向下焊半自动焊接技术在热力管道施工中的应用

孙秀英

中国化学工程第十一建设有限公司 河南开封 475002

1 向下焊接技术优点

向下焊半自动焊接手法使用的焊接材料主要是纤维素型焊条，其起弧方式是在管道上部的12 点方向进行引弧，再向下方连续运弧完成所需要的焊接工作。这一方式的焊接速度相对较快，焊缝成型非常美观，焊接的质量比较理想，和传统的氩电联焊方式相比，主要有以下优点：

（1）效率得到较大提升，可缩短工期，提高经济效益；

（2）焊缝的外观成型美观，内在焊接质量也相对良好，RT 射线探伤的合格率一般保持在96%以上，甚至达到98%以上；

（3）提高焊材的使用率，降低消耗，节约焊材和成本。

图1 和图2 为管道下沟敷设和向下焊半自动焊接作业图。

图1 管道下沟敷设

2 向下焊技术应用

2.1 焊接方式

中国化学工程第十一建设有限公司在河南省开封市金盛热力项目中，承接的热力管道焊接工程共有11 条线路，总长度18916m，其中DN500 及以上管径15496m，占总工程量的81.92%。经过仔细查看图纸上的设计要求，结合经济性分析，再根据现场线路焊接条件及管径选用了氩电联焊及向下焊两种不同的焊接形式；决定DN500 以上（含DN500）管道焊接使用纤维素焊条（手工电弧焊）及半自动药芯焊丝自保护向下组合焊方式，这种焊接方式是第一层根焊采用手工纤维素焊条打底，第二道第三道采用半自动药芯焊丝自保护填充盖面。

2.2 焊接材料

按照公司对材料及零部件采购管理制度要求，选择了天津吉鼎五金机电有限公司供货的奥地利BOHLER（伯乐）生产的Φ3.2×350 mm E6010 型纤维素焊条；焊丝采用天津金桥焊材集团有限公司生产的Φ2.0mm E71T8- Ni1J 型自保护药芯焊丝。

2.3 焊接工艺评定

焊接工艺评定选用公司已经评定过的AN- 25 号焊接工艺评定，母材、焊材与金盛热力管道所使用的母材、焊材同种同类，焊接方法相同，可以覆盖本次焊接作业工作。上报监理、建设单位审批同意后，不再进行现场工艺评定作业。

2.4 焊接操作

2.4.1 管道对口

本次DN500 及以上管道组对作业和定位使用的是管道外对口器，对口的精度相对较高。管材单边坡口角度需要保持在27.5°～32.5°，钝边其自身的厚度能够达到1.5～2mm ，对口的间隙能够达到1.5～2mm ，错边量小于等于钢管外径3‰并且小于等于2mm。

2.4.2 纤维素型焊条根部焊接要点

管道用对口器固定好后，先开始根部打底焊作业。采取从管道顶端12 点方向点火起弧，引弧后向6 点方向焊接。操作要点为焊工手要稳，焊条不宜摆动；要保证管道根部焊口彻底焊透，但是不能烧穿孔，不能出现未熔合现象。在立焊和仰焊时，要保持焊条与管道稳定的接触距离，要让焊条在坡口的根部运行时有一种若即若离的感觉；在焊接到4 点位置时，要保持些许的上顶焊条，使熔池里的熔液能顺利流到坡口背侧，保证焊肉均匀并能成型固定。在到达管道底部息弧时，稍稍完成对电弧的上挑动作，焊条与焊缝的夹角维持在70°～80°的一个状态；在焊肉将熔坑完全填满之后，快速息弧，确保底部接头金属能够保持良好的融合。

2.4.3 焊道清理

管道根焊工作完成之后，使用角向磨光机进行认真细致的焊道清理，使管道根部焊道露出漂亮的银白色光泽，没有肉眼可见的尖角毛刺，整个焊道光滑锃亮，就像坡口机加工出来的U 型坡口一样标准。且焊缝两侧无明显的磕碰或凹槽，最大限度地避免填充焊的时候产生焊缝缺陷，为填充焊提供良好的基础作业条件。

