大口径管自动焊接方法技术领域
本发明属于钢管焊接技术领域，尤其涉及一种大口径管自动焊接方法。
背景技术
大口径管用途广泛，国内外大型电站再热热段管道、过热器管道、热电车间主蒸汽
管道等都有所应用。目前在火电建设焊接中，大口径管通常使用手工焊接，手工焊接对焊工
的操作技术要求较高，实时焊工数量不足、焊工技术力量不足、焊工工作经验不足等等人的
因素，会直接影响大口径管道的焊接质量，从而影响整个工程质量安全等问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种大口径管自动焊接方法，旨在解决现
有大口径管的焊接工艺无法保证焊接质量的技术问题。
所述大口径管自动焊接方法包括下述步骤：
将大口径管进行对口，并在焊口位置使用夹模固定；
管内充氩气保护；
对焊口位置进行连续氩弧焊接；
焊接完成后先冷却，再进行高温回火热处理；
其中所述连续氩弧焊接过程如下：
通过实时检测焊枪与焊口位置的距离，控制焊枪靠近大口径管的焊口位置，焊枪
的移动速度y为：
其中a、k、t1-t3为常数，t4为焊枪与大口径管的距离为L时的时刻，Δt为焊枪减速
的时间，0-t1为初步启动阶段，t1-t2为匀加速阶段，t2-t3为缓慢加速阶段，t3-t4为匀速阶
段，t4+Δt为减速阶段；
当焊枪从启动到靠近大口径管最后停止后，控制焊枪距离微调，使得焊枪与大口
径管的距离等于L0；
然后焊枪绕着大口径管焊口位置圆周运动并进行自动打底焊接；
然后进行自动多层焊缝电弧焊。
进一步的，设置默认值基准距离基准速度以及基准减速时间则如果
那么否则如果那么则否则其中b、c
为调整系数，n为匀速阶段的稳定速度，n＝k(t2-t1)+2at12。
进一步的，若大口径管两端均为开口，按大口径管内径规格裁剪铝板及保温棉制
作充氩工具，在对口前将充氩工具放入大口径管内，第二层电弧焊焊接完成后再停止充氩。
进一步的，若大口径管一端或两端口已连接完成，则在对口前，在已连接的一侧管
道内用可溶纸板堵上，另一侧空端可用封盖或铝板、保温棉封上，从端口处进行充氩。
进一步的，充氩前，需要保留一个小排空气口，并将焊口处其余部位用耐高温胶带
全部封上，待充氩一段时间后，在排空气口或者撕开准备焊接的部位，以打火机或小纸片方
法，测试氩气是否充满密封气室，充氩时，开始流量可为20-30L/min，在氩弧焊施焊过程中，
充氩流量应保持在8-10L/min，确认充满后，进行氩弧焊打底，在氩弧焊接前，采用电加热方
式进行预热，热温度为220℃；氩弧焊施焊临近结束时，即氩弧焊封口前，由于气室氩气均从
此口冲出，因此，需及时减小充氩氩气流量。
进一步的，在焊接过程中，焊接动作应连续完成，若被迫中断时，则需一直保持
300-350℃的温度，直至重新开始焊接，以防产生裂纹等缺陷；再焊时，应仔细检查并确认无
裂纹后，方可继续施焊。
进一步的，焊缝完成焊接后，先冷却到100-80℃，恒温2小时，再进行高温回火热处
理；如不能立即进行热处理时，应做350℃、恒温2小时的后热处理；当焊接过程中或热处理
过程中发生异常情况断电时，需立即对焊缝进行消氢处理。
进一步的，热处理过程的升降温速度按250×25/壁厚℃/h计算，但应<150℃/h；热
处理的恒温温度为750-770℃，恒温时间按每25mm厚1h计算，但不得少于4h；降温到300℃
时，可以不控温，保温材料不拆除，自然冷却。
本发明的有益效果是：本发明采用自动控制焊接，合理控制焊枪靠近大口径管的
移动过程，保证缓慢起步和缓慢降速，避免焊枪大幅振动，并且焊接停止后，如果焊枪距离
焊口位置与预期距离L0存在偏差，可以对焊枪距离进行微调，在焊接过程中，焊枪与焊口的
距离保持不变，保证了焊接的一致性和焊接质量；同时在优选方案中，对充氩过程和焊接过
