论下向焊工艺在天然气管线建设中的应用

摘要：下向焊是一种手工电弧焊焊接工艺方法，该工艺电弧吹力大，熔深大，焊条熔化速度快、熔敷效率高。非常适合用于压力钢管的焊接。本文主要论述下向焊工艺中天然气管线建设中的应用

关键词：下向焊；纤维素焊条；低氢型焊条；混合型下向焊；复合型下向焊

中图分类号：[TU279.7+6]文献标识码： A 文章编号：

引言：在西气东输项目实施的过程中，天然气高压管道在输气路线大规模的建设。此类高压输送管道是一项现场焊接安装工程，主要采用手工下向焊焊接工艺，而该工艺在我国之前的天然气管道铺设中尚未大规模采用，因此有必要对该项技术的应用进行相关探讨。

下向焊焊接工艺概述

1.1下向焊焊接工艺的特点

它是一种手工电弧焊焊接工艺方法，主要用于压力钢管的焊接，其焊接方法是：在管道水平放置固定不变的情况下，焊接热源从顶部中心开始向下焊接，一直到底部中心。

1）优点：

该工艺采用向下焊专用焊条，该类焊条用独特的药皮配方设计，与传统的向上焊焊条相比，具有电弧吹力大，焊接时熔深大，打底焊时可以单面焊双面成型、焊条熔化速度快、熔敷效率高等优点，超声波探伤、射线拍片合格率高。相对于自动焊又克服了在野外较差的自然条件下使用设备复杂、操作不便的不足。

2）缺点：

焊条价格较高;向下焊时熔深较浅，焊道间打磨工作量增加。随着管道壁厚的增加焊道层数迅速增加，焊接时间延长和劳动强度加大。

1.2下向焊焊接工艺适用范围

该方法适用于低合金高强度钢的薄壁大直径管道。在野外作业时，在达到一定质量要求的前提下，比手工电弧焊速度快，也比手工氢弧焊抗环境影响能力强。

在长输管道建设中的发展和应用

下向焊焊接工艺在长输管道建设中不断发展，得到了广泛的应用，现己成为一门较为成熟的工艺。60年代后期，该工艺主要使用纤维素焊条，但是当用于大直径、厚壁管的焊接时，其焊接速度反而比不上向上焊，因此下向焊焊接方法也在不断发展和完善，出现了以下几种工艺。

2.1混合型手工下向焊焊接工艺

根据前述对焊接材料的分析，低氢型焊条由于焊缝金属中含氢量和含氧量较低，在相同条件下，其韧性较纤维素焊条好，但速度慢，由此产生了混合型手工下向焊焊接工艺。该工艺是采用纤维素型焊条根焊、热焊和低氢型焊条填充焊、盖面焊的焊接方法，可充分发挥两种焊条的优点，适用于钢级较高的管道焊接。在国际管道建设上使用较多，美国、加拿大、荷兰及瑞典等国家在80年代后期的长输管道手工焊中广泛采用;在我国也有应用实例。可以预见，随着管道工程对管材提出更高的要求，高强度、高韧性的大口径钢管应用日益广泛，混合型下向焊焊接方法会逐步成为长输管道现场焊接的主要方法。

2.2复合型下向焊焊接技术

复合型下向焊是指对根层与热焊层采用下向焊、对填充层与盖面层采用向上焊的焊接方法，它主要用于壁厚较大的管道。如前所述，壁厚较大的管道，采用下向焊焊接方法，焊接层数多，反而不能发挥其焊接速度快的优势，因此考虑采用复合型的焊接方法，可发挥两种工艺的优点。

2.3下向焊焊接技术中的不同工艺在我国的应用

1993年建成投产的达连河一哈尔滨煤气管道是我国第一根采用低氢下向焊技术的管道干线工程，管径为630x7一720x7，材质为A3F钢，全长247.45km，最大工作压力为21.6MPa。陕京输

气管道工程，线路工程用钢管管材为APISLX60级，管径660mm，壁厚7.1一14.3mm；沿途环境比较恶劣，要求焊接接头具有较高的低温冲击韧性，通常的全纤维素焊接工艺难以满足该要求，经过综合性能比较、实验和焊接工艺评定，采用混合型手工下向焊焊接工艺，获得了成功。苏州工业园区输水管道工程，该工程所用的钢管规格为D1400，壁厚14mm。若采用单一的下向焊方法，一道焊口需要7一8层，而采用复合型下向焊方法，只需4一5层，这样，根层与热焊层采用下向焊，可加快焊接速度，而填充层与盖面层采用向上焊的焊接方法，可减少层数，由此一道焊口可节约焊接时间约30mm，可降低焊工的劳动强度，提高工作效率。因此该工程即采用了该项工艺。

3.下向焊焊接工艺在天然气管道建设应用过程中应注意的问题

3.1采用合理的焊接工艺

输气管道宜采用低氢型向下焊条，通过上述分析可以看到这样从焊条上很好地保证了焊接质量，但降低了焊接速度，提高了工程造价。因此建议应根据所选用的管材、壁厚、现场施工条件等因素，进行综合比较，采用合理的焊接工艺。

3.2应用下向焊工艺，关键在于选用工艺性能满足要求的焊接材料

下向焊技术使用的电焊条主要为纤维素型和碱性低氢型两大类。纤维素型电焊条主要特点是药皮发气较早且多，浸润性好，根焊成形好，过渡圆滑，同时，其对口间隙小，焊接速度快，效率高的优势也很突出，焊缝气孔也较少见。

碱性低氢型下向焊电焊条目前国内还没有生产，国际上应用较为普遍。该焊条焊缝金属中含氢量和含氧量较低，在相同条件下，其抗冷裂性和韧性均较纤维素焊条好，并且焊缝金属具有良好的综合力学性能。但是低氢型焊条的电弧吹力不及纤维素焊条大，焊接操作不便，焊接速度慢，电焊条端头必须有引弧剂，出气孔的儿率还是较高；若停弧，剩下的电焊条无法使用，对焊接设备和操作水平要求较高。

3.3焊接顺序

管道下向焊宜采用流水作业，小直径时，每层由两名焊工同时自顶部开焊，较大直径时，一名焊工自管顶开焊，另一名焊工自3时位置处开焊，直径≥N700时，推荐由三名焊工同时焊接， 以缩短根焊时间，保证层间温度，另外从不同位置开焊，能有效保证对口间隙不会变化。

3.4焊前预热

对焊接区域进行预热有利于打底焊时不粘条，焊接电流稳定，坡口两侧熔合良好。应依据所选用钢材等级和工艺评定规定，决定是否需要预热。如果要预热，可采用在管接头坡口两侧100mm范围内进行火焰预热的方法，温度为100~200℃，应均匀上升，要对温度进行测量控制。

3.5管道组对

宜选用内对口器，可实现根焊道一次完成。

3.6焊接设备

全位置下向焊对焊接设备有严格要求，所用的电焊机应引弧容易，燃烧稳定;焊接时飞溅小，不粘条，焊缝成形美观，体积小，重量轻，以适应野外施工的要求。

结语

加强对下向焊焊接技术的探讨，有助于提高该项技术在天然气管道建设中的运用水平，从而在管道建设中获取最佳的经济效益和社会效益。

参考文献：

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