燃?xì)忾L(zhǎng)輸管道施工中的半自動(dòng)向下立焊工藝研究

李峻峰 孫克秀 王 浩 溫生福

（甘肅一安建設(shè)科技集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

當(dāng)前我國(guó)燃?xì)膺\(yùn)輸主要采用管道運(yùn)輸?shù)姆绞剑ㄟ^(guò)管道運(yùn)輸燃?xì)庥行У馗纳屏斯鈫?wèn)題，焊接技術(shù)燃?xì)忾L(zhǎng)輸管道使用的過(guò)程中十分重要，為了大大提高焊接的技術(shù)水平，必須展開(kāi)對(duì)專業(yè)焊接技術(shù)的討論。常用的焊接方式有：半自動(dòng)向下立焊工藝、半自動(dòng)保護(hù)焊工藝，下文展開(kāi)詳細(xì)論述。

1 工程概況

以慶陽(yáng)天然氣長(zhǎng)輸管道為研究對(duì)象，該燃?xì)忾L(zhǎng)輸管道，管線的總長(zhǎng)度為41.5km，管道直徑508mm×8mm～10mm，壓力是4.0MPa。將燃?xì)忾L(zhǎng)輸管道的設(shè)計(jì)形成直形的管網(wǎng)，本文中此燃?xì)忾L(zhǎng)輸管道施工工程采用的是半自動(dòng)向下立焊工藝，有效克制了供氣緊張的難題，使沿線管線的各個(gè)企業(yè)及居民得到健康發(fā)展，目前燃?xì)忾L(zhǎng)輸管道中最常見(jiàn)的焊接工藝就是半自動(dòng)向下立焊工藝，半自動(dòng)向下立焊工藝不僅效率高而且節(jié)能環(huán)保，而且在燃?xì)忾L(zhǎng)輸管道施工中采用了纖維素焊條進(jìn)行焊接，可以達(dá)到美觀的效果。但在焊接的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氣孔和夾渣的問(wèn)題，影響了焊接的質(zhì)量，本文對(duì)半自動(dòng)向下立焊工藝進(jìn)行研究。

2 燃?xì)忾L(zhǎng)輸管道的施工前的準(zhǔn)備

2.1 工藝準(zhǔn)備工作

向下立焊在選用工藝上，采取纖維素焊條，里面的成分含有大概40%左右的纖維素，通風(fēng)功能比較強(qiáng)大，在焊接的過(guò)程中，因電弧熱源的產(chǎn)生的影響，能夠解析很多的氣體，在保證電弧熔池的情況下，明顯提升電弧的吹力。這樣可以起到熔滴到熔池的過(guò)渡作用，而且能夠防止鐵液與液體熔池的下落，比較適合打底焊。填充與蓋面可以自保，所以，在焊接的過(guò)程中，不用過(guò)于對(duì)氣體進(jìn)行保護(hù)。另外，在焊接時(shí)，藥芯里面的成分能夠釋放一些氣體，能夠形成保護(hù)膜把空氣隔離。還有坡口的選擇方式能夠直接影響焊縫的成形美觀，坡口的角度直接影響到電弧能不能夠進(jìn)入到焊縫根部位置，能不能把根部焊穿。其定位焊接的采用，在焊接前必須清理掉坡口位置的污物處理干凈，并將其磨平。最后在調(diào)整焊條與焊槍的角度，這對(duì)向下立焊是非常重要的。

2.2 焊接前準(zhǔn)備施工前準(zhǔn)備

在保證各個(gè)材料質(zhì)量的前提下，以保證工程正常運(yùn)行為目的，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)，施工人員通過(guò)對(duì)各個(gè)材料要進(jìn)行全面檢查，實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備安全不受影響。技術(shù)人員要通過(guò)拉伸或者彎曲試驗(yàn)來(lái)對(duì)材料進(jìn)行評(píng)估。

