低氫焊條（向上）根焊+自保護藥芯焊絲半自動（向下）焊接在中緬管道的應用

中國石油管道局第六公司 （天津 300270） 劉 智 毛靜麗

1. 概述

中緬油氣管道（國內段）主干線采用X80鋼，X80是一種超低碳微合金高強鋼，其典型化學成分及力學性能如表1、表2所示

表1 X80管線鋼的典型化學成分（質量分數）（%）

表2 X80管線鋼焊縫金屬力學性能要求

X80鋼具有一定的冷裂紋傾向。冷裂紋的產生是由淬硬傾向、氫含量和應力共同作用引起的，在現場焊接時要是采用含氫量高的纖維素焊條根焊會影響焊接接頭的性能，易產生氫致裂紋，所以應選用低氫級的焊接材料，伯樂FOX EV PIPE低氫焊條AWS A5.1—04: E7016—1 H4 R向上根焊+藥芯焊絲半自動（向下）填充蓋面在中緬油氣管道（國內段）連頭和返修得到了應用如表3～表5所示。

表3 根焊熔敷金屬化學成分（質量分數）（%）

表4 根焊熔敷金屬力學性能

表5 填充熔敷金屬化學成分（質量分數）（%）

伯樂FOX EV PIPE低氫焊條AWS A5.1—04:E7016—1 H4 R（以下簡稱E7016）為低氫立向上堿性藥皮焊條，熔渣流動性好，焊縫金屬純凈，硫、磷等雜質元素及氧含量低，并且擴散氫含量很低，具有抗冷裂性好及沖擊韌性優良的特點。適用于細晶粒鋼管道的焊接，可用于直流正接、反接根焊。但抗風能力弱、易吸潮、熔化速度較慢。焊接工藝不當易造成焊接過程中出現氣孔、未熔合、夾渣的缺陷。根據長期的焊接操作實踐，特別是中緬油氣管道（國內段）施工上崗前焊工低氫焊條E7016進行根焊（向上）+藥芯半自動（向下）填充蓋面的焊接工藝培訓總結了焊接工藝要求及操作技術關鍵。現以中緬油氣管道（國內段）焊接施工過程為例，分述如下。

2. 焊接缺陷產生的原因分析

（1）氣孔 焊縫中氣孔的生成是幾種氣體共同作用的結果，起主要作用的氣體是氫和氮。焊接區的氫來自于各方面，如工件或焊條藥皮表面有鐵銹、油漆、油脂及水分等雜質。在焊縫冷卻過程中，氫在焊縫金屬中的溶解度急劇下降，使氫析出并向外排出，當氣泡在熔池結晶前來不及浮出時，便形成了氫氣孔；氮主要來自空氣，一般氮氣孔形成是因為焊接區沒有得到充分的保護，電弧和焊接熔池金屬受到空氣的侵入。低氫焊條引弧時容易產生氣孔，就是因為藥皮中的造氣物質CaCo3,在引弧時未能及時分解而產生足夠的CO2造成保護氣體不良空氣的侵入所致。空氣的濕度也會影響電弧氣氛中水蒸氣的分解，水蒸氣分解越多，越容易產生氫氣孔。焊接工藝不當，以致電弧不穩定或者失去正常的保護左右，會促使氣體溶入，增大氣孔傾向。斷弧焊和連弧焊對氣孔的影響也不同，采用連弧焊能顯著降低焊縫氣孔率。

（2）未熔合 焊縫未熔合是焊接時焊道與母材之間或焊道與焊道之間未能完全熔化結合的部分。由于未熔合本身就是一種虛焊，在交變載荷的作用下，應力高度集中，極易開裂，是焊縫最危險的缺陷之一。未熔合常出現在焊接坡口側壁及焊縫的根部。產生未熔合的主要原因是焊接熱輸入太低，電弧發生偏吹，操作不當，坡口側壁或者根部有銹蝕和污物。

（3）夾渣 焊縫夾渣是指焊接熔渣殘留于焊縫金屬中的現象，是較為常見的缺陷，夾渣產生的原因主要是操作技術不良，使熔池中的熔渣在熔池冷卻凝固前未能及時浮出而存在于焊縫金屬中。焊接電流過小、焊接角度不當造成分不清鐵水和熔渣也易產生夾渣。

3. 焊接工藝要求及操作要領

（1）焊接工藝要求 焊接工藝規程如表6所示。

表6 中緬管道天然氣管道工程（國內段）干線（推薦）焊接工藝規程

首先，焊前準備。

焊接設備：根焊采用具有陡降外特性的直流焊接電源；填充蓋面采用具有平外特性的直流焊接電源配相應送絲機。

焊接材料：根焊接采用伯樂低氫焊條AWS E7016；φ3.2mm，填充蓋面采用伯樂AWS E81T8—Ni2/ E81T8—G藥芯焊絲；φ2.0mm。

管材采用X80管線鋼管，規格為φ1016mm×15.3mm，接頭形式：對接；V形坡口；坡口角度、鈍邊、對口間隙如圖1所示。

圖1 E7016向上根焊V形坡口

其次，焊接工藝及要求。

組對前的打磨：為了保證焊縫質量，防止焊接缺陷的產生，組對前必須用角向砂輪機將坡口內壁及坡口兩側各25mm范圍內的油污、鐵銹等污物清理干凈，直至露出金屬光澤。預留鈍邊1.5mm左右。

