半自动焊接的方法在长输管道中的应用
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【摘要】在焊接的施工中还要根据管材的材质和管材的规格选用合适的焊接方法。要保证焊接后的长输管道质量好、再现性能好, 就一定要保证焊接方法技术到位和在施工过程中应用正确。下面笔者对半自动焊接的方法在长输管道中的应用进行介绍。
【关键词】半自动；焊接；方法；长输管道
中图分类号：P756.2 文献标识码：A 文章编号：
1、半自动焊接方法
半自动焊接是焊丝连续送进，电弧的运动由焊工手工操作的焊接方法，设备比较简单，移动方便，焊接准备时间短，焊接操作灵活，焊接质量稳定可靠，生产效率高，适用于全位置焊接。半自动焊接方法很多，目前主要有CO2气体保护半自动焊，药芯焊丝CO2气体保护半自动焊及自保护药芯焊丝半自动焊等。为了选出适合于焊接API规范的大口径长输管道的焊接方法，本文对目前常用的半自动焊接方法进行全位置管道焊接的试验研究。
（1）CO2气体保护半自动焊接。CO2气体保护半自动焊接采用实芯镀铜光焊丝，纯二氧化碳气体，焊丝本身对电弧不起保护作用，完全依靠二氧化碳气体保护电弧及熔池，以防止空气的侵入，同时二氧化碳气体又起到使电弧稳定燃烧的作用，由于二氧化碳气体保护焊的电弧气氛是氧化性气氛，因此对铁锈、油污不敏感，焊缝含氢量低，但是对熔敷金属的合金元素烧损严重，所以焊丝中含有较高的锰和硅等合金元素。
（2）药芯焊丝CO2气体保护焊。药芯焊丝CO2气体保护焊的焊丝中含有相当于焊条药皮成分的焊药，焊丝中的焊药在电弧燃烧时产生气体和熔渣，熔渣堆焊接熔池有保护作用，气体具有稳定电弧燃烧和保护电弧气氛的作用，焊药中的合金元素对熔敷金属有冶金作用，能够改善焊缝金属的化学成分从而改善焊缝金属的机械性能。药芯焊丝气体保护焊比实芯焊丝CO2气体保护焊最大的优点是熔敷金属的机械性能好，焊缝的熔合性好。
（3）自保护药芯焊丝焊接。自保护药芯焊丝焊接是一种技术含量很高的焊接方法，该焊接方法完全焊丝中的焊药在电弧燃烧时产生的气体和熔渣保护电弧和熔池防止空气的侵入，并使电弧稳定燃烧，对熔池金属具有冶金作用；该焊接方法与手工电弧焊一样具有抗恶劣环境的能力。自保护药芯焊丝焊接时的电弧吹力大，熔深大，熔敷效率高，熔渣少，易清理，焊缝金属的机械性能好。生产效率高。自保护药芯焊丝下向焊用于管道全位置焊接时，焊道薄，焊接层次多，后一层焊道对前一层焊道有热处理作用，焊接速度快焊缝金属的机械性能好。焊缝X射线探伤合格率高。自保护药芯焊丝下向焊与合适的管道打底焊工艺相配合用于大口径长输管道的焊接将会有很好的前途。
2、管道半自动焊工艺选择
管道焊缝大都由根焊、热焊、填充以及盖面焊道组成，其中根焊焊道的关键在于保证根部焊透、背面成形以及两边熔合，工作量相对较小但是意义重大。因此，不但要求有合适的打底工艺，还要求焊工有较高的操作技能。
（1）管道打底焊工艺。
CO2气体保护焊由于二氧化碳气体对熔池的冷却作用，使得短路过渡时焊接熔池特别小，容易控制，因此也适合于管道打底焊，近年来还发展了专门用于管道打底焊接的能够控制电流波形的STT下向焊设备，已开始用于管道打底焊接。不论何种二氧化碳气体保护焊打底方法都有一个共同的弱点，就是对管道的组队要求高，必须非常严格的控制对口间隙以及钝边，否则容易产生烧穿、未熔合、未焊透等焊接缺陷，另外CO2气体保护焊打底要求焊工必须全神贯注的盯着熔池，控制电弧始终在熔池上方燃烧，否则容易产生穿丝现象，也就是焊丝直接穿进管道内，形成异物，这对以后的调试运行有极大的危害。
