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管道焊接技術(shù)是鋼制油氣管道工程施工的關(guān)鍵技術(shù)，管口焊接質(zhì)量則是油氣管道安裝質(zhì)量的關(guān)鍵。以往，半自動(dòng)向下焊技術(shù)在國(guó)內(nèi)主要用在Φ219mm以上油氣管道工程，Φ219mm以下管道多采用傳統(tǒng)的手工氬電聯(lián)焊。傳統(tǒng)的氬電聯(lián)焊在小口徑（Φ219mm以下）焊接中焊接中存在焊接施工效率低，焊口質(zhì)量一次合格率不穩(wěn)定等問(wèn)題。

本文針對(duì)小口徑不銹鋼管半自動(dòng)下向焊新型技術(shù)及材料，結(jié)合焊工培訓(xùn)，對(duì)小口徑不銹鋼管半自動(dòng)立向下焊技術(shù)做出探索，以期提高小口徑不銹鋼管焊接施工效率和焊接質(zhì)量。

1小口徑不銹鋼管焊接施工工藝

管道焊接施工工藝按流程分為：根焊、熱焊、填充焊和蓋面焊。小口徑不銹鋼管焊接常用工藝如圖1所示。

2小口徑不銹鋼管半自動(dòng)下向根焊工藝

2.1RMD+金屬粉芯根焊工藝介紹

RMD金屬粉芯根焊技術(shù)是西二線指定的關(guān)鍵根焊技術(shù)，市場(chǎng)占有率高達(dá)65%，經(jīng)過(guò)西二線等重大工程驗(yàn)證,是一種可靠的管道根焊技術(shù)。圖2是采用波形分析儀器實(shí)測(cè)出RMD焊接時(shí)的波形圖。RMD是國(guó)際上數(shù)字化逆變焊機(jī)采用最先進(jìn)波形控制技術(shù)的一種應(yīng)用典型。其熔滴過(guò)渡分為兩個(gè)階段：短路階段和燃弧階段。在短路階段，精確控制波形，以控制電弧對(duì)熔池的攪拌和頸縮爆斷時(shí)的飛濺。在燃弧階段：焊機(jī)檢測(cè)到液態(tài)小橋斷開(kāi)，精確控制波形，確保焊絲快速熔化和坡口鈍邊（及錯(cuò)邊厚端）熔化，并控制熔池的穩(wěn)定。RMD應(yīng)用特點(diǎn)是：高達(dá)10萬(wàn)次/秒的電弧檢測(cè)頻率，確保電弧每階段波形和時(shí)間控制精確，在維持電弧較高能量水平（與表面張力過(guò)渡技術(shù)比較）的同時(shí)，既確保焊絲快速熔化及坡口（含錯(cuò)邊）熔化，也確保焊縫熔透均勻穩(wěn)定。

2.2金屬粉芯焊絲

金屬粉芯焊絲綜合了實(shí)芯焊絲和藥芯焊絲的優(yōu)點(diǎn)，在提高焊接熔敷效率的同時(shí)也增加了焊接熔池的潤(rùn)濕性（鐵水的擴(kuò)展性），更有效地控制鐵水與母材的熔合以及焊縫成形。

圖3是經(jīng)過(guò)測(cè)量的各種焊材的擴(kuò)散氫含量。在我司所在西北部，冬季室外溫度經(jīng)常低于-20℃，據(jù)國(guó)內(nèi)外技術(shù)研究成果顯示，管道焊口中擴(kuò)散氫含量是造成冷裂爆管的主要因素。因此小口徑不銹鋼管焊接施工時(shí)，焊接選材應(yīng)優(yōu)先選擇擴(kuò)散氫含量低，低溫沖擊韌性高的焊接材料。

2.3小口徑不銹鋼管根焊技術(shù)比較

2.4RMD+金屬粉芯根焊工藝優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)以上比較可以看出：RMD金屬粉芯根焊工藝提高了管道根焊生產(chǎn)效率，也降低了冷熔、開(kāi)裂、燒穿、冷裂紋、未熔合等焊接缺陷概率，同時(shí)RMD金屬粉芯根焊工藝對(duì)管道施工中的管子間隙不均、管子錯(cuò)邊、小口徑管子晃動(dòng)等適應(yīng)能力更強(qiáng)，更好地滿(mǎn)足了管道根焊施工對(duì)焊接質(zhì)量控制的要求，降低了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

