0、前言

近年来，节能减排成为电力行业发展方向，电站的装机容量不断提高，大口径厚壁管道越来越多，对于大管径厚壁管(壁厚≥60mm)焊接，我厂主要采用三种坡口形式：DL/T869标准中推荐的坡口形式如图1所示，如国外某标准焊接的项目则采用图2所示的坡口形式，如涉及到国内某锅炉厂相关项目的焊接则采用图3所示的坡口形式。以材质为12Cr1MoV，规格为￠610×100的管子为例，当采用图1所示坡口尺寸，则需要填充的熔敷金属量需要35.28Kg，采用如图2所示的坡口形式则需要43.58Kg，采用图3的坡口形式则需要35.75Kg，由此可见，同样的焊口可以采用不同的坡口型式，所以如果能够适当减小坡口尺寸，则会相应节约焊材，提高生产效率。

我们知道焊缝开坡口的目的是：(1)使热源伸入根部，保证焊缝的透度;(2)可降低热规范，减小热影响区;(3)减少焊件的变型。对于(2)、(3)两点，在开坡口的前题下，坡口越窄越有利实现，困难的是第(1)点如何实现。所以实际生产中使用较小的坡口宽度还存在以下问题需要解决：⑴实现小间隙坡口形式焊接的焊接设备。⑵选择与设备、所焊管材相匹配的焊材及合理的焊接规范参数，以确保焊缝的焊接质量。⑶设计合理的焊缝坡口形式及焊接过程中焊道的排列形式。

本文将通过对焊缝坡口设计，打底焊的特殊改变，以及相匹配的焊接工艺参数的优化，来实现对厚壁管材的焊接，在严格保证焊接接头焊接质量的基础上，以节约成本，提高生产效率。

在当前进行小坡口焊接的常用方案有以下几种：

方案一：应用标准窄间隙自动埋弧焊设备，改变坡口型式解决问题。这个方案要做的主要事情就是采购设备，此方案的优点在于：技术相对成熟，已有几十年的实际应用，可直接用埋弧焊一种方法焊接，可实现1-2°的小角度坡口焊接，填充量相对最小，并可实现双丝焊以提高效率。这个思路的缺点在于：单机成本过高，对坡口精度要求非常高。

方案二：利用现有的埋弧焊设备进行改造以适应相对目前的坡口窄小的坡口。即相对窄间焊。使现在的埋弧焊设备焊接更窄小的坡口，主要解决的问题就是打底焊。

根据我厂的实际情况，及产品的性价比考虑选择方案二进行试验研究，即采用相对窄间隙焊接坡口技术。

1、手工TIG焊枪的研究

现在我们使用的打底方法是手工TIG焊，现用的手工TIG焊枪尺寸决定了坡口的最基本宽度，由此要想缩小坡口宽度就要适当改变TIG焊枪型式和尺寸，与焊枪厂家协商制造细长的特型TIG焊枪，以适应相对窄小的坡口。为此研究人员与国内氩弧焊枪制造厂家进行了沟通，提出了基本的焊枪基本要求如下：

1)能够适应逆变式弧焊机ZX-400型。

2)采用气冷式焊枪。

3)焊枪能够承受焊接电流为180-200A时，连续焊接4小时以上的。

4)蛇形焊枪可调变任何角度，或笔式0°焊枪，适宜厚壁管道窄间隙手工氩弧焊打底焊接。

5)瓷嘴前端外径尺寸小于8mm，且磁嘴长度及导流架尺寸能够满足厚壁T≤120mm的手工氩弧焊封底焊接。

经过试验研究最终确认用蛇形焊枪，同时考虑氩气流量问题将瓷嘴前端外径尺寸改为10mm，内径不小于6mm;笔式焊枪的电流参数等达不到要求。跟据此焊枪的尺寸研究人员最后确定了最小坡口宽度尺寸。

