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1、1论论下向焊接技术在管道施工中的应用下向焊接技术在管道施工中的应用姓 名山东工程机械钢圈厂有限公司二零一一年十一月二日2下向焊接技术在管道施工中的应用下向焊接技术在管道施工中的应用XXXXXXXXXXXX 公司公司 姓名姓名摘要：摘要：总结了全纤维素型、混合型、复合型三种手工下向焊接技术及半自动活性气体保 护焊、药芯焊丝自保护两种下向焊接技术在我县长输管道建设中的应用状况。指出了全自动 活性气体保护焊和全自动药芯下向焊将是我县长输管道下向焊接技术的发展方向。关键词：关键词：下向焊接、长输管道、应用1.1.引言引言 随着我县热电厂供暖管道的铺设，向下焊接技术得到了广泛应用。管道下向焊 接技术自
2、20 世纪 60 年代引进中国以来，经过几十年的发展，目前我县已具有成熟的手工下 向焊接技术，正在普及半自动气保护焊接技术，全自动气保护焊接技术与下向焊接技术的结 合做为管道焊接技术发展的趋势将会在全县管道建设中大力推广。2.2.手工下向焊接技术的应用与发展手工下向焊接技术的应用与发展手工下向焊接技术与传统的向上焊接相比具有焊缝质量好、电弧吹力强、挺度大、打底 焊时可以单面焊双面成形、焊条熔化速度快、熔敷率高等优点，被广泛应用于管道工程建设 中。随着输送压力的不断提高，油气管道钢管强度的不断增加，手工下向焊接技术经历了全 纤维素型下向焊一混合型下向焊一复合型下向焊接这一发展进程。2.1 全纤维
3、素型下向焊接技术 全纤维素型下向焊接对焊机的主要要求是：(1)具有陡降外特性，静特性曲线 A 段适当提高。(2)外拖推力电流起作用时其数值要足够大。(3)适当提高静特性曲线外拖拐点，以达到小滴过度，见图 1。 全纤维型下向焊接工艺参数见表 1。该工艺的关键在于根焊时要求单面焊双面成形；仰 焊位置时防止熔滴在重力作用下出现背面凹陷及铁水粘连焊条。我国早期的下向焊均是纤维 素型。表表 1 1 全纤维素型下向焊接工艺参数全纤维素型下向焊接工艺参数焊道焊条型 号焊条直径 (d)，mm极 性焊接电流 (I)，A电弧电压 (U)，V焊接速度 cmmin-1运条方法根焊E60103.2DC709022301
4、020直拉 热焊 填充E70104.0DC7014022301530直拉盖面E70104.0DC11013022302030直拉或小3幅摆动2.2 混合型下向焊接技术混合型下向焊接是指在长输管道的现场组焊时，采用纤维素型焊条根焊、热焊，低氢型 焊条填充焊、盖面焊的手工下向焊接技术。主要用于焊接钢管材质级别较高的管道。陕京管 道是我国第一条采用下向焊工艺和进口钢管及焊材建成的长距离管道，其工艺参数见表 2。表表 2 2 混合型下向焊接混合型下向焊接 管材等级GB/T 9711可比较的 API 等级焊条选用根焊道S205，S210，S290，S315， S360，S385，S415A，B，X42，
5、X 46， X52，X60其余焊道AWS E7048根焊道AWS E7048 315，360，385X60，X65其余焊道AWS E80162.3 复合型下焊接技术复合型下向焊是指根焊及热焊采用下向焊接方法，填充焊及盖面焊采用向上焊接方法的 焊接工艺。其主要应用于焊接壁厚较大的管道。20 世纪 90 年代末期，大壁厚管材广泛应用国内外油、气和水电工业长输管道中，水电 工业的压力管道中一般管径达 1m 以上，壁厚达 1060mm，与传统的向上焊相比，由于下向 焊热输入低，熔深较浅，焊肉较薄，随着钢管壁厚的增加焊道层数也迅速增加，焊接时间和 劳动强度随之加大，单纯的下向焊难以发挥其焊接速度快、效率
6、高的特点。手工电弧焊不同 壁厚钢管焊接层次及道数推参考表见表 3。而根焊、热焊采用向下焊，填充焊与盖面焊采用 向上焊的复合下向焊技术则可发挥两种焊接方法的优势，达到优质高效的效果。在半自动气 体保护下向焊接技术应用于管道建设之前，大壁厚管道多采用复合型下向焊接技术。表表 3 3 手工下向焊不同壁厚钢管焊接层次及焊道数手工下向焊不同壁厚钢管焊接层次及焊道数 向上焊下向焊壁厚，mm层数道数层数道数 67333434 7833545 81034344557 10124455679 1214456679113.3.半自动下向焊接技术的应用与发展半自动下向焊接技术的应用与发展我国的半自动化焊接技术在长输
7、管道建设中的应用是 20 世纪 90 年代逐步引进、发展起 来的。由于半自动焊具有生产效率高、焊接质量好、经济性好、易于掌握等优点，自引进中 国管道建设中以来迅速地发展起来。半自动下向焊接技术主要分为两种操作方法：药芯焊丝 自保护半自动下向焊和活性气体保护半自动下向焊。3.1 药芯焊丝自保护半自动焊技术药芯焊丝适用于各种位置的焊接，其连续性适于自动化过程生产。工艺参数见表 4(以 X470 钢管焊接为例)。该工艺的主要优点：(1)质量好。焊接缺陷通常产生于焊接接头处。同等管径的钢管手工下向焊接接头数比 半自动焊接接头数多，采用半自动焊降低了缺陷的产生机率。通常应用的 NR204、NR207 焊
