低氫焊條（向上）根焊+自保護(hù)藥芯焊絲半自動（向下）焊接在中緬管道的應(yīng)用

中國石油管道局第六公司 （天津 300270） 劉 智 毛靜麗

1. 概述

中緬油氣管道（國內(nèi)段）主干線采用X80鋼，X80是一種超低碳微合金高強(qiáng)鋼，其典型化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1、表2所示

表1 X80管線鋼的典型化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

表2 X80管線鋼焊縫金屬力學(xué)性能要求

X80鋼具有一定的冷裂紋傾向。冷裂紋的產(chǎn)生是由淬硬傾向、氫含量和應(yīng)力共同作用引起的，在現(xiàn)場焊接時(shí)要是采用含氫量高的纖維素焊條根焊會影響焊接接頭的性能，易產(chǎn)生氫致裂紋，所以應(yīng)選用低氫級的焊接材料，伯樂FOX EV PIPE低氫焊條AWS A5.1—04: E7016—1 H4 R向上根焊+藥芯焊絲半自動（向下）填充蓋面在中緬油氣管道（國內(nèi)段）連頭和返修得到了應(yīng)用如表3～表5所示。

表3 根焊熔敷金屬化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

表4 根焊熔敷金屬力學(xué)性能

表5 填充熔敷金屬化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

伯樂FOX EV PIPE低氫焊條AWS A5.1—04:E7016—1 H4 R（以下簡稱E7016）為低氫立向上堿性藥皮焊條，熔渣流動性好，焊縫金屬純凈，硫、磷等雜質(zhì)元素及氧含量低，并且擴(kuò)散氫含量很低，具有抗冷裂性好及沖擊韌性優(yōu)良的特點(diǎn)。適用于細(xì)晶粒鋼管道的焊接，可用于直流正接、反接根焊。但抗風(fēng)能力弱、易吸潮、熔化速度較慢。焊接工藝不當(dāng)易造成焊接過程中出現(xiàn)氣孔、未熔合、夾渣的缺陷。根據(jù)長期的焊接操作實(shí)踐，特別是中緬油氣管道（國內(nèi)段）施工上崗前焊工低氫焊條E7016進(jìn)行根焊（向上）+藥芯半自動（向下）填充蓋面的焊接工藝培訓(xùn)總結(jié)了焊接工藝要求及操作技術(shù)關(guān)鍵?，F(xiàn)以中緬油氣管道（國內(nèi)段）焊接施工過程為例，分述如下。

2. 焊接缺陷產(chǎn)生的原因分析

（1）氣孔 焊縫中氣孔的生成是幾種氣體共同作用的結(jié)果，起主要作用的氣體是氫和氮。焊接區(qū)的氫來自于各方面，如工件或焊條藥皮表面有鐵銹、油漆、油脂及水分等雜質(zhì)。在焊縫冷卻過程中，氫在焊縫金屬中的溶解度急劇下降，使氫析出并向外排出，當(dāng)氣泡在熔池結(jié)晶前來不及浮出時(shí)，便形成了氫氣孔；氮主要來自空氣，一般氮?dú)饪仔纬墒且驗(yàn)楹附訁^(qū)沒有得到充分的保護(hù)，電弧和焊接熔池金屬受到空氣的侵入。低氫焊條引弧時(shí)容易產(chǎn)生氣孔，就是因?yàn)樗幤ぶ械脑鞖馕镔|(zhì)CaCo3,在引弧時(shí)未能及時(shí)分解而產(chǎn)生足夠的CO2造成保護(hù)氣體不良空氣的侵入所致。空氣的濕度也會影響電弧氣氛中水蒸氣的分解，水蒸氣分解越多，越容易產(chǎn)生氫氣孔。焊接工藝不當(dāng)，以致電弧不穩(wěn)定或者失去正常的保護(hù)左右，會促使氣體溶入，增大氣孔傾向。斷弧焊和連弧焊對氣孔的影響也不同，采用連弧焊能顯著降低焊縫氣孔率。

（2）未熔合 焊縫未熔合是焊接時(shí)焊道與母材之間或焊道與焊道之間未能完全熔化結(jié)合的部分。由于未熔合本身就是一種虛焊，在交變載荷的作用下，應(yīng)力高度集中，極易開裂，是焊縫最危險(xiǎn)的缺陷之一。未熔合常出現(xiàn)在焊接坡口側(cè)壁及焊縫的根部。產(chǎn)生未熔合的主要原因是焊接熱輸入太低，電弧發(fā)生偏吹，操作不當(dāng)，坡口側(cè)壁或者根部有銹蝕和污物。