焊前預(yù)熱，為了考慮母材的強(qiáng)度與整個(gè)的組織性能變化規(guī)律、整個(gè)管道的直徑與壁厚、以及材料中的含氫量，焊前預(yù)熱要使整個(gè)管道焊接施工控制在余熱溫度范圍內(nèi)，其目的是使天然氣管道底部不會(huì)出現(xiàn)冷裂紋的問(wèn)題，總體講述，層間的溫度不宜過(guò)高，也不宜過(guò)低，應(yīng)當(dāng)保持在預(yù)熱的溫度，防止根部出現(xiàn)冷裂紋的情況。在焊接時(shí)，預(yù)熱的溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，達(dá)到預(yù)熱的溫度后應(yīng)立即進(jìn)行焊接工作。預(yù)熱之后關(guān)口位置如果出現(xiàn)了污染情況，那么要清理掉污染后需要重新啟動(dòng)預(yù)熱流程，并且焊接溫度控制在100～150o范圍內(nèi)。

2.3 燃?xì)忾L(zhǎng)輸管道施工中的半自動(dòng)向下立焊工藝

2.3.1 燃?xì)忾L(zhǎng)輸管道選材

根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，以燃?xì)忾L(zhǎng)輸管道施工為例，在選材時(shí)，我們采用規(guī)格為508mm×8mm～10mm的雙面螺旋埋弧焊管進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。

在此次工程中，以達(dá)到燃?xì)夤艿赖暮附淤|(zhì)量為目的，我們選用國(guó)內(nèi)某公司生產(chǎn)的焊條打底為基礎(chǔ)，采用了國(guó)產(chǎn)焊條填充罩面的工藝，實(shí)現(xiàn)了管道焊接質(zhì)量的提升，使其性能隨之提升。以此提高了經(jīng)濟(jì)效益，保障了管道使用價(jià)值的發(fā)揮。

本工程在燃?xì)夤艿朗┕r(shí)，我們采用的設(shè)備是將國(guó)外與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的焊機(jī)結(jié)合使用。為了保證焊接的質(zhì)量，在焊接時(shí)，技術(shù)人員采用焊接技術(shù)是逆變技術(shù)，因?yàn)檫@一技術(shù)不僅噪音低，而且對(duì)周邊的環(huán)境影響小，并且還能保障了節(jié)能環(huán)保的效果。此外在焊接工作過(guò)程中，防止產(chǎn)生過(guò)多飛屑造成的環(huán)境影響，對(duì)焊接的設(shè)備要求是具備較強(qiáng)的抗干擾能力[1]。

針對(duì)本燃?xì)忾L(zhǎng)輸管道施工工程，采用纖維素焊條向下立焊工藝，分為打底焊、熱焊、填充焊與蓋面焊。每層焊縫由2名焊工對(duì)稱施焊，焊接工藝參數(shù)如表1所示。

表1 焊接工藝參數(shù)表

2.3.2 半自動(dòng)向下立焊工藝

（1）打底焊

在保證整個(gè)管接頭焊接質(zhì)量的過(guò)程里，打底焊是至關(guān)重要的。在操作的過(guò)程中，焊工在焊接時(shí)在保證勻速運(yùn)條速度的情況下，務(wù)必對(duì)運(yùn)條角度與運(yùn)條方法要準(zhǔn)確無(wú)誤的掌握。焊接施工過(guò)程，首先由一名焊工采取了短弧焊線作直線的運(yùn)條方法從管接頭的12點(diǎn)往前10mm位置引弧，速度不僅要快，還要均勻平穩(wěn)，并且動(dòng)作幅度不能大。這樣能聽(tīng)見(jiàn)噗噗聲音，還能看到熔孔的大小。所以就需要準(zhǔn)確的將鐵水送到坡口根部。以便于從觀察中推斷出熔池的溫度。為了方便再次引弧，熄弧時(shí)，要立馬用角磨機(jī)將收弧處打磨成不到13mm的緩坡，并且要在熔池下方重新做一個(gè)更大的熔孔[2]。當(dāng)在根焊焊接達(dá)到50%以上，就可以將對(duì)外口器撤掉，然后在根本焊接全部完成后再撤掉對(duì)口支座或者吊架；