纤维素焊条手工下向焊打底焊接此方法虽然也属于手工电弧焊的范畴，但是与普通的手工电弧焊不同，焊条药皮中含有大量的纤维素等有机物，这些有机物在电弧燃烧时产生大量的气体，电弧吹力较大，有利于熔滴的过渡和增加熔深，焊接时产生的熔渣量少，易于清理，操作容易，焊接速度快，焊接设备简单，焊接质量好。因此，纤维素焊条手工下向焊是一种很好的管道打底焊方法。
CO2气体保护表面张力（STT）下向焊打底。CO2气体保护焊的熔滴过渡在小电流情况下是一种频率很高的短路过渡；表面张力过渡是采用弧焊电源外特性的波形控制技术，使得焊接规范随熔滴的形成、长大、和过渡而改变，使熔滴的过渡不同于一般的短路过渡需要爆断小桥，而是依靠表面张力平缓的过渡到熔池中去，电弧由上而下运动，不作横向摆动或仅作轻微的横向摆动，这样可以形成一层薄而均匀的打底焊道。实践证明用这种方法进行管道打底焊接焊缝成形好，合格率高，焊接效率高。表面张力焊接是CO2焊接技术的新发展，特别适合于管道打底焊。
（2）管道焊接的半自动填充盖面焊。
实心焊丝CO2气体保护半自动焊进行全位置焊接时，要从管道底部引弧向上焊接，每层焊道的厚度较厚，可达4～5mm，焊接速度较慢，每分钟只有6～10cm，对有层间温度要求的材料不能满足要求，同时由于CO2气体保护焊的熔池冷却速度快，焊熔深较浅，焊缝的抗拉强度和屈服强度较高，延伸率和冲击韧性有所下降，甚至在弯曲试验时从熔合线发生断裂。因此，认为实芯焊丝CO2气体保护焊不适合于X60等材质的油气长输管道的焊接。
药芯焊丝CO2气体保护半自动焊熔敷金属的机械性能虽然好，但是由于熔敷金属的过渡为颗粒过渡，焊工不易掌握，因此也不适合于管道焊接。
自保护药芯焊丝半自动下向焊，该方法采用自保护药芯焊丝，没有外加的保护气体，完全依靠焊丝中的焊药在电弧燃烧时产生的气体及熔渣保护焊接电弧及熔池，并对熔敷金属有冶金作用，此方法的电弧吹力较大，焊接熔深大，抗风能力强。焊接时电弧自上而下运动，焊接速度快，每层熔敷金属的厚度较小，需要多层多道焊接。
3、管道半自动焊接工艺
按照保证质量提高效率的原则，下面结合X60管子的焊接工艺介绍纤维素焊条手工下向焊打底，自保护药芯焊丝半自动下向焊填充盖面和CO2气体保护表面张力（STT）下向焊打底、自保护药芯焊丝半自动下向焊填充盖面的焊接工艺。
3.1纤维素焊条手工下向焊打底自保护药芯焊丝半自动下向焊填充盖面焊接工艺
（1）坡口型式。
坡口角度α=60 ±5
钝边p=0～1mm；
对口间隙b=2～4mm。
（2）焊接工艺规范
（3）焊接检验。试件经外观检验合格，试件按API1104进行X射线探伤检验合格。
（4）力学性能试验。试件按API1104进行拉力，弯曲以及缺口锤断试验，结果合格。
3.2 CO2气体保护表面张力（STT）下向焊打底、自保护药芯焊丝半自动下向焊填充盖面的焊接工艺
（1）坡口形式。
坡口角度α=60°±5°；
钝边p=0～1mm；
对口间隙b=1.2～2mm。
（2）焊接工艺规范。
（3）焊接检验。试件经外观检验合格，试件按API1104进行X射线探伤检验合格。
（4）力学性能试验。试件按API1104进行拉力，弯曲以及缺口锤断试验，结果合格。
4、结论
通过对手工下向焊、半自动下向焊、自动焊焊接方法及在施工过程中的应用的介绍, 我们了解了长输管道焊接的主要方法和应用，更好的加快长输管道焊接生产朝着高效率、高质量、高速度、低成本的方向发展。
参考文献
[1]徐万恒.下向焊接技术在长输管道施工中的应用.《城市建设理论研究》2012.19.