（3）夾渣 焊縫夾渣是指焊接熔渣殘留于焊縫金屬中的現(xiàn)象，是較為常見的缺陷，夾渣產(chǎn)生的原因主要是操作技術(shù)不良，使熔池中的熔渣在熔池冷卻凝固前未能及時(shí)浮出而存在于焊縫金屬中。焊接電流過小、焊接角度不當(dāng)造成分不清鐵水和熔渣也易產(chǎn)生夾渣。

3. 焊接工藝要求及操作要領(lǐng)

（1）焊接工藝要求 焊接工藝規(guī)程如表6所示。

表6 中緬管道天然氣管道工程（國內(nèi)段）干線（推薦）焊接工藝規(guī)程

首先，焊前準(zhǔn)備。

焊接設(shè)備：根焊采用具有陡降外特性的直流焊接電源；填充蓋面采用具有平外特性的直流焊接電源配相應(yīng)送絲機(jī)。

焊接材料：根焊接采用伯樂低氫焊條AWS E7016；φ3.2mm，填充蓋面采用伯樂AWS E81T8—Ni2/ E81T8—G藥芯焊絲；φ2.0mm。

管材采用X80管線鋼管，規(guī)格為φ1016mm×15.3mm，接頭形式：對接；V形坡口；坡口角度、鈍邊、對口間隙如圖1所示。

圖1 E7016向上根焊V形坡口

其次，焊接工藝及要求。

組對前的打磨：為了保證焊縫質(zhì)量，防止焊接缺陷的產(chǎn)生，組對前必須用角向砂輪機(jī)將坡口內(nèi)壁及坡口兩側(cè)各25mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹等污物清理干凈，直至露出金屬光澤。預(yù)留鈍邊1.5mm左右。

組對及定位焊：利用外對口器組對，在不利用備板點(diǎn)固的情況下，選擇利用根焊采用的焊條E7016定位焊，定位焊長度50～80mm，不得有縮孔和焊瘤等缺陷。φ1016mm的鋼管相對應(yīng)定位焊接6處為宜，對口間隙控制在2.5～4mm，錯(cuò)邊≤3.0mm且應(yīng)該沿管周均勻分布。定位焊處利用角向砂輪機(jī)把起點(diǎn)和終點(diǎn)打磨稱緩坡狀，以保證根焊的焊接接頭的質(zhì)量。

焊前預(yù)熱及層間溫度：利用火焰加熱或者電加熱，距管口25mm處的圓周上均勻加熱；加熱寬度坡口兩側(cè)各50mm。預(yù)熱溫度為100～200℃；層間溫度為50～100℃。焊接參數(shù)如表7所示。

（2） E7016（向上）根焊操作要領(lǐng) 焊條：E7016焊條應(yīng)嚴(yán)格控制烘焙溫度、保溫時(shí)間，烘焙完畢后應(yīng)放入恒溫箱內(nèi)隨用隨取。E7016焊條烘培溫度為300～350℃，保溫2h。

根焊操作技術(shù)要點(diǎn)：E7016焊條根焊時(shí)焊條角度如圖2所示。

表7 焊接參數(shù)

圖2

采用上向焊，在焊道6點(diǎn)鐘位置進(jìn)行引弧形成熔池，焊條往里壓送，將兩側(cè)鈍邊熔化，形成熔孔，采用連弧焊，小鋸齒橫向擺動，再向上左右勻速擺動焊條，移動距離不宜過大。平焊段焊接時(shí)焊條不要壓的太低，以免造成背面超高。仰焊段焊條一定要頂住熔孔焊接，基本看不到弧光，小擺動前進(jìn)，如果電弧抬得過高，焊道中會產(chǎn)生氣孔；背面會出現(xiàn)低于母材現(xiàn)象。焊接過程中，關(guān)鍵是隨著焊條燃燒施焊者要不停的調(diào)整焊條的角度，始終保持短弧焊接。注意坡口根部兩側(cè)的熔合。焊接電流不宜過大，以不見大顆粒飛濺為宜。每根焊條收弧時(shí)回焊，要迅速利落。利用角向砂輪機(jī)將接頭打磨成緩坡狀，再次施焊時(shí)在收弧處前10mm引弧焊條，電弧穩(wěn)定燃燒后，運(yùn)條至接頭的熔孔處時(shí)，應(yīng)將焊條輕輕向熔孔內(nèi)送進(jìn)，并稍作停留，然后恢復(fù)正常的焊接操作。根焊道焊縫厚度控制在4mm左右，可減少藥芯半自動（向下）熱焊時(shí)燒穿或燒熔缺陷產(chǎn)生的可能。