2.5焊工操作培訓(xùn)要點(diǎn)

參考國(guó)內(nèi)對(duì)RMD金屬粉芯根焊操作的研究成果及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在小口徑不銹鋼管RMD金屬粉芯根焊操作培訓(xùn)中重點(diǎn)注意以下方面：

2.5.1焊接設(shè)備選型

米勒PipePro450RFC管道施工焊機(jī)是西二線管道施工半/全自動(dòng)根焊主要設(shè)備。考慮到實(shí)際用途，選用米勒PipePro300管道施工焊機(jī)，功能與450RFC焊機(jī)相同，僅輸出功率比450RFC小。

2.5.2混合保護(hù)氣選擇

經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明采用配比器配比混合氣對(duì)RMD根焊起弧段焊接質(zhì)量影響較大，本公司采用80%Ar+20%CO瓶裝混合氣體。

2.5.3焊接電流選擇

因小口徑管子曲率大，RMD下向根焊速度快，焊接電流選擇比大口徑管道略小，焊接電流范圍為90~180A。

2.5.4管件組對(duì)工藝

本培訓(xùn)采用管子口徑114~273mm,壁厚4~8mm，60°V型坡口，對(duì)口要求較高，對(duì)口間隙控制在2.5~3.5mm，鈍邊1.0±0.2mm。

2.5.5RMD金屬粉芯根焊操作培訓(xùn)要點(diǎn)