程进一步进行工艺参数限定，进一步保证了焊接质量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的大口径管自动焊接方法的流程图；
图2是焊枪的移动速度与时间的关系图。
具体实施方式
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。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
如图1所示，本实施例提供的大口径管自动焊接方法包括下述步骤：
步骤S1、将大口径管进行对口，并在焊口位置使用夹模固定。
本步骤首先对大口径管进行对口，然后在焊口位置采用夹模来固定焊口，但在弯
头、三通等夹模比较难以适用的位置必需使用塞块。自动焊接到塞块位置时，需停下来，并
对塞块进行清除和打磨工作。
步骤S2、管内充氩气保护。
充氮有两种情况：
若管道两端均为开口，按则按大口径管的内径规格裁剪铝板及保温棉制作充氩工
具，在对口前将充氩工具放入管道内，第二层电弧焊焊接完成后再停止充氩，为防止管壁温
度突然下降，此时堵板还不能立即拉出。由于气室温度较高，因此，每次充氩前须检查堵板
的密封程度，对不能起到密封作用的堵板应及时更换。
若管道一端或两端口已连接完成，则在对口前，在已连接的一侧管道内须用可溶
纸板堵上，另一侧空端可用封盖或铝板、保温棉封上，从端口处进行充氩。可溶纸板应离焊
口中心有一定距离，以防焊接过程中纸板被烧损。
另外，在充氩前，需要保留一个小排空气口，将焊口处其余部位用耐高温胶带全部
封上，待充氩一段时间后，在排空气口或者撕开准备焊接的部位，以打火机或小纸片等方
法，测试氩气是否充满密封气室，充氩时，开始流量为20-30L/min，在氩弧焊施焊开始后，充
氩流量应保持在8-10L/min。确认充满后，再进行氩弧焊打底。在氩弧焊打底过程中，应经常
检查气室中氩气的充满程度，随时调节充氩流量。氩弧焊施焊临近结束时，即氩弧焊封口
前，由于气室氩气均从此口冲出，因此，需及时减小充氩氩气流量，具体流量在实际施工中
进行调节。
步骤S3、对焊口位置进行连续氩弧焊接。
氩弧焊接首先进行打底焊接，然后进行多层焊缝焊接，至少有三层焊缝。现有技术
中，大口径管打底以及各层焊缝焊接都是采用手动焊接，焊枪和焊口的距离不易保持，因此
焊缝外观不整洁，一致性较差，另外人工手持焊枪，焊枪也容易与管道发生误碰，损伤管道
表面。
为了解决此问题，在打底焊接和多层焊缝焊接均采用焊枪自动控制焊接，打底焊
接时，通过机械臂固定焊枪，然后控制机械臂以一定的速度靠近管道，在靠近过程中，通过
传感器实时检测焊枪钨极末端与大口径管焊口位置的距离以及焊枪的速度，控制焊枪以速
度y靠近大口径管的焊口位置，参照图2所示，靠近过程中，焊枪的移动速度y为：
其中a、k、t1-t3为常数，t4为焊枪与大口径管的距离为L时的时刻，Δt为焊枪减速
的时间；
这里，0-t1为初步启动阶段，t1-t2为匀加速阶段，t2-t3为缓慢加速阶段，t3-t4为匀
速阶段，t4+Δt为减速阶段。在初步启动阶段焊枪速度从0开始缓慢增加，关系函数为y＝
ax2，然后匀加速阶段，斜率为k，接着经缓慢加速阶段直至速度达到稳定，整个加速过程中，
t1时刻下焊枪速度为at12，t2时刻下，焊枪速度为k(t2-t1)+at12，设定该值为m，最后t3时刻焊
枪速度稳定下来后，速度为k(t2-t1)+2at12，设定该值为n。上述加速过程中，t1-t3以及a、k为
设定的常数，t1-t3一般不宜设置过小，否则最终的稳定速度n比较小，浪费时间，如果t1-t3
设置时间较大，最终的稳定速度n比较大，起到一方面也比较浪费时间，另一方面在减速阶
段中，缓冲距离不够。作为一种合适的时间设置，t1＝0.3s、t2＝0.5s，t3＝0.8s。具体参数设