組對及定位焊：利用外對口器組對，在不利用備板點固的情況下，選擇利用根焊采用的焊條E7016定位焊，定位焊長度50～80mm，不得有縮孔和焊瘤等缺陷。φ1016mm的鋼管相對應定位焊接6處為宜，對口間隙控制在2.5～4mm，錯邊≤3.0mm且應該沿管周均勻分布。定位焊處利用角向砂輪機把起點和終點打磨稱緩坡狀，以保證根焊的焊接接頭的質量。

焊前預熱及層間溫度：利用火焰加熱或者電加熱，距管口25mm處的圓周上均勻加熱；加熱寬度坡口兩側各50mm。預熱溫度為100～200℃；層間溫度為50～100℃。焊接參數如表7所示。

（2） E7016（向上）根焊操作要領 焊條：E7016焊條應嚴格控制烘焙溫度、保溫時間，烘焙完畢后應放入恒溫箱內隨用隨取。E7016焊條烘培溫度為300～350℃，保溫2h。

根焊操作技術要點：E7016焊條根焊時焊條角度如圖2所示。

表7 焊接參數

圖2

采用上向焊，在焊道6點鐘位置進行引弧形成熔池，焊條往里壓送，將兩側鈍邊熔化，形成熔孔，采用連弧焊，小鋸齒橫向擺動，再向上左右勻速擺動焊條，移動距離不宜過大。平焊段焊接時焊條不要壓的太低，以免造成背面超高。仰焊段焊條一定要頂住熔孔焊接，基本看不到弧光，小擺動前進，如果電弧抬得過高，焊道中會產生氣孔；背面會出現低于母材現象。焊接過程中，關鍵是隨著焊條燃燒施焊者要不停的調整焊條的角度，始終保持短弧焊接。注意坡口根部兩側的熔合。焊接電流不宜過大，以不見大顆粒飛濺為宜。每根焊條收弧時回焊，要迅速利落。利用角向砂輪機將接頭打磨成緩坡狀，再次施焊時在收弧處前10mm引弧焊條，電弧穩定燃燒后，運條至接頭的熔孔處時，應將焊條輕輕向熔孔內送進，并稍作停留，然后恢復正常的焊接操作。根焊道焊縫厚度控制在4mm左右，可減少藥芯半自動（向下）熱焊時燒穿或燒熔缺陷產生的可能。

（3）藥芯半自動（向下）熱焊、填充、蓋面操作要領 藥芯半自動向下焊焊槍角度如圖3所示。

圖3

（4）半自動焊槍焊接過程中角度 熱焊：根焊結束后，整個焊道需要用角向砂輪機進行清根。清根過程中注意不要把焊道打磨成“W”形的溝槽，都打磨成“U”形狀，以防止產生夾渣和未熔合的缺陷。熱焊主要為了加固根部焊道，同時繼續補充足夠的熱量以使焊縫保持較高的溫度，避免裂紋等缺陷的產生。根焊與熱焊間隔的時間應該控制在5min。熱焊焊接過程中保持正確的焊槍角度有利于保證焊接過程和焊接質量的穩定。熱焊時焊接速度不宜過慢，以防止產生燒穿或燒熔的缺陷。在保證坡口兩側良好熔合的情況下，焊槍不需要做橫向擺動或小的“之”字形擺動，控制好焊絲伸出長度和各項參數。

填充焊：在進行填充焊時，應當用角向砂輪機把熱焊焊道表面的缺陷清理干凈。填充焊時，要做適當的橫向擺動，以獲得平或微凸的焊道。引燃電弧形成熔池后，快速均勻的左右小幅擺動帶動熔池有節奏地下拉行走。在焊接過程中，焊絲絕不可脫離熔池先行，否則會出現頂絲、跳絲及未熔合等不良現象。填充焊時各層焊縫不易過厚、過高。在蓋面前一層的填充焊時以填充厚度低于母材表面0.5mm為宜，填充焊接過程中，在保證坡口兩側熔合良好的同時盡量避免燒壞母材坡口邊緣，為給蓋面焊打下基礎，保證蓋面焊縫質量?？紤]到立焊位置熔池金屬在重力作用下下墜流淌嚴重，因此在進行蓋面層焊接前，根據實際情況在立焊部位進行補焊一道填充焊，俗稱立填。使蓋面焊道立焊部位成形飽滿，達到蓋面焊道外觀質量要求。

蓋面焊：在進行蓋面焊時，焊前必須做到清渣及打磨填充接頭、處理坡口兩側飛濺，有利于蓋面。為保證焊縫外觀尺寸要求，適當擺動電弧將坡口兩側各覆蓋0.5～1mm。擺動太寬易造成焊道中部凹陷，影響外觀質量。通過調整焊槍角度和焊絲伸出長度控制焊縫熔池溫度勻速帶動熔池前行。焊至下爬坡和底部時，焊絲在焊縫中間過渡要快，在坡口兩側適當停留，前進步伐不宜過大并且要均勻?？刂坪傅莱尚胃叨群推驴趦蓚热酆狭己?，無咬邊、未熔合等缺陷。焊至前留接頭時適當拉長焊絲伸出長度，縮小熔池直徑填滿熄弧處弧坑。蓋面要求成形細密光滑，紋路均勻平整，無表面氣孔、夾渣、未熔合、裂紋等缺陷。

4. 結語

通過對低氫焊條（向上）根焊+藥芯焊絲半自動（向下）焊組合焊接工藝的論述，不難發現焊接缺陷產生的原因；根據焊接工藝規程及工藝要求，選擇合理的焊接參數，掌握正確的焊接方法及操作要領，就能很大程度上提高工程的焊接質量。低氫焊條（向上）根焊+藥芯焊絲半自動（向下）焊組合焊接工藝在中緬油氣管道（國內段）項目連頭和返修中得到了充分的應用。