①焊接站位選擇：操作前要求焊工注重站位選擇，選位以較舒適，能穩(wěn)定且快速一次完成半圈管子焊接為要點(diǎn)，從而減少接頭數(shù)量，節(jié)省接頭打磨時(shí)間，提高效率和質(zhì)量。在培訓(xùn)后期，模擬施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，所有管子6點(diǎn)位置距地高度不超過(guò)0.45m，且人為設(shè)置多個(gè)障礙物，以培養(yǎng)焊工選位能力。②管件點(diǎn)固焊：點(diǎn)固焊點(diǎn)常常容易被輕視，為提高效率確保一次能夠焊完半圈管子，點(diǎn)固焊點(diǎn)形狀控制和位置選擇很重要。管件點(diǎn)固前，如果錯(cuò)邊量過(guò)大應(yīng)對(duì)過(guò)厚端打磨。③起弧的控制：起弧前焊絲超出導(dǎo)電嘴預(yù)留10~12mm，預(yù)留過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致起弧電弧不穩(wěn)定和氣體保護(hù)不足；過(guò)短會(huì)不利于電弧觀察和移動(dòng)。起弧點(diǎn)應(yīng)位于坡口側(cè)壁上端，以方便觀察和穩(wěn)定電弧，起弧點(diǎn)形成的鐵水在填蓋焊時(shí)將被重熔，避免缺陷。起弧后帶動(dòng)電弧經(jīng)過(guò)坡口底部向坡口另一側(cè),并小月牙擺弧使鐵水在鈍邊兩側(cè)形成橋接，維持小月牙擺弧下行焊接。在鐵水形成橋接時(shí)，一些說(shuō)法認(rèn)為要看到熔孔，依據(jù)RMD和金屬粉芯熔池特性，實(shí)際上看到的不是熔孔，熔孔上半部是未凝固鐵水受電弧和保護(hù)氣壓力,以及鐵水表面張力而形成的上弦月弧型，熔孔下半部是間隙兩側(cè)鈍邊邊緣受電弧熱而略有熔化，這個(gè)形狀近似于金針菇牙頭。如果看到是熔孔下半部間隙兩側(cè)鈍邊邊緣熔化形成下弦月弧形，這才是真正的熔孔，這種熔孔在RMD金屬粉芯根焊中是過(guò)燒現(xiàn)象，金屬粉芯焊絲的鐵水本身潤(rùn)濕性（鐵水?dāng)U展性）很好，這種熔孔容易導(dǎo)致穿絲、背部焊瘤等缺陷，RMD金屬粉芯根焊要避免這種熔孔出現(xiàn)。④立向下焊：鐵水經(jīng)起弧后小擺弧焊接形成金針菇牙型“熔孔”，在立焊位改用直線較快速運(yùn)條下向焊接。如遇間隙過(guò)大或者鈍邊有缺口可輔以小月牙擺弧過(guò)渡。立焊時(shí)控制焊機(jī)角度和運(yùn)條速度，過(guò)快的速度易產(chǎn)生鈍邊單側(cè)或雙側(cè)未熔合，過(guò)慢的速度易導(dǎo)致鐵水堆積、焊層過(guò)厚，焊層的厚度控制在2.5~3.5mm為宜。⑤仰面焊：仰面焊接時(shí)，宜采用直線運(yùn)條，焊絲位于熔池前端1/3處,焊機(jī)角度90°，焊接速度要控制準(zhǔn)確。通過(guò)運(yùn)條速度控制仰面焊縫成形，速度過(guò)快易出現(xiàn)穿絲和鈍邊未熔合，速度過(guò)慢易出現(xiàn)掉鐵水，焊縫背面內(nèi)凹。在仰面位置間隙是控制焊縫成形的另一個(gè)要點(diǎn)，間隙宜控制在2.5~3mm，過(guò)寬的間隙易出現(xiàn)穿絲、掉鐵水，焊縫背面內(nèi)凹，過(guò)窄的間隙易導(dǎo)致焊縫背面未填滿(mǎn)。⑥收�。菏栈〔划�(dāng)易產(chǎn)生弧坑、氣孔和裂紋。RMD金屬粉芯根焊收弧不宜采用電焊條抬把、側(cè)甩把熄弧手法，這會(huì)導(dǎo)致未凝固鐵水的保護(hù)失效而產(chǎn)生缺陷，正確手法是按焊機(jī)開(kāi)關(guān)熄弧，停留數(shù)秒再移開(kāi)焊機(jī)。⑦焊機(jī)角度：平焊位置時(shí)焊機(jī)與焊接方向夾角保持在75°~85°，目的是為了降低電弧和保護(hù)氣對(duì)鐵水的壓力，控制焊縫背面成形，減少焊瘤形成概率；立焊位置時(shí)角度為85°~90°；仰焊位置角度為90°，目的是給鐵水增加托力，控制焊縫背面成形，如果對(duì)口間隙過(guò)大，宜采用小月牙形擺動(dòng)運(yùn)條法，運(yùn)條手法不宜過(guò)快或過(guò)大，以免產(chǎn)生仰面根焊穿絲現(xiàn)象。⑧培訓(xùn)焊接參數(shù)規(guī)范：焊接電流90~180A，電壓14.8~15.5V（弧長(zhǎng)設(shè)置為43~48mm），送絲速度IPM120~180,焊接速度220~280mm/min。圖4為培訓(xùn)結(jié)業(yè)學(xué)員焊接Φ159mm×8mm管子根焊實(shí)物照片。

3小口徑不銹鋼管熱焊及填蓋焊接工藝

3.1細(xì)絲半自動(dòng)向下焊

藥芯焊絲自保護(hù)半自動(dòng)下向焊工藝是成熟的管道焊接工藝，廣泛用于國(guó)內(nèi)著名管道工程如西氣東輸一線、西氣東輸二線等。大口徑管道施工項(xiàng)目中，填蓋焊接主要使用的焊絲直徑為Ф2.0mm自保護(hù)焊絲。Elga公司是世界著名的高焊接要求焊接材料生產(chǎn)廠，其產(chǎn)品主要應(yīng)用在油氣管道及裝備、海洋平臺(tái)、高端造船等行業(yè)。Elga自保護(hù)焊絲是多個(gè)重大管道工程的主要供貨商，如西氣東輸、茂昆線、利比亞項(xiàng)目、俄羅斯遠(yuǎn)東管線等。ElgashiledBFS424Ni1+Ф1.6mm自保護(hù)細(xì)焊絲專(zhuān)為油氣小口徑及薄壁管道立向下焊半自動(dòng)施工而設(shè)計(jì)。

