手工下向+藥芯焊絲半自動焊接工藝在長輸管道焊接中的應用

錢國意

（大慶建設集團管道公司 黑龍江大慶 163000）

一、手工下向焊、半自動焊接設備及材料：

1. 設備組成：

（1）手工下向焊封底設備：國產時代ZX7-400B

（2）半自動藥芯焊絲下向焊設備：林肯電源DC-400 送絲機構LN-23P

2. 設備簡介：

(1)手工下向焊封底設備：

國產時代ZX7-400B 是廠家針對下向焊的特點而設計制造的焊接電源。設備有焊接電流電壓兩塊儀表。適用于手工下向焊及管道手工電弧焊，還具有長、中、短焊把線調節、引弧增流、電弧推力調節功能。

(2).半自動藥芯焊絲下向焊設備：

a. 林肯電源DC-400 焊接電源可輸入460 V、380 V、230 V三種網路電壓，焊接電源上設有焊接電流、電壓兩塊儀表。具有手工電弧焊、氣體保護焊、埋弧焊、藥芯自保焊、氬弧焊等功能。對于藥芯自保護而言焊接電流、焊接電壓是通過調節送絲機結構的送絲速度和焊接電壓來完成的。

b. 送絲機構：LN－3 P型送絲機的一端與焊接電源DC－400 相連接，接通電源就可以在送絲機構上調節送絲速度及焊接電壓。送絲形式為推絲式。

3. 焊接材料：

互相配合使用的焊接材料是：奧地利產伯樂(BOHLER)E 6010／Φ4.0 自保護藥芯焊絲是美國林肯產(LINCOLN)NR－207。

(1).奧地利產伯樂(BOHLER)E6010為纖維素型下向焊條。此類焊條焊接時產生大量的氣體，電弧吹力大，焊接工藝性能好，抗風能力強，對氣孔敏感性差，焊接成型美觀，能適應全位置焊接。

(2).自保護藥芯焊絲是(LINCOLN)NR－207。此類焊絲使用方便，受環境制約的條件少，焊接過程中容易控制，焊縫成型好。

焊條與焊絲共同特點是：焊接過程中飛濺、煙霧較大。

二、焊接工藝：

1. 焊接材料的保管、烘干、使用：

(1).焊條保管時嚴防潮濕、生銹。使用前嚴格按規定烘干，烘干溫度為60－80度，恒溫時間為0.5－1小時，使用時應放在焊條保溫桶內，隨用隨取，溫度超過80度以上時，焊條藥皮中的纖維素會變質，焊接性能變差，嚴重影響焊接質量。因此必須嚴格控制烘干溫度。

(2).焊絲：盡可能封閉保管，不可使用帶銹斑的焊絲，以免產生氣孔。

2.焊口組對：

(1).坡口型式及尺寸：對于厚度較薄的管口均采用V型坡口（如圖1），厚度較大時從節約焊材、減輕焊工勞動強度和提高生產力出發，一般采用復合型坡口（如圖2）。組對前應徹底清理坡口附近內外側的油、水銹等污物，對口間隙為1.6 土0.4 毫米，鈍邊為1.6 土0.4 毫米，鈍邊太大及對口間隙過小易產生未焊透缺陷。

圖2

(2).預熱：預熱的主要目的是防止裂紋。預熱溫度的高低取決于材質、焊接環境及使用條件。對于一般鋼材可不預熱。測溫可用點溫儀或紅外線測溫儀來測得。一般情況下預熱溫度達到一定時，隨后就靠焊接的余熱來保持。

(3).點固焊：培訓時可采用內部打卡或直接點固。長輸管道的施工宜采用內對口器或外對口器。管道下向焊的組對質量直接影響到焊縫的內部質量及外觀成形。因此應嚴格按焊接工藝規程的要求進行組對。點固焊點應均布，長度視管口直徑的大小及壁厚來決定。焊接工藝參數與正式焊要求相同。

3. 焊接：

(1).封底焊道采用E 6010／4.0 纖維素型下向焊條，采用正接法，因焊條接正極焊接時電弧穿透力強，從管口的頂端即12 點位置處引弧。開始向下焊，到底部即6點鐘位置結束，（如圖3）焊接電流一般為80-110 安培，上部分一般為直線或直線往復式運條法，立焊及底部一般均采用直線型運條法，焊接時要求單面焊雙面成型，背面焊縫要求焊波均勻，不可脫節，接頭均需打磨。封底是整個焊接過程中最重要的一道焊縫，必須保證根部焊透，因此易采用小規范短弧焊接，封底全部完成后，用鋼絲刷及角向磨光機把表面焊渣及突出部分徹底的清理，避免產生死角，以免在下道焊接時產生夾渣。