改变坡口形式焊接试验方案

本试验将根据不同壁厚设计了不同的坡口形式。坡口形式尺寸设计过程中，主要考虑了以下几点因素：①手工钨极氩弧焊打底过程中的可操作性。②焊条电弧焊和埋弧焊填充过程中的可操作性及侧壁熔合性问题。根据以上两点，并结合新手工TIG焊枪的尺寸，研究人员初步拟定了试验坡口形式如下：

本试验设计了不同的坡口形式，壁厚较大管材焊接(壁厚大于60mm)设计采用改良综合型坡口和U型两种形式，设计底部角度较大，以便于焊接操作且提高打底焊质量，坡口上部采用3°坡口角度，减少焊材用量，两种坡口形式如图6和图7所示。在上述实际焊接过程中，前四层均为单层单道焊接，后续则均采用单层双道焊接，焊道排列如图5所示。

根据上述情况，本实验对不同壁厚不同材质进行了管管对接实验。具体实验见表1。

对上述试验我们主要研究了其不同焊口的焊接可操做性，焊材用量问题，为进一步研究提供了大量可靠的数据及焊接经验。

2、实验结果

试验1中焊工进行手工焊操做没有问题，但进行埋弧焊时控制难度较大，对试验焊口进行RT和UT检验，结果表明焊接质量符合检验要求;试验2的焊口UT检验过程中发现焊缝手工焊操做部位存在多种类型缺陷，焊口焊接质量不合格，分析认为根部坡口形式不利于手工焊接操作，最终导致了焊接的失败。试验3与试验4所用试件管材规格厚度相似，但材质差别较大，因此焊接性不同，其均采用相同坡口形式图8，焊后UT和RT检验结果表明，其焊缝质量均达到合格要求，但是对于更大壁厚的焊口焊接根部焊条摆动操作时有障碍。在上述焊接实践的基础上，本实验对焊接坡口形式适当改进，改进为图9形式，根部焊接操做性明显改善。

3、改进后的焊接接头性能试验

严格按照DL/T868-2004焊接工艺评定的要求，对四种不同材质厚壁管材进行焊接工艺评定，以便对焊接工艺的可靠性进行验证，工艺评定结果表明，所有试验结果均符合标准要求。性能试验详见表2。

4、几种坡口形式焊材熔敷金属量对比

对上述焊接试验及工艺评定试验进行归纳分析可以看出，采用图8坡口尺寸相对通常采用减少了焊材填充量，提高了焊接工作效率，表2为上述焊接试验及评定所采用的坡口形式与其它坡口形式的对比，从表中可以看出，试验坡口与其他标准坡口形式相比理论焊材用量均有不同程度减少，相应提高了焊接的效率，节约了生产成本，与国外坡口形式相比其焊材填充量减少最为明显，其次是国内锅炉厂坡口形式，同时随着所焊接管子的壁厚的逐步增大，其焊材的节约量也依次增大，说明采用试验的坡口形式，对大壁厚管子焊接意义更为重大。

评定合格后，我厂在芜湖项目1#、2#机组的主蒸汽管系中使用了该坡口形式，实示效果如下：焊材用量改进前后比较，节约焊材近500千克，RT检验合格率达到98%以上，以每Kg焊条200元计算，仅以焊材使用量一项就节省费用约10万元;ID ID425×81 /SA-335 P92平均一道焊口节省2个工日(每工日8小时计)。同时本坡口形式也可用于施工现场的手工焊接，超超临界机组主蒸汽管道现场一道焊口能提前一天完成，对于现场安装进度的有益影响显而易见。

5、结论

由以上的实验的对比分析，可以看出：

5.1 对于大口径厚壁管道采用改进型的坡口形式，加工难度小，且与其它常规的坡口形式相比可以节省大量焊材，降低焊口相应则会大幅提高生产效率，提高企业的市场竞争力。

5.2 严格按照DL/T868-2004标准进行焊接工艺评定，结果表明大口径厚壁管采用改进的坡口形式进行焊接，焊接工艺是可靠、可行的，为实际生产提供了工艺保证和理论基础。