3.2小口徑不銹鋼管熱焊、填蓋焊技術(shù)比較

管道半自動(dòng)填蓋施工與手工電弧焊和TIG焊比較的優(yōu)越性，已眾所周知,在此不再贅述。通過(guò)以上比較，Elga424Ni1+細(xì)焊絲優(yōu)點(diǎn)是：焊接熔池更細(xì)膩，小口徑不銹鋼管立向下焊施工操作可控性更高，缺陷概率低，焊接效率高，對(duì)焊工的培訓(xùn)時(shí)間短，是適合小口徑不銹鋼管下向焊施工的焊絲。Elga424Ni1+細(xì)焊絲實(shí)測(cè)擴(kuò)散氫含量5.4ml/100g，-20℃低溫沖擊功140J，滿(mǎn)足西北管道項(xiàng)目環(huán)境要求。

3.3細(xì)絲焊接在填充焊、蓋面焊的操作技術(shù)要領(lǐng)

3.3.1焊接時(shí)由于所使用的是小直徑焊絲，焊接過(guò)程中熔池表面較小，同時(shí)熔深較淺。所以，在電壓和電流的調(diào)節(jié)上要考慮采用小電壓的規(guī)范，來(lái)獲得更好的焊縫成形保證焊接質(zhì)量。我們?cè)诤附优嘤?xùn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和對(duì)比，將焊接電壓值控制在16.8~17.7V、焊接電流值控制在170~190A,從而獲得較好的焊縫成形和焊口內(nèi)部質(zhì)量。

3.3.2由于細(xì)絲焊接熔池較小，所以在焊接過(guò)程中首先要考慮焊層的整體成形。不能出現(xiàn)脫節(jié)、夾渣等缺陷，否則就可能出現(xiàn)大量氣孔和夾渣。因此在焊接操作過(guò)程中可采用小電壓密擺來(lái)獲得較好的焊縫成形和內(nèi)部質(zhì)量。

3.3.3在焊接填充和蓋面時(shí)，由于管子直徑較小曲率大，在培訓(xùn)過(guò)程中注重訓(xùn)練焊工對(duì)運(yùn)條角度和焊接站位選擇的理解能力，以及對(duì)熔池的控制能力，采取一起弧一焊到底的焊接方式,減少接頭數(shù)量，提高生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量。

3.3.4在接頭時(shí)一定要注意打磨，既不能較多地傷及原焊道又不能將根焊焊道打磨過(guò)多，正確地打磨接頭是保證焊接內(nèi)部質(zhì)量的一個(gè)措施。

3.3.5在焊接到仰焊接頭時(shí)不要采取驟停式滅弧，易產(chǎn)生氣孔等缺陷，當(dāng)看到接頭飽滿(mǎn)后采取拉絲式滅弧方法進(jìn)行滅弧，即將焊絲停留在熔池中心然后逐步將焊絲拉長(zhǎng)直到自動(dòng)熄滅。在RMD金屬粉芯根焊加細(xì)絲填充和蓋面下向焊培訓(xùn)中，對(duì)焊工的精神層面上，本中心堅(jiān)持一貫的“苦練技術(shù)，奉獻(xiàn)能源”宗旨外，另外增加了“深察細(xì)節(jié)，理解細(xì)節(jié)，掌握細(xì)節(jié)”的細(xì)節(jié)管理理念，以糾正焊工在培訓(xùn)、工程施工中的陋習(xí)，提高管道焊接培訓(xùn)、施工質(zhì)量和效率。

4結(jié)束語(yǔ)

4.1RMD金屬粉芯根焊技術(shù)是可靠的小口徑不銹鋼管根焊施工工藝，操作容易,施工效率和質(zhì)量高。4.2Elga424Ni1+，Ф1.6mm細(xì)焊絲適合小口徑薄壁管道熱焊填蓋施工。4.3經(jīng)過(guò)3周培訓(xùn)，本培訓(xùn)中心一次畢業(yè)22名焊工，一次合格率98%，提高了本公司小口徑不銹鋼管半自動(dòng)下向焊施工水平。4.4經(jīng)過(guò)培訓(xùn)使我們突破了Ф219mm以下管徑只能采用手工電弧焊的施工方式，極大地提高了小管徑管道施工速度和焊接質(zhì)量，同時(shí)我們力爭(zhēng)在Ф159mm以下管徑的焊接培訓(xùn)中進(jìn)行突破，將管徑進(jìn)一步縮小，以滿(mǎn)足油田地面建設(shè)及今后長(zhǎng)輸管線焊接任務(wù)的需要。