系统，其焊接核心技术一直保密，依赖厂商的焊接技术支持。现有技术在海洋立管的5g全位置焊接条件下，仰焊状态下电弧不稳定极易造成未熔合缺陷，很大程度上限制了海洋立管接头质量的提高。


技术实现要素：

4.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种提高海洋立管5g全位置焊接质量的焊接方法及其产品，旨在解决现有的焊接技术在仰焊状态下电弧不稳定极易造成未熔合缺陷的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种提高海洋立管5g全位置焊接质量的焊接方法，该焊接方法具体为：采用一元化焊接模式对海洋立管5g全位置进行焊接，并在仰焊位置通过降低预设电压或降低预设电感的方式提高电弧的指向性和稳定性，同时通过在仰焊位置增加电弧摆动宽度以消除未熔合缺陷。
6.作为进一步优选地，所述仰焊位置为仰焊转角为120
°
～180
°
处。
7.作为进一步优选的，降低0.5v～2v的电压以降低电弧弧长。
8.作为进一步优选地，降低0.5h～1h的电感以提高电弧挺度。
9.作为进一步优选地，增加0.2mm～0.6mm的电弧摆动宽度以消除未熔合缺陷。
10.作为进一步优选地，采用机器人或轨道小车实现全自动焊接。
11.作为进一步优选地，所述海洋立管的尺寸为6寸～18寸。
12.作为进一步优选地，所述海洋立管的壁厚为19mm～32mm。
13.作为进一步优选地，所述海洋立管的坡口形式为u形。
14.按照本发明的另一方面，提供了利用上述方法制备的海洋立管。
15.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
16.1.本发明创造性地将适用于平焊的一元化焊接模式应用于海洋立管焊接中，无需
进行复杂的电流、电压与送丝速度的匹配，有效简化了海洋立管5g全位置焊接的工艺过程，同时考虑到利用一元化焊接模式对海洋立管进行焊接时存在稳定性较差的问题，本发明提出在仰焊位置一方面通过降低电压或电感提高电弧稳定性，另一方面通过增大电弧摆动宽度有效消除未熔合缺陷，进而有效提高海洋立管5g全位置焊接的焊接质量；
17.2.尤其是，考虑到由于液态熔池重力原因导致熔池形状不可控，仰焊转角120
°
～180
°
处容易出现电弧不稳定和未熔合缺陷，故本发明对仰焊位置的具体角度进行优化，能够进一步提高海洋立管5g全位置焊接的焊接质量和焊接效率；
18.3.同时，本发明对降低的电压、电感以及增加的电弧摆动宽度进行优化，能够避免未熔合缺陷并保证焊接安全性。
附图说明
19.图1是本发明实施例1提供的海洋立管焊接rt图；
20.图2是本发明实施例2提供的海洋立管焊接rt图；
21.图3是本发明对比例1提供的海洋立管焊接实物图。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.按照本发明的一方面，提供了一种提高海洋立管5g全位置焊接质量的焊接方法，该焊接方法具体为：采用一元化焊接模式对海洋立管5g全位置进行焊接，考虑到一元化焊接模式下，针对海洋立管u形坡口多层单道焊接，仰焊位置由于液态熔池重力原因导致熔池形状不可控，容易出现未熔合缺陷，故一方面可以在仰焊位置通过降低预设电压或降低预设电感的方式提高电弧的指向性和稳定性，另一方面可以通过在仰焊位置增加电弧摆动宽度促进液态金属横向扩散，以消除未熔合缺陷。
24.进一步，易出现电弧不稳定和未熔合缺陷的位置为仰焊转角120
°
～180
°
处，即4点钟至6点钟位置，在以上仰焊位置处，由于液态熔池重力原因导致熔池形状不可控，容易出现未熔合缺陷，因此对该位置进行电压修正或电感修正，同时加大电弧摆动宽度，能够获得焊接过程稳定、无未熔合缺陷的优质海洋立管接头。
25.进一步，由于熔池受重力、表面张力、电弧吹力等一些列复杂力的作用，电弧在不同的焊接位置表现为不同的焊接性。其中，表面张力和电弧吹力是阻碍熔池向下流淌的力，能够对熔池起到支撑作用，特别是电弧吹力能够熔池金属由中间向两边横向流动。但是，当电弧处于仰焊位置时，重力对焊缝成形的影响程度是最大的，此时熔池金属向下流淌的速度加快，特别是熔池金属流向电弧前方时，电弧受干扰导致稳定性降低。
26.电弧电压是影响焊接过程稳定性的重要参数。在仰焊位置处降低电弧电压可以使电弧弧长变短，在熔滴形成较小尺寸时即可与熔池发生短路过渡，从而可以避免电弧发生飘移，从而保证了电弧的稳定性。另一方面，电感也是影响电弧稳定性的重要因素之一。在仰焊位置处降低电感可以增加熔滴短路过渡的频率，从而提高电弧的挺度，抑制电弧发生飘移时大颗粒飞溅的产生。无论是降低电弧电压还是电感，均能够实现电弧推力的增强，从
而使得熔池金属横向流动速度增加，配合以大的电弧摆动速度，即可有效消除未熔合缺陷。