置可根据实际需求进行调试。
在匀速阶段，焊枪的保持速度为n，实时检测到的距离逐渐减小，控制系统设置有
一个预算值距离L，当焊枪与大口径管的距离为L时开始减速，Δt为设置的减速时间，一般
可设置为0.4s，减速过程也是个渐变过程，不能剧停。
如果L和Δt均为定值，但是考虑到如果速度n较大而Δt较小的情况下，焊枪减速
时间不够，容易产生抖动。为此作为一种优选实施方式，L和Δt可以根据速度n自适应调整。
具体的，设置默认值：基准距离基准速度以及基准减速时间则如果那么
否则如果那么则否则其中b、c为
调整系数。距离L与速度n和检减速时间Δt成反比，另外，限制减速时间最大值，避免减速时
间过长导致减速距离过大，焊枪与焊口位置发生碰撞。
当焊枪从启动到靠近大口径管最后停止后，可以控制焊枪距离微调，使得焊枪与
大口径管的距离等于L0，最后焊枪绕着大口径管焊口位置圆周运动并进行打底焊接。对于
特殊情况，比如有阻挡物或者大口径管下方的焊接空间不足时，可以转动大口径管进行分
段焊接成型。然后进行三层焊缝焊接，也采用自动方式焊接。
作为一种优选实施方式，为了避免出现故障时或者减速距离过长使得焊枪与大口
径管发生意外碰撞，当检测到的距离小于极限距离d时，直接控制焊枪停止，同时立即关闭
电源。
本过程中，焊接包括打底焊接以及之后的三层焊缝焊接，焊接时采用盘型焊丝焊
接。在焊接过程中，钨级氩弧焊打底及焊条填充第一、二层焊缝时，为防止焊缝根部氧化，焊
缝背部须进行充氩保护，焊接时采用小规范多层多道焊接。焊口在施焊前应按规定要求进
行预热。预热方法采用电加热方式，氩弧焊打底时，预热温度为220℃。引弧时应提前输送氩
气，排除氩气输送皮管内及焊口处的空气；熄弧后，应适当延时送气(保护尚未冷却的钨极
及溶池)，降低焊缝表面氧化程度。钨级氩弧焊打底过程中，仔细检查根部焊缝，确保无根部
可见缺陷，打底完成后按工艺要求升温，并立即进行次层焊接；氩弧焊打底的焊层厚度2.8-
3.2mm。经肉眼或放大镜检查确认无裂纹等缺陷后，方可继续进行焊接。层间焊及盖面焊时，
预热温度升温至200-300℃后进行焊接施焊过程中应始终保持层间温度为200-300℃，应严
格控制线能量，一般在20KJ/cm范围之内。单层焊道的厚度不大于所用焊条直径，尽可能采
用细条窄道焊；摆动焊宽度不大于所用焊条直径的3倍；多层多道焊接头应错开10-15mm，同
时注意尽量焊得平滑，便于清渣和避免出现“死角”。对于管壁＞70mm的管道,当焊至20-
25mm时，应停止焊接，立即进行后热处理，然后做“RT”或“UT”探伤检验，确认合格后，再按照
规定程序焊接。
焊口应连续完成，若被迫中断时，应采取“后热、缓冷、保温”等措施；在中断过程
中，一直保持300-350℃的温度，直至重新开始焊接，以防产生裂纹等缺陷；再焊时，应仔细
检查并确认无裂纹后，方可按照工艺要求继续施焊。施焊中，注意接头和收弧的质量，收弧
时应将熔池填满，避免出现弧坑；盖面层焊接时，至少三层焊缝，中间以有“退火焊道”为宜，
以利于改善金属组织和性能。
步骤S4、焊接完成后先冷却，再进行高温回火热处理。
焊缝完成焊接后，先冷却到100-80℃，恒温2小时，再进行高温回火热处理；如不能
立即进行热处理时，应做350℃、恒温2小时的后热处理；当焊接过程中或热处理过程中发生
异常情况断电时，需立即对焊缝进行消氢处理。热处理升、降温速度按250×25/壁厚℃/h计
算，但应<150℃/h；热处理恒温温度为750-770℃，恒温时间按每25mm厚1h计算，但不得少于
4小时；降温到300℃时，可以不控温，保温材料不拆除，自然冷却。
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。