（2）熱焊

以保證焊縫維持高溫的目的，需將熱焊和根焊的時(shí)間間隔要控制在5min以內(nèi)。這樣可以防止裂紋產(chǎn)生，提高焊縫力學(xué)性能。為了避免根部的焊縫被燒穿，熱焊的速度不僅要快，而且運(yùn)條角度不宜過(guò)大；

（3）填充焊

當(dāng)焊接第二遍的時(shí)候就稱為填充焊，跟熱焊是一樣的，焊前應(yīng)用角磨機(jī)對(duì)上一層焊縫進(jìn)行打磨使坡口表面位置應(yīng)保持干凈，具體實(shí)際操作時(shí)，應(yīng)依據(jù)填充的高度不一樣，稍微增大焊接的電流，對(duì)橫向或者月牙稍作擺動(dòng)。此外，合理掌握焊條角度的主要目的也可以防止產(chǎn)生缺陷；

（4）蓋面

蓋面時(shí)，焊接要采取電流小，擺幅窄、快速焊接的操作方式，其電流電弧電壓不高于填充時(shí)的電流電壓。在蓋面焊的過(guò)程中，因電弧電壓較大，焊槍角度不合適，鐵液藥皮的下落，藥皮沒(méi)有及時(shí)益處造成的原因造成的，使立焊位置容易產(chǎn)生氣孔。為了使焊縫的成形美觀，所以達(dá)到焊縫余高比管平面1～2mm高就可以。

2.4 燃?xì)忾L(zhǎng)輸管道施工中的半自動(dòng)向下立焊工藝

向下立焊是依照由上至下的次序，從管道頂部引弧進(jìn)行焊接。有3個(gè)特征。一是焊接速度快，在焊接時(shí)，采用焊條鐵液的濃度比較低，相對(duì)于比向上立焊的效率提升更多；二是質(zhì)量好，簡(jiǎn)單而言，因?yàn)槔w維素焊條的位置在根部焊接，所以在成形上非常美觀飽滿，并且電弧的吹力很大，穿透勻稱，焊接后的抗能力效果極強(qiáng)；三是減省焊接耗材，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，焊條的消耗量可以降低20%～30%。

半自動(dòng)保護(hù)焊想要保護(hù)焊接區(qū)與電弧，那么要在焊絲里加點(diǎn)穩(wěn)弧劑，這樣會(huì)使藥粉點(diǎn)燃與分解后出現(xiàn)氣體，有4個(gè)特征。一是焊接質(zhì)量高，半自動(dòng)焊接在降低焊接縫中的含氧量的效果很好。但是半自動(dòng)焊的操作方法熱輸較高，相對(duì)來(lái)說(shuō)冷卻速度的效果不是很理想。這樣效果很好，可以有效防止氫的流出和減少冷裂紋出現(xiàn)；二是高效率。一般來(lái)說(shuō)，選擇采取藥芯焊可以達(dá)成持續(xù)焊接，這樣不僅縮減手工焊接的問(wèn)題還可以提高焊接速度。最后焊接完成后，在焊渣比較薄的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)脫渣比較容易，從而減少脫渣環(huán)節(jié)消耗的時(shí)間；三是消耗成本低，在設(shè)備選擇上要具有普遍運(yùn)用性才可以達(dá)到半自動(dòng)焊的效果。對(duì)手弧焊接和別的焊接操作方式效果也很不錯(cuò)。在使用整個(gè)藥芯焊的過(guò)程中，效率非常大，坡口的位置相比就會(huì)越小，這樣不僅縮短填充金屬的耗費(fèi)，提高了焊接速度，而且降低從未有過(guò)的成本；四是整體成形美觀，半自動(dòng)焊適應(yīng)能力強(qiáng)，在整體進(jìn)行工藝焊接時(shí)，不用過(guò)多的保護(hù)，在焊接時(shí)憑著自身焊接產(chǎn)生的反應(yīng)，就可以達(dá)到脫氧的效果，不僅提高了焊接處的抗風(fēng)能力，而且，對(duì)于野外施工的需求也很輕松。

