浅议管道下向焊焊接技术

【摘要】管道焊接是保证管道密性和强度的关键，下向焊技术是到目前为止我国大部分长距离管线建设设计文件指定必须采用的焊接工艺。本文对几种下向焊专用焊条特点、焊接工艺进行分析，详细介绍了管道下向焊操作工艺。

【关键词】管道焊接；下向焊；焊接工艺

1、前言

我国能源资源主要分布在西部和北部，而东南部经济相对发达，能源消耗较大，每年需要运输大量的能源。管道运输是一种低成本运输方式，可输送油气，也可输送煤炭。应该积极开展管道运输，不仅能够减小铁路运输的紧张压力，而且也是海上油气资源开发、输送的迫切需要。

管道焊接是保证管道密性和强度的关键，是保证管道质量的关键，是保证管道安全生产的重要条件。大型输油、输气管道一般都是大口径、长距离金属管道需要一种质优高效的焊接工艺，目前我国广泛采用的一种焊接施工技术是金属管道下向焊焊接工艺，这种技术以其焊接速度快、焊接质量好成形美观、焊道背面成形平缓、均匀、节省焊接材料、降低工艺难度和工人劳动强度等优点,在我国石油、输气金属管道施工中应用得非常普遍。管道下向焊不仅可以提高管道焊接效率，缩短管线铺设时间，而且能够提高经济效益。

2、管道下向焊简介

输油、输气管道的焊接施工常在野外作业，焊接时要转动钢管使熔池处于水平位置是很困难的，因此焊接是在钢管固定不转动的情况下，对环形焊缝进行全方位施焊。下向焊技术是到目前为止优点较多的焊接工艺，已成为我国大部分长距离管线建设设计文件指定必须采用的焊接工艺。特别是大型输油、输气管道的焊接施工中，为了加速工程进度，保证质量，在操作技术上普遍采用下向焊接技术。下向焊必须采用性能优良的下向焊专用焊条。下向焊工艺，是从环形焊缝的顶部引弧，向底部施焊，每一半的环缝焊接时，焊接位置先后经历水平一倾斜一立焊一半仰焊一仰焊位置。

3、焊接设备及材料

3.1焊接设备

焊接设备在使用中应能保持性能稳定,长时间工作无过热、过流和欠压等现象。在根焊时电弧推力要适中,无断弧现象,根部成形好。同时根据长输管线的单移动性要求,焊机能够具有较强的移动方便性。我公司在施工中选用的是我国西安北方电气公司的MPM8/350CX型直流弧焊自发电焊机,该MPM系列是西安北方电气公司与意大利Genset公司作产品,采用全套进口组件生产。其性能稳定,功率强劲、坚固耐用。

3.2焊接材料及母材

下向焊条的性能应符合GB1717-85《碳钢焊条》,GB5118-85《低合金钢焊条》的要求。目前,下向焊的焊条在国内已有一些厂家生产,但在电弧的燃烧性、稳定性等方面与国外焊条相比还有一定的差距。而在国外焊条的选用上应符合如下要求,不同管材用纤维素型下向焊条焊接,焊条选用

3.3纤维素型焊条药皮特点

纤维素下向焊焊条的药皮中含有30%-50%的纤维素，其造气功能特别强，大量的CO和CO2气体在焊接时由于高温被分解，气体能够保护电弧和熔池表面，增强电弧吹力，增加熔滴在全位置焊接时向熔池过渡的稳定性，防止了熔渣及铁水向下流淌,并且熔透能力也较大，填充间隙性能也不错。

3.4低氢型焊条药皮特点

低氢型下向焊条是最为常用的一种管道下向焊专用焊条，其焊缝不仅韧性好，而且抗裂性更好，适合于X52-X70管线钢各层的下向焊接。低氢型焊条多为国外进口，药皮中含有稀释剂,提高了熔渣的流动性和浸润性,增加了熔渣的附着面积,加大了熔渣的附着力。

3.5自保护药芯焊丝药皮特点

自保护药芯焊丝在焊接时由于药芯高温分解会释放出大量的气体，从而无需外加保护气体对熔池进行保护，熔渣对熔池及凝固焊缝金属也能够起到保护作用。

3.6焊条的烘干

焊条在使用前应按规定条件进行烘干处理。焊条使用前要进行烘干，随用随取，烘干温度一般不得超过其碳化温度(120℃)，烘干时间为lh，现场使用的焊条应置于性能良好的保温简内，严格按规定保管、清理和焙烘焊接材料。施工环境温度在零度以下时,在焊接前,对母材进行预热(70-90℃),焊条烘干(70-80℃,保温0.5h)。

4.焊接工艺

4.1焊前准备

管道施焊前应将坡口两侧各50mm表面上的油污、水份、气割后的溶渣等杂物清除干净, 还须对坡口两侧各50mm的内外壁进行打磨及清理，直到露出金属光泽。

4.2焊接顺序

现场施工中的焊接程序应按如下进行:焊材验收坡口清理组对管口焊口预热下向焊根焊清理焊渣、打磨下向焊热焊清理焊渣、打磨下向焊填充清理焊渣、打磨下向焊盖面焊接清理焊渣、飞溅物外观检查无损探伤焊接返修(如需返修时)外观检查无损探伤。

4.3操作工艺

应在焊接施工前进行焊接工艺评定,焊接电源为直流反接。焊接速度不能过快，每根焊条焊200-300mm左右，且速度均匀，坡口根部两侧的熔合才会有保证。焊接时焊条的倾角随着焊条的位移而变化，在过0点钟位置处起弧,焊条与焊缝成80-85°,运条至3点钟位置时成85-90°,运条至5~6点钟位置时成90-100°,拉过6点钟位置处熄弧。在平焊位置起弧时,应将电弧拉到位,始终采用压弧直拉式运条,电弧要指向熔池中心,要特别注意控制熔池温度不要过高。在立焊位置焊接时,电弧应略长,使熔池保持一定的圆度,再下拉轻轻摆动。焊接起弧要在坡口内进行,严禁在坡口以外的管子表面起弧。下向焊焊肉薄，各层焊道的厚度应控制在2~左右，每一层焊道焊完后应仔细清除熔渣。更换焊条时的收弧和引弧连接是保证焊道均匀的关键。收弧前应增大焊接速度和适当减小焊条角度,以形成熔池小而薄的收弧,给接头创造良好条件。收弧时要将电弧引起坡口处熄弧,然后用砂轮将弧坑磨薄。引弧时在熔池收弧的后方5~10mm打火引弧,然后拉长电弧预热片刻,压短电弧形成熔池,运条至接头处并压住电弧,然后正常焊接。根焊时，选用小直径的焊条施焊，短弧直线运条，不做横向摆动，确保根部焊透。在根焊后立即进行热焊及填充焊，层焊温度不低于100℃为宜，焊条直径一般比根焊时略大，焊条不摆动或少量摆动。盖面焊时，焊接电流不宜太大，根据坡口尺寸做少许的横向摆动。

5、结语

在我国长输管道建设中,管道下向焊工艺是目前最为成熟的下向焊工艺。随着西气东输工程的建设，活性气体(CO2)保护下向焊打底、药芯焊丝自保护下向焊填充盖面的半自动下向焊技术得到迅速推广,全自动下向焊将是我国长输管道下向焊技术的发展方向。