向下焊半自動焊接技術在熱力管道施工中的應用

孫秀英

中國化學工程第十一建設有限公司 河南開封 475002

1 向下焊接技術優點

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，焊接的質量比較理想，和傳統的氬電聯焊方式相比，主要有以下優點：

（1）效率得到較大提升，可縮短工期，提高經濟效益；

（2）焊縫的外觀成型美觀，內在焊接質量也相對良好，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，節約焊材和成本。

圖1 和圖2 為管道下溝敷設和向下焊半自動焊接作業圖。

圖1 管道下溝敷設

2 向下焊技術應用

2.1 焊接方式

中國化學工程第十一建設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%。經過仔細查看圖紙上的設計要求，結合經濟性分析，再根據現場線路焊接條件及管徑選用了氬電聯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工作。上報監理、建設單位審批同意后，不再進行現場工藝評定作業。

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。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，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，不能出現未熔合現象。在立焊和仰焊時，要保持焊條與管道穩定的接觸距離，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，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；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真細致的焊道清理，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 型坡口一樣標準。且焊縫兩側無明顯的磕碰或凹槽，最大限度地避免填充焊的時候產生焊縫缺陷，為填充焊提供良好的基礎作業條件。

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系成正比，增加電流或者送絲速度都使導致焊縫的寬度和強度增加。在半自動焊接方法中，這種關系表現的尤其明顯，可以用來控制焊接過程的質量和效率。焊接中，送絲速度的調整主要是為了調節焊接電流的大小，以達到合適的效果。在焊接過程中，需要通過調節送絲速度來控制焊接電流的大小，以實現理想的焊接結果。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鍵。這樣在現場施焊時，可以聽到非常均勻的“吱吱”聲。

（3）焊絲長度：當焊接電流較小時，需要將焊絲的伸出長度相對縮短，反之則需要適當地增加其伸出長度。這種方法會引起焊絲的伸出長度發生變化，從而對整個焊接工藝產生不同程度的影響。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，導電嘴面會比較容易被飛濺物粘附，導致出現跳絲現象發生；當焊絲角度小于70°時，焊槍的導電嘴會與焊件距離較近，又容易產生相互接觸的現象，使導電嘴端部的焊絲熔斷，嚴重時會導致導電嘴堵塞。因此，設法讓焊絲角度增加至70°以上，可有效避免以上問題的出現。

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，最終導致成形不良和出現焊道燒穿等問題；焊接速度偏大，則會使得熔渣出現不均勻和鐵液存在不足，管道兩邊的熔合也存在問題，產生顯著的溝槽。所以，一定要將焊接速度控制在合理的空間內，既不能過慢，又不能過快，成熟的焊工運用也很關鍵。

3 焊縫質量檢測

3.1 表面的質量要求

按照《城鎮供熱管網工程施工及驗收規范》的有關規定，焊縫表面不應有肉眼可見的裂紋、氣孔、夾渣、未熔及飛濺物，焊縫外觀應完整圓滑，焊腳高度應大于母材表面；咬邊深度與凹陷深度應小于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生的缺陷包括未熔合和未焊透、夾渣和氣孔、內凹及裂紋等。在仰焊及立焊部位，內凹和裂紋產生的缺陷概率相對較多。裂紋主要是產生在仰焊過程。而內凹則主要產生在根焊的時候，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，以及鋼管對口出現錯邊，與焊接過程中參數產生變化、運條方法的選擇、焊工方式及水平等因素均存在關聯；夾渣和氣孔主要受到焊縫冷卻速度的影響，并且和外部環境及焊條的受潮情況有著直接關系。

5 結語

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，焊接一次合格率穩定保持在98%以上，從盛夏開工至當年供暖之前11 條管線全部實現貫通運行。

在我們國家熱力管道的管網進行建設的同時，向下焊接技術得了施工人員的認同，并且獲得大范圍應用。纖維素向下焊+ 半自動向下焊工藝屬于目前國內比較可靠的一種向下焊工藝。在這一工程中，向下焊工藝展現出了焊縫質量高和焊接速度相對較快的優勢，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的實現。