圖3

（2）熱焊：因纖維素型焊條焊接的封底焊縫含氫量較高，在較低溫度下易產生裂紋。特別是強度級別較高的鋼材，因此在封底焊道結束后應立即進行熱焊，間隔時間不易太長，層間溫度控制在100 度以上，熱焊采用NR－207 藥芯自保護半自動焊接，直線型或稍做擺動，焊接電壓在18-22V之間，送絲速度為70-110，絲干伸出導電嘴長度為15-25mm 左右，熱焊時即要有一定的熔深，又要保證不被燒穿，應保持焊縫均勻平整及坡口兩側熔合良好，為防止氣孔及夾渣的產生接頭越少越好。

（3）填充焊道的焊接：填充焊道的焊接是為蓋面打基礎的，填充幾次多取決于母材的厚度，填充時的電壓、送絲速度、絲干伸出長度、焊接操作基本與熱焊一樣。

（4）立填充焊：填充焊道焊接完畢后，出現的主要問題是：上45度位置到下45度位置的焊縫高度低于上部及底部，因此在蓋面前應視情況對立焊縫位置多填充一遍，以達到所需求的高度，且不可以燒壞坡口邊緣。

（5）蓋面焊道的焊接：蓋面前的填充焊道的高度，以低于母材0.5mm 的高度為最佳，蓋面焊的主要目的是在于填充焊縫，保證焊縫具有良好的成型，為防止咬邊、氣孔等缺陷的產生。焊接電壓與焊接電流應比熱焊及填充時稍低一點。焊縫表面余高應控制在0.5-1.6mm 之間，不宜超高過多，但底部允許余高可比平面及立面稍高一些。

4. 焊接時的注意事項：

（1）引?。核泻附右谄驴趦?，不得在坡口以外的母材上有電弧擦傷，特別是對于高強度母材更為重要，大量的實踐證明，在電弧擦傷處易產生氣孔和裂紋，封底時在接頭的后方10-15mm 處引弧，待熔池形成后，再將焊條慢慢地移至接頭處進行焊接，接頭處一般均需打磨，對于收弧處產生的縮孔缺陷，必須打磨干凈后再進行施焊。

（2）層間處理：層間接頭應錯開，每一層焊接結束，都要徹底清除焊渣、飛濺，檢查有無缺陷，將突出部分及高低不平處進行打磨，以利于下一層的焊接，層間形狀應為平滑凹形，其它形狀均成形不良。

（3）填充及蓋面的寬度：因采用的焊接方法從封底、填充、蓋面都是下向焊，因此每層焊縫的厚度不能太厚，熔池中的鐵水太多或焊接速度太慢，都可能造成鐵水下淌或產生氣孔等缺陷，而擺動幅度也不易過大，因此必須采用快速焊、微擺動的方法進行施焊。對于厚度較大且坡口寬度太寬的焊縫，可采用排焊的方法，以達到所要求的焊縫寬度，填充、蓋面均可采用此方法。（如圖4）

圖4

（4）焊接操作的組合：在焊接較大直徑管口時為提高效率及保證層間溫度可采用4 人組合。直徑較小時可兩人組合。宜采用流水作業。

（5）表面清理：焊接結束后，應仔細清理焊縫表面的藥皮及飛濺。

三、總結與討論：

1.此種結合焊接方法作為一種新的焊接工藝較手工焊具有顯著優勢。

（1）焊接效率比手工焊提高2 倍以上。以西氣東輸Φ1016×17.5 管口焊接為例。每人每天平均可焊接兩道焊口以上。與手工焊相比由于半自動化程度的提高，可明顯降低焊工勞動強度，改善了勞動條件，提高了生產率。

（2）焊接質量得到了提高并保持穩定。減少了返修帶來的人員及材料、設備的浪費。特別是抗風能力是手工電弧焊、氬弧焊及氣體保護焊等焊接方法無可比的。Χ 射線檢測一次合格率始終保持在99%以上。

2.存在問題：

（1）手工下向焊焊條及藥芯焊絲半自動焊接時，產生的飛濺及產生的煙塵較大。

（2）目前使用的焊條、焊絲仍需進口，成本較高，提高了生產成本，因此有待于開發國產優質合格的下向焊焊條及藥芯焊絲。

四、結束語：

手工下向焊封底藥芯焊絲半自動填充、蓋面焊接技術，是目前管道焊接的一種先進工藝，經過近幾年的現場實焊證明，該技術不僅能夠滿足管道焊接的要求，而且還具有提高焊接質量，提高工作效率，降低勞動強度，改善焊接環境等許多優點。因此種組合焊接方法具有廣泛的推廣應用價值。