8、 丝属低氢金属，而传统的手工焊多采用纤维素焊条。由此可知，半自动焊可降低焊缝中的氢 含量。同时，半自动焊输人线能量高，可降低焊缝冷却速度，有助于氢的溢出及减少和防止 出现冷裂纹。(2)效率高。药芯焊丝把断续的焊接过程变为连续的生产方式。半自动焊溶敷量大，比 手工焊道少，溶化速度比纤维素手工下向焊提高警惕 1520。焊渣薄，脱渣容易，减 少了层间清渣时间。(3)综合成本低。半自动焊接设备具有通用性，可用于半自动焊，也可用于手弧焊或其 他焊接法的焊接。以焊接厚度为 87mm 钢管为例：手工焊至少需 3 组焊工完成，半自动焊 只需 2 组焊工，至少可减少 2 名焊工，也相应减少了焊机数量和等辅助工装
9、数量。同时，药 芯焊丝有效利用率高，焊接坡口小，即节省填充金属使用量，又提高了焊接速度，综合成本 只及手弧焊的一半。表表 4 4 药芯焊丝自保护半自动下向焊参考工艺参数药芯焊丝自保护半自动下向焊参考工艺参数 钢管厚度()，mm主要参数4.812.7 送丝速度 ，mmmin-12.293.30 电流(I)，A245300 电压(U)，V19202122 干伸长度(L)，mm19251925 层间温度(T)，2013520135 表表 5 5 药芯焊丝自保护半自动下向焊不同壁厚钢管焊道层数药芯焊丝自保护半自动下向焊不同壁厚钢管焊道层数 管壁厚度，mm焊道4.8 6.3 7.1 7.9 8.7 9.
10、5 10.3 11.1 12.7 19.120.9 根焊11111111111 热焊11111111111 1111111填充焊4810 补充焊道(25 点处)1111144 盖面焊11111122233 合计344445561018203.2 CO2活性气体保护半自动下向焊接技术CO2气体保护焊是一种廉价，高效的焊接方法。传统的短路过度 CO2焊接不能从根本上 解决焊接飞溅大，控制熔深与成型的矛盾。采用波形控制技术的 STT 型 CO2半自动焊机，保 证了焊接过程稳定，焊缝成形美观，干伸长度变化影响小，显著降低了飞溅，减轻了焊工劳 动强度。STT 型 CO2半自动焊时，焊机处于短路过渡方式，
11、电源在一个过渡周期内，根据不同电 弧电压值，输出不同的焊接电流。STT 型 CO2半自动焊以其优异的性能拓宽了 CO2半自动焊在长输管道施工中的应用领域 。中国石油天然气管道局曾在苏丹 Muglad 石油开发项目中首次使用了 STT 型 CO2半自动下 向焊接技术进行管道打底焊接，中原石油勘探局建筑集团公司正在施工的陕京管线复线京5石管线工程使用了 STT 型 CO2半自动下向焊接技术，焊接工艺见表 6。表表 6 6 STTSTT 型型 COCO2 2半自动下向焊焊接工艺参数半自动下向焊焊接工艺参数焊道名称焊材极 性电弧电 压 (U)，V峰值电 流 (Im),A基值电 流 (IU)， A干伸
12、长 (L)， mm气体流量 (Q)， Lmin-1焊接速度 (V1)， cmmin-1送丝速度 (V2)，cmmin-1打底JM-60 DC18203804 206080182 0101515203.30填充NR207 DC18221902 50182 020302.032.54盖面NR207 DC18221902 50182 015202.032.234.4.下向焊接技术对工装、设备及环境的要求下向焊接技术对工装、设备及环境的要求下向焊接技术的发展与进步依赖于焊机、对口器、送丝机构、行走机构等装备的技术成 熟程度和焊材工艺性能的稳定性。长输管道工程各种下向焊接技术的应用主要有以下两个因 素：
13、4.1 工程环境条件：在一些环境恶劣的地区，限制了先进的焊接技术的应用。比如一些水网地带，因空气湿 度大，对焊材的烘干、保管、使用要求严格，现场焊接多采用纤维素焊条手弧焊，原因是纤 维素焊条比低氢型焊条在同等条件下气孔产生的倾向小。另一方面，水网地带施工现场，自 动、半自动焊接设备运用困难较大而手工焊由于焊钳小，操作灵活简便，在满足焊缝力学性 能的前提下，可根据现场条件选择可行的焊接方法。4.2 工装设备的技术状况：先进的自动、半自动焊接设备会大幅度提高焊接效率，尽管更新装备需投人大量资金， 在长输管道建设高峰期时代，其市场回报率是可观的。只有拥有技术，方可拥有市场。结论结论 在我县管道建设中，手工下向焊接技术曾广泛应用，手工下向焊打底、半自动下向 焊填充盖面工艺是目前最为成熟的下向焊接工艺，惰性气体(CO2)保护下向焊打底、药芯焊 丝自保护下向焊填充盖面半自动下向焊接技术目前正在全县得到迅速推广，全自动下向焊将 是我县管道下向焊接技术的发展方向。 参考文献 1. 陈祝年主编，焊接设计简明手册，北京 机械工业出版社 1997 2. 吴晓清主编，焊接原理，北京 机械工业出版社 1997 3. 曾 乐主编，现在焊接技术手册，上海科技出版社 1993 4. 周兴中主编，焊接方法与设备，北京 机械工业出版社 1990