（3）藥芯半自動（向下）熱焊、填充、蓋面操作要領(lǐng) 藥芯半自動向下焊焊槍角度如圖3所示。

圖3

（4）半自動焊槍焊接過程中角度 熱焊：根焊結(jié)束后，整個(gè)焊道需要用角向砂輪機(jī)進(jìn)行清根。清根過程中注意不要把焊道打磨成“W”形的溝槽，都打磨成“U”形狀，以防止產(chǎn)生夾渣和未熔合的缺陷。熱焊主要為了加固根部焊道，同時(shí)繼續(xù)補(bǔ)充足夠的熱量以使焊縫保持較高的溫度，避免裂紋等缺陷的產(chǎn)生。根焊與熱焊間隔的時(shí)間應(yīng)該控制在5min。熱焊焊接過程中保持正確的焊槍角度有利于保證焊接過程和焊接質(zhì)量的穩(wěn)定。熱焊時(shí)焊接速度不宜過慢，以防止產(chǎn)生燒穿或燒熔的缺陷。在保證坡口兩側(cè)良好熔合的情況下，焊槍不需要做橫向擺動或小的“之”字形擺動，控制好焊絲伸出長度和各項(xiàng)參數(shù)。

填充焊：在進(jìn)行填充焊時(shí)，應(yīng)當(dāng)用角向砂輪機(jī)把熱焊焊道表面的缺陷清理干凈。填充焊時(shí)，要做適當(dāng)?shù)臋M向擺動，以獲得平或微凸的焊道。引燃電弧形成熔池后，快速均勻的左右小幅擺動帶動熔池有節(jié)奏地下拉行走。在焊接過程中，焊絲絕不可脫離熔池先行，否則會出現(xiàn)頂絲、跳絲及未熔合等不良現(xiàn)象。填充焊時(shí)各層焊縫不易過厚、過高。在蓋面前一層的填充焊時(shí)以填充厚度低于母材表面0.5mm為宜，填充焊接過程中，在保證坡口兩側(cè)熔合良好的同時(shí)盡量避免燒壞母材坡口邊緣，為給蓋面焊打下基礎(chǔ)，保證蓋面焊縫質(zhì)量?？紤]到立焊位置熔池金屬在重力作用下下墜流淌嚴(yán)重，因此在進(jìn)行蓋面層焊接前，根據(jù)實(shí)際情況在立焊部位進(jìn)行補(bǔ)焊一道填充焊，俗稱立填。使蓋面焊道立焊部位成形飽滿，達(dá)到蓋面焊道外觀質(zhì)量要求。

蓋面焊：在進(jìn)行蓋面焊時(shí)，焊前必須做到清渣及打磨填充接頭、處理坡口兩側(cè)飛濺，有利于蓋面。為保證焊縫外觀尺寸要求，適當(dāng)擺動電弧將坡口兩側(cè)各覆蓋0.5～1mm。擺動太寬易造成焊道中部凹陷，影響外觀質(zhì)量。通過調(diào)整焊槍角度和焊絲伸出長度控制焊縫熔池溫度勻速帶動熔池前行。焊至下爬坡和底部時(shí)，焊絲在焊縫中間過渡要快，在坡口兩側(cè)適當(dāng)停留，前進(jìn)步伐不宜過大并且要均勻。控制焊道成形高度和坡口兩側(cè)熔合良好，無咬邊、未熔合等缺陷。焊至前留接頭時(shí)適當(dāng)拉長焊絲伸出長度，縮小熔池直徑填滿熄弧處弧坑。蓋面要求成形細(xì)密光滑，紋路均勻平整，無表面氣孔、夾渣、未熔合、裂紋等缺陷。

4. 結(jié)語

通過對低氫焊條（向上）根焊+藥芯焊絲半自動（向下）焊組合焊接工藝的論述，不難發(fā)現(xiàn)焊接缺陷產(chǎn)生的原因；根據(jù)焊接工藝規(guī)程及工藝要求，選擇合理的焊接參數(shù)，掌握正確的焊接方法及操作要領(lǐng)，就能很大程度上提高工程的焊接質(zhì)量。低氫焊條（向上）根焊+藥芯焊絲半自動（向下）焊組合焊接工藝在中緬油氣管道（國內(nèi)段）項(xiàng)目連頭和返修中得到了充分的應(yīng)用。