向下焊半自動焊接技術(shù)在熱力管道施工中的應(yīng)用

孫秀英

中國化學(xué)工程第十一建設(shè)有限公司 河南開封 475002

1 向下焊接技術(shù)優(yōu)點

向下焊半自動焊接手法使用的焊接材料主要是纖維素型焊條，其起弧方式是在管道上部的12 點方向進行引弧，再向下方連續(xù)運弧完成所需要的焊接工作。這一方式的焊接速度相對較快，焊縫成型非常美觀，焊接的質(zhì)量比較理想，和傳統(tǒng)的氬電聯(lián)焊方式相比，主要有以下優(yōu)點：

（1）效率得到較大提升，可縮短工期，提高經(jīng)濟效益；

（2）焊縫的外觀成型美觀，內(nèi)在焊接質(zhì)量也相對良好，RT 射線探傷的合格率一般保持在96%以上，甚至達到98%以上；

（3）提高焊材的使用率，降低消耗，節(jié)約焊材和成本。

圖1 和圖2 為管道下溝敷設(shè)和向下焊半自動焊接作業(yè)圖。

圖1 管道下溝敷設(shè)

2 向下焊技術(shù)應(yīng)用

2.1 焊接方式

中國化學(xué)工程第十一建設(shè)有限公司在河南省開封市金盛熱力項目中，承接的熱力管道焊接工程共有11 條線路，總長度18916m，其中DN500 及以上管徑15496m，占總工程量的81.92%。經(jīng)過仔細(xì)查看圖紙上的設(shè)計要求，結(jié)合經(jīng)濟性分析，再根據(jù)現(xiàn)場線路焊接條件及管徑選用了氬電聯(lián)焊及向下焊兩種不同的焊接形式；決定DN500 以上（含DN500）管道焊接使用纖維素焊條（手工電弧焊）及半自動藥芯焊絲自保護向下組合焊方式，這種焊接方式是第一層根焊采用手工纖維素焊條打底，第二道第三道采用半自動藥芯焊絲自保護填充蓋面。

2.2 焊接材料

按照公司對材料及零部件采購管理制度要求，選擇了天津吉鼎五金機電有限公司供貨的奧地利BOHLER（伯樂）生產(chǎn)的Φ3.2×350 mm E6010 型纖維素焊條；焊絲采用天津金橋焊材集團有限公司生產(chǎn)的Φ2.0mm E71T8- Ni1J 型自保護藥芯焊絲。

2.3 焊接工藝評定

焊接工藝評定選用公司已經(jīng)評定過的AN- 25 號焊接工藝評定，母材、焊材與金盛熱力管道所使用的母材、焊材同種同類，焊接方法相同，可以覆蓋本次焊接作業(yè)工作。上報監(jiān)理、建設(shè)單位審批同意后，不再進行現(xiàn)場工藝評定作業(yè)。

2.4 焊接操作

2.4.1 管道對口

本次DN500 及以上管道組對作業(yè)和定位使用的是管道外對口器，對口的精度相對較高。管材單邊坡口角度需要保持在27.5°～32.5°，鈍邊其自身的厚度能夠達到1.5～2mm ，對口的間隙能夠達到1.5～2mm ，錯邊量小于等于鋼管外徑3‰并且小于等于2mm。

2.4.2 纖維素型焊條根部焊接要點

管道用對口器固定好后，先開始根部打底焊作業(yè)。采取從管道頂端12 點方向點火起弧，引弧后向6 點方向焊接。操作要點為焊工手要穩(wěn)，焊條不宜擺動；要保證管道根部焊口徹底焊透，但是不能燒穿孔，不能出現(xiàn)未熔合現(xiàn)象。在立焊和仰焊時，要保持焊條與管道穩(wěn)定的接觸距離，要讓焊條在坡口的根部運行時有一種若即若離的感覺；在焊接到4 點位置時，要保持些許的上頂焊條，使熔池里的熔液能順利流到坡口背側(cè)，保證焊肉均勻并能成型固定。在到達管道底部息弧時，稍稍完成對電弧的上挑動作，焊條與焊縫的夾角維持在70°～80°的一個狀態(tài)；在焊肉將熔坑完全填滿之后，快速息弧，確保底部接頭金屬能夠保持良好的融合。

2.4.3 焊道清理

管道根焊工作完成之后，使用角向磨光機進行認(rèn)真細(xì)致的焊道清理，使管道根部焊道露出漂亮的銀白色光澤，沒有肉眼可見的尖角毛刺，整個焊道光滑锃亮，就像坡口機加工出來的U 型坡口一樣標(biāo)準(zhǔn)。且焊縫兩側(cè)無明顯的磕碰或凹槽，最大限度地避免填充焊的時候產(chǎn)生焊縫缺陷，為填充焊提供良好的基礎(chǔ)作業(yè)條件。

2.4.4 焊接操作注意事項

（1）焊接電流：焊接過程中，焊接電流和送絲速度的關(guān)系成正比，增加電流或者送絲速度都使導(dǎo)致焊縫的寬度和強度增加。在半自動焊接方法中，這種關(guān)系表現(xiàn)的尤其明顯，可以用來控制焊接過程的質(zhì)量和效率。焊接中，送絲速度的調(diào)整主要是為了調(diào)節(jié)焊接電流的大小，以達到合適的效果。在焊接過程中，需要通過調(diào)節(jié)送絲速度來控制焊接電流的大小，以實現(xiàn)理想的焊接結(jié)果。控制焊接電流需要考慮到工件材料、工件厚度、焊絲直徑、施焊位置和熔滴方式，以便控制送絲速度。

