1. 概述
近些年，随着1 000kV特高压输变电线路工程的发展，自动焊接技术也得到了快速发展。目前，公称直径≥273mm，管壁厚≥6.0mm的钢管与锻造带颈法兰对接环焊缝基本已实现了自动化或机械化焊接。而小口径薄壁钢管（管径＜273mm，壁厚≤6.0mm）与锻造带颈法兰对接环焊缝基本依靠手工焊或半自动焊工艺焊接。众所周知，随着管径和壁厚的降低，焊接难度随之增加，焊缝外观成形变差，一次探伤合格率降低等问题随之而生。为保证小口径薄壁钢管与锻造带颈法兰对接环焊缝质量及生产效率，我公司自行研制了一条小口径薄壁钢管-锻造带颈法兰机械化焊接生产线，并编制了专用的焊接工艺方案。经过验证该技术完全满足一级焊缝质量要求，焊接质量及生产效率得到了显著提升，制造成本也大幅降低。
2. 原材料及装配质量要求
（1）钢管圆度 钢管端部200mm内的圆度偏差须控制在±1.5mm范围内过大的椭圆度会造成坡口角度、钝边尺寸、根部间隙及对口错边超标等问题，这些问题将严重影响焊接质量。
（2）坡口角度 坡口为V形，坡口面角度30°±2.5°，装配后坡口角度应为55°~65°。
（3）钝边尺寸 钝边尺寸须控制在≤1.0mm范围内，过大的钝边尺寸会降低熔透性，易造成未焊透缺陷。
（4）根部组对间隙 根部间隙须控制在0.5~2.0mm范围内，过小的根部间隙易造成根部未焊透缺陷，过大的根部间隙易造成烧穿缺陷。
（5）对口错边 对口错边量须控制在≤2.0mm范围内，过大错边会影响焊缝外观成形，易会造成未焊透或烧穿缺陷。
（6）定位焊接 采用钨极氩弧焊进行定位焊接。定位焊缝厚度须控制在2.0~3.0mm，定位焊缝长度25~35mm/段，且等分3等份进行定位焊接。
3. 焊前准备
第一，施焊前，将待焊处坡口边缘两侧各20mm的锈蚀、油污等杂质清除。
第二，检查装配质量是否符合工艺要求，当装配质量不符合工艺要求时须重新装配。
第三，检查滚轮架运行是否正常。
第四，调试焊接电流、电弧电压、保护气体流量及焊接速度等参数，使其符合工艺要求。
4. 焊接顺序及参数
采用内外双面焊接工艺，先焊内环焊道后再焊外环焊道。内环焊道焊接时，焊枪呈五点半钟位置（稍有下坡）焊枪与工件横向夹角为90°，焊枪与工件纵向夹角为后倾75°~85°，焊丝杆身长度10~15mm，并在定位焊缝处进行引弧焊接。当电弧运行至收尾位置时增加20mm的重叠焊缝，防止焊接缺陷产生。内环焊道焊接完毕后，外环焊道无须清根，并在另一定位焊缝处引弧焊接（避免内环焊道与外环焊道的引弧、收弧处重叠而造成焊接缺陷），外环焊枪应处于12点钟位置，焊枪与工件横向夹角为90°，焊枪与工件纵向夹角为后倾80°~90°，焊丝杆身长度10~15mm，当电弧运行至收尾位置时增加20mm的重叠焊缝，防止焊接缺陷产生。具体焊接参数如表1所示。
5. 焊接过程及质量控制
由专人对焊工资格、施焊现场条件、焊接材料及工艺文件等内容进行监督检查，确保焊接现场条件符合施焊要求，焊接材料使用符合规范要求，焊接工艺文件切实有效实施，从而确保焊接质量。
实施奖罚制度。对于一次无损检测合格率100%的焊缝，按原定额奖励20%；对于一次无损检测合格率低于100%焊缝，按原定额下浮20%。通过奖罚制度提高焊接操作人员的责任心，提高焊接质量。
6.焊接设备
小口径薄壁钢管与带颈锻造法兰采用公司自行研制的CA—XGHJ1小口径薄壁钢管与带颈锻造法兰焊接生产线进行施焊。该生产线由内焊机头、外焊机头、直流逆变弧焊电源、焊枪夹持、摆动控制装置，可调式滚轮架、工件前后调整装置及工件上料、卸料装置等部分组成，机械化小口径钢管与锻造带颈法兰焊接生产线如图1所示，其特点如下：
（1）操作灵活 焊枪可以沿工件进行纵向调节，焊枪夹持角度可以360°任意调节，焊枪可以进行横向摆动，且摆动频率可调节，操作灵活方便。
（2）参数稳定 采用的唐山松下直流逆变数字显示焊接电源。焊接电流、电弧电压浮动小。
（3）焊接质量优 该生产线焊接的环向对接焊缝与传统手工焊或半自动焊接工艺相比较具有焊缝成形美观，焊接飞溅物少（几乎没有飞溅物），焊接区氧化低，一次超声波检测合格率高（达到99.85%），焊缝余高小（0~2.0mm），焊缝增宽小(1.0~2.5mm)， 焊缝边缘直线度优（偏差0~1.0mm）等特点，小口径薄壁钢管与带颈锻造法兰对接环焊缝效果如图2所示。
（4）焊接效率高 单班生产小口径薄壁钢管与锻造带颈法兰构件80~120根，效率是传统手工焊或半自动焊焊接工艺的2~4倍。
（5）生产成本低 人工成本降低200%以上，焊材用量降低20%~30%，焊后清理工作量降低30%~50%，综合成本降低40%以上。
7. 焊接材料
根据母材材质选择焊接材料。铁塔制造常用焊接材料选择如表2所示。保护气体采用80%Ar+20%CO2富氩混合气体。
8. 结语
1 000kV特高压输变电工程钢管塔小口径薄壁钢管与锻造带颈法兰对接环焊缝具有焊接难度大、一次无损检测合格率低、生产效率低等难点。传统的手工焊或半自动焊工艺难以满足焊接质量及生产进度的要求。机械化焊接技术的应用，使小口径薄壁钢管与锻造带颈法兰对接环焊缝焊接质量和生产效率得到了大幅提高，生产成本得到了显著降低，取得了优质、高效、低耗的良好效果。