2.5 半自動(dòng)向下立焊焊接存在的缺陷及預(yù)防措施

2.5.1 氣孔

在焊接的過(guò)程中，時(shí)常會(huì)呈現(xiàn)出氣孔的現(xiàn)象，這樣會(huì)導(dǎo)致焊接質(zhì)量效果不好。產(chǎn)生氣孔的原因是在蓋面焊接時(shí)，如果熔池的溫度太高，在焊接的過(guò)程中就會(huì)吸入許多的空氣。與此同時(shí)，暴動(dòng)擺幅如果比較大的話，就會(huì)造成對(duì)熔池的保護(hù)力度不夠，所以為了避免此類情況發(fā)生，在蓋面焊接的過(guò)程中，我們選擇采用短弧焊接地展開(kāi)工作，焊接的電流強(qiáng)度稍微低點(diǎn)，不高于中間層。同時(shí)在焊接的過(guò)程中要注意提升焊接的速度，目的是以防止產(chǎn)生氣孔[3]。而云跳速度的減慢，可以使熔池里產(chǎn)生的氣體完全的向外流出去。在焊接的過(guò)程中，要及時(shí)處理坡口的位置，特別要注意禁止出現(xiàn)油污或者油漆，不可以讓熔池超前。對(duì)于焊材的儲(chǔ)存方式也是很重要的，不可以長(zhǎng)期的裸露出來(lái)，焊材要經(jīng)常保持烘干的狀態(tài)，如果，在后面焊接的過(guò)程中，由于焊材儲(chǔ)存不夠或者潮濕，則會(huì)導(dǎo)致后續(xù)使用不能正常進(jìn)行，所以，處理焊材不僅要烘干，而且還要有足夠的儲(chǔ)存量，為了便于后面的使用。為了防止氣體進(jìn)入到熔池的機(jī)率，在天氣比較惡略的環(huán)境下，更要加強(qiáng)對(duì)焊材的保護(hù)，保證焊材處于烘干的狀態(tài)，以便于使用。

2.5.2 夾渣

在焊接時(shí)，為確保焊道保持干凈，需要安排專業(yè)人員去處理焊渣與打磨，并且規(guī)范使用焊接流程。另外，在焊接時(shí)，應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)于焊條的選擇要合理，立即磨平接頭點(diǎn)，使其形成U形槽，防止呈現(xiàn)W形槽[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行燃?xì)忾L(zhǎng)輸管道焊接時(shí)，就會(huì)有很多問(wèn)題產(chǎn)生，為了能夠有最好的燃?xì)夤艿婪笤O(shè)服務(wù)，所以就應(yīng)該具有良好的焊接工藝，選擇適合的焊接設(shè)備，按照流程進(jìn)行施工，才能夠?qū)⒐艿涝械臓顟B(tài)改變。另外，采用向下立焊的施工工藝的操作方式可以提升工程的進(jìn)程。也可以很好的保護(hù)工程質(zhì)量，且操作比較容易。因此，向下立焊工藝已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到燃?xì)夤艿溃@種工藝不僅可以提升效率，還可以保證質(zhì)量。所以要達(dá)到符合管道施工的需求，既要讓焊縫成形的美觀展現(xiàn)出來(lái)，還要具有較強(qiáng)的抗風(fēng)能力。而且對(duì)坡口位置有嚴(yán)格要求，所以在焊接電弧的長(zhǎng)度、焊條角度以及焊接的速度上要合理地選擇與使用。這才是可以提高向下立焊質(zhì)量的重要之處。還有焊接前的預(yù)熱溫度要控制在100～120o范圍內(nèi)，這樣可以有效地防止焊條粘連。