（2）焊接電壓：使用電壓保證送絲均勻、電弧穩(wěn)定、避免電火花飛濺，同時控制熔池，是保持施焊電壓和焊接電流一致的關(guān)鍵。這樣在現(xiàn)場施焊時，可以聽到非常均勻的“吱吱”聲。

（3）焊絲長度：當(dāng)焊接電流較小時，需要將焊絲的伸出長度相對縮短，反之則需要適當(dāng)?shù)卦黾悠渖斐鲩L度。這種方法會引起焊絲的伸出長度發(fā)生變化，從而對整個焊接工藝產(chǎn)生不同程度的影響。焊接某些較大口徑的鋼管時，需要控制焊絲的伸出長度：上坡焊時為30mm，立焊位需要保持在30～40mm，下坡焊和仰焊位置時需要保持在50～70mm。

（4）焊接速度：焊接速度較快時，可以有效處理凸凹不平、脆性破裂、氣孔等多種焊接缺陷。焊接速度過慢則會導(dǎo)致多種缺陷，例如焊道未完全熔合或不均勻，且焊接后也會出現(xiàn)較大的變形。因此，采用合適的焊接速度尤為重要。

（5）焊絲角度：焊絲角度必須控制在70°～80°之間。焊接角度超過80°時，導(dǎo)電嘴面會比較容易被飛濺物粘附，導(dǎo)致出現(xiàn)跳絲現(xiàn)象發(fā)生；當(dāng)焊絲角度小于70°時，焊槍的導(dǎo)電嘴會與焊件距離較近，又容易產(chǎn)生相互接觸的現(xiàn)象，使導(dǎo)電嘴端部的焊絲熔斷，嚴(yán)重時會導(dǎo)致導(dǎo)電嘴堵塞。因此，設(shè)法讓焊絲角度增加至70°以上，可有效避免以上問題的出現(xiàn)。

2.4.5 填充層（第三層及以上）的焊接要點

第三層及其以上填充層操作的核心是一定要對焊接速度進行控制。焊接速度相對較小時，容易使得焊層不斷提升，熔深增加，最終導(dǎo)致成形不良和出現(xiàn)焊道燒穿等問題；焊接速度偏大，則會使得熔渣出現(xiàn)不均勻和鐵液存在不足，管道兩邊的熔合也存在問題，產(chǎn)生顯著的溝槽。所以，一定要將焊接速度控制在合理的空間內(nèi)，既不能過慢，又不能過快，成熟的焊工運用也很關(guān)鍵。

3 焊縫質(zhì)量檢測

3.1 表面的質(zhì)量要求

按照《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)工程施工及驗收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，焊縫表面不應(yīng)有肉眼可見的裂紋、氣孔、夾渣、未熔及飛濺物，焊縫外觀應(yīng)完整圓滑，焊腳高度應(yīng)大于母材表面；咬邊深度與凹陷深度應(yīng)小于0.5mm，且咬邊長度和凹陷長度不得大于焊道總長度的10%；控制的焊縫余高為被焊件壁厚的30%且小于等于5mm；焊縫總寬度大于坡口3～4mm。

3.2 焊縫的無損檢測

按照圖紙及熱力管道施工驗收規(guī)范，對焊縫給予100%RT 檢測，Ⅱ為合格。

4 缺陷分析

該工程焊接在實際施工過程中產(chǎn)生的缺陷包括未熔合和未焊透、夾渣和氣孔、內(nèi)凹及裂紋等。在仰焊及立焊部位，內(nèi)凹和裂紋產(chǎn)生的缺陷概率相對較多。裂紋主要是產(chǎn)生在仰焊過程。而內(nèi)凹則主要產(chǎn)生在根焊的時候，若電弧的吹力不充分，溶液會因重力作用而受到影響；很多未熔合、未焊透，以及鋼管對口出現(xiàn)錯邊，與焊接過程中參數(shù)產(chǎn)生變化、運條方法的選擇、焊工方式及水平等因素均存在關(guān)聯(lián)；夾渣和氣孔主要受到焊縫冷卻速度的影響，并且和外部環(huán)境及焊條的受潮情況有著直接關(guān)系。

5 結(jié)語

此次向下焊焊接方法在金盛熱力項目的大范圍運用，使得整體焊接工期大大縮短，焊接一次合格率穩(wěn)定保持在98%以上，從盛夏開工至當(dāng)年供暖之前11 條管線全部實現(xiàn)貫通運行。

在我們國家熱力管道的管網(wǎng)進行建設(shè)的同時，向下焊接技術(shù)得了施工人員的認(rèn)同，并且獲得大范圍應(yīng)用。纖維素向下焊+ 半自動向下焊工藝屬于目前國內(nèi)比較可靠的一種向下焊工藝。在這一工程中，向下焊工藝展現(xiàn)出了焊縫質(zhì)量高和焊接速度相對較快的優(yōu)勢，與氬弧焊相比，向下焊的效率可提高近一倍，保障了民用供暖工程施工目標(biāo)的實現(xiàn)。