2.4.4 焊接操作注意事项

（1）焊接电流：焊接过程中，焊接电流和送丝速度的关系成正比，增加电流或者送丝速度都使导致焊缝的宽度和强度增加。在半自动焊接方法中，这种关系表现的尤其明显，可以用来控制焊接过程的质量和效率。焊接中，送丝速度的调整主要是为了调节焊接电流的大小，以达到合适的效果。在焊接过程中，需要通过调节送丝速度来控制焊接电流的大小，以实现理想的焊接结果。控制焊接电流需要考虑到工件材料、工件厚度、焊丝直径、施焊位置和熔滴方式，以便控制送丝速度。

（2）焊接电压：使用电压保证送丝均匀、电弧稳定、避免电火花飞溅，同时控制熔池，是保持施焊电压和焊接电流一致的关键。这样在现场施焊时，可以听到非常均匀的“吱吱”声。

（3）焊丝长度：当焊接电流较小时，需要将焊丝的伸出长度相对缩短，反之则需要适当地增加其伸出长度。这种方法会引起焊丝的伸出长度发生变化，从而对整个焊接工艺产生不同程度的影响。焊接某些较大口径的钢管时，需要控制焊丝的伸出长度：上坡焊时为30mm，立焊位需要保持在30～40mm，下坡焊和仰焊位置时需要保持在50～70mm。

（4）焊接速度：焊接速度较快时，可以有效处理凸凹不平、脆性破裂、气孔等多种焊接缺陷。焊接速度过慢则会导致多种缺陷，例如焊道未完全熔合或不均匀，且焊接后也会出现较大的变形。因此，采用合适的焊接速度尤为重要。

（5）焊丝角度：焊丝角度必须控制在70°～80°之间。焊接角度超过80°时，导电嘴面会比较容易被飞溅物粘附，导致出现跳丝现象发生；当焊丝角度小于70°时，焊枪的导电嘴会与焊件距离较近，又容易产生相互接触的现象，使导电嘴端部的焊丝熔断，严重时会导致导电嘴堵塞。因此，设法让焊丝角度增加至70°以上，可有效避免以上问题的出现。

2.4.5 填充层（第三层及以上）的焊接要点

第三层及其以上填充层操作的核心是一定要对焊接速度进行控制。焊接速度相对较小时，容易使得焊层不断提升，熔深增加，最终导致成形不良和出现焊道烧穿等问题；焊接速度偏大，则会使得熔渣出现不均匀和铁液存在不足，管道两边的熔合也存在问题，产生显著的沟槽。所以，一定要将焊接速度控制在合理的空间内，既不能过慢，又不能过快，成熟的焊工运用也很关键。

3 焊缝质量检测

3.1 表面的质量要求

按照《城镇供热管网工程施工及验收规范》的有关规定，焊缝表面不应有肉眼可见的裂纹、气孔、夹渣、未熔及飞溅物，焊缝外观应完整圆滑，焊脚高度应大于母材表面；咬边深度与凹陷深度应小于0.5mm，且咬边长度和凹陷长度不得大于焊道总长度的10%；控制的焊缝余高为被焊件壁厚的30%且小于等于5mm；焊缝总宽度大于坡口3～4mm。

3.2 焊缝的无损检测

按照图纸及热力管道施工验收规范，对焊缝给予100%RT 检测，Ⅱ为合格。

4 缺陷分析

该工程焊接在实际施工过程中产生的缺陷包括未熔合和未焊透、夹渣和气孔、内凹及裂纹等。在仰焊及立焊部位，内凹和裂纹产生的缺陷概率相对较多。裂纹主要是产生在仰焊过程。而内凹则主要产生在根焊的时候，若电弧的吹力不充分，溶液会因重力作用而受到影响；很多未熔合、未焊透，以及钢管对口出现错边，与焊接过程中参数产生变化、运条方法的选择、焊工方式及水平等因素均存在关联；夹渣和气孔主要受到焊缝冷却速度的影响，并且和外部环境及焊条的受潮情况有着直接关系。

5 结语

此次向下焊焊接方法在金盛热力项目的大范围运用，使得整体焊接工期大大缩短，焊接一次合格率稳定保持在98%以上，从盛夏开工至当年供暖之前11 条管线全部实现贯通运行。

在我们国家热力管道的管网进行建设的同时，向下焊接技术得了施工人员的认同，并且获得大范围应用。纤维素向下焊+ 半自动向下焊工艺属于目前国内比较可靠的一种向下焊工艺。在这一工程中，向下焊工艺展现出了焊缝质量高和焊接速度相对较快的优势，与氩弧焊相比，向下焊的效率可提高近一倍，保障了民用供暖工程施工目标的实现。