27.但是，过低的电弧电压会使焊缝呈现为狭窄的圆拱状而诱发未熔合；过低的电感会使短路电流增长过快，熔滴过渡时容易发生爆炸；过大的电弧摆动宽度容易导致导电嘴与侧壁接触发生侧壁起弧现象，导致上壁出现咬边。因此，本发明针对仰焊位置处优化的电压修正为降低0.5～2v，优化的电感修正为降低0.5～1h，优化的摆动宽度为较其它位置处增加0.2～0.6mm，从而能够有效提高电弧稳定性并消除未熔合缺陷。
28.进一步，采用机器人或轨道小车实现全自动焊接。
29.进一步，海洋立管的尺寸为6寸～18寸，海洋立管的壁厚为19mm～32mm，海洋立管的坡口形式为u形。
30.按照本发明的另一方面，提供了利用上述方法制备的海洋立管，该海洋立管无未熔合缺陷，具有较高的质量。
31.下面根据具体实施例对本发明提供的技术方案作进一步说明。
32.实施例1
33.本实施例待焊材料为尺寸12寸、材质x65的海洋立管，所采用的焊接工艺为cmt打底焊接+gmaw填充焊接。填充焊接中0
°
～120
°
采用送丝速度9.5m/min，焊接速度470mm/min；120
°
～180
°
采用送丝速度8.5m/min，焊接速度430mm/min，填充层在120
°
～180
°
通过电压修正将电弧电压降低1.5v，或者通过电感修正将电感降低0.8h。焊接过程中电弧稳定性增强，电弧被侧壁吸引的现象消失，焊道成形趋于正常，但rt结果显示在120
°
～180
°
存在断续未熔合缺陷，如图1所示。
34.实施例2
35.本实施例待焊材料与实施例1一致，不同位置处的送丝速度、焊接速度、电压修正或电感修正等焊接参数也与实施例1一致。不同的是，填充层在120
°
～180
°
的电弧摆动宽度较0
°
～120
°
增加0.4mm。焊接过程中电弧稳定，焊道成形美观，rt检测未发现未熔合缺陷,，如图2所示。
36.对比例1
37.本实施例待焊材料为尺寸12寸、材质x65的海洋立管，所采用的焊接工艺为cmt打底焊接+gmaw填充焊接。填充焊接中0
°
～120
°
采用送丝速度9.5m/min，焊接速度470mm/min；120
°
～180
°
采用送丝速度8.5m/min，焊接速度430mm/min，电压和电感采用一元化模式中的设定不进行修正，每一个填充层中电弧摆动宽度在0
°
～120
°
和120
°
～180
°
保持一致。
38.当焊接到120
°
时，焊接电弧开始发散并飘忽不定，电弧指向性差，特别是在焊接到165
°
～180
°
时，电弧容易被侧壁吸引，焊道也偏向一侧，如图3所示。
39.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种提高海洋立管5g全位置焊接质量的焊接方法，其特征在于，该焊接方法具体为：采用一元化焊接模式对海洋立管5g全位置进行焊接，并在仰焊位置通过降低预设电压或降低预设电感的方式提高电弧的指向性和稳定性，同时通过在仰焊位置增加电弧摆动宽度以消除未熔合缺陷。2.如权利要求1所述的提高海洋立管5g全位置焊接质量的焊接方法，其特征在于，所述仰焊位置为仰焊转角为120
°
～180
°
处。3.如权利要求1所述的提高海洋立管5g全位置焊接质量的焊接方法，其特征在于，降低0.5v～2v的电压以降低电弧弧长。4.如权利要求1所述的提高海洋立管5g全位置焊接质量的焊接方法，其特征在于，降低0.5h～1h的电感以提高电弧挺度。5.如权利要求1所述的提高海洋立管5g全位置焊接质量的焊接方法，其特征在于，增加0.2mm～0.6mm的电弧摆动宽度以消除未熔合缺陷。6.如权利要求1所述的提高海洋立管5g全位置焊接质量的焊接方法，其特征在于，采用机器人或轨道小车实现全自动焊接。7.如权利要求1所述的提高海洋立管5g全位置焊接质量的焊接方法，其特征在于，所述海洋立管的尺寸为6寸～18寸。8.如权利要求1所述的提高海洋立管5g全位置焊接质量的焊接方法，其特征在于，所述海洋立管的壁厚为19mm～32mm。9.如权利要求1所述的提高海洋立管5g全位置焊接质量的焊接方法，其特征在于，所述海洋立管的坡口形式为u形。10.一种利用如权利要求1～9任一项所述方法制备的海洋立管。

技术总结
本发明提供了一种提高海洋立管5G全位置焊接质量的焊接方法及其产品，属于焊接技术领域，该焊接方法具体为：采用一元化焊接模式对海洋立管5G全位置进行焊接，并在仰焊位置通过降低预设电压或降低预设电感的方式提高电弧的指向性和稳定性，同时通过在仰焊位置增加电弧摆动宽度以消除未熔合缺陷。本发明将适用于平焊的一元化焊接模式应用于海洋立管焊接中，有效简化了海洋立管5G全位置焊接的工艺过程，同时考虑到利用一元化焊接模式对海洋立管进行焊接时存在稳定性较差的问题，本发明提出在仰焊位置一方面通过降低电压或电感提高电弧稳定性，另一方面通过增大电弧摆动宽度有效消除未熔合缺陷，进而有效提高海洋立管5G全位置焊接的焊接质量。焊接的焊接质量。焊接的焊接质量。


技术研发人员：郝康达 徐连勇 韩永典 赵雷 任文静 荆洪阳
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/10/8