我国长输管道下向焊技术的现状及发展趋势(15页).doc

-我国长输管道下向焊技术的现状及发展趋势作者：常兴 宗照峰 林伟杰 吴勇 王文焱摘要：根据我国长输管道建设的发展历程，总结了全纤维素型、混合型、复合型三种手工下向焊技术及活性气体保护、药芯自保护两种半自动下向焊技术和全自动活性气体保护焊与全自动药芯焊丝下向焊技术的工艺特点及在我国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焊丝下向焊将是我国长输管道下向焊技术的发展方向。 关键词：长输管道 下向焊 现状 发展 0 前言 随着石油天然气及石油化工工业的发展，以西气东输工程为标志，我国的长输管道建设高峰期已经到来。长输油气管道越来越向大口径、高压力输送方向发展。长输管道下向焊技术自20世纪60年代引进我国以来，经过几十年的发展，目前已具有成熟的手工下向焊技术，正在普及半自动气体保护焊技术，全自动气体保护焊技术与下向焊技术的结合作为长输管道技术的发展趋势，将会在全国长输管道建设中大力推广。 1 手工下向焊技术的应用与发展 手工下向焊技术与传统的向上焊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、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和油气管道钢管强度的不断增加，手工下向焊技术经历了全纤维素型下向焊-混合型下向焊-复合型下向焊的发展进程。 11全纤维素型下向焊技术 全纤维素型下向焊对焊机的主要要求是： （1）具有陡降外特性； （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，以达到小熔滴过渡。 目前，在一些区域性的长输管道建设工程及一些水网地带，自动、半自动焊接机具和设备因环境限制，不易进入的地区的长输管道建设工程多采用此工艺，如镇海炼化-杭州康桥成品油管道工程。 全纤维素型下向焊工艺参数见表1。该工艺的关键在于打底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1全纤维素型下向焊工艺参数12混合型下向焊技术 混合型下向焊是指在长输管道的现场组焊时，采用纤维素型焊条打底焊、热焊，低氢型焊条填充焊、盖面焊的手工下向焊技术。主要用于焊接钢管材质级别较高的管道。 1996年，我国建设的陕京输气管道次采用了混合型下向焊技术。主线路工程钢管材质为AP15LX60级，管径660mm，壁厚7.114.3mm。由于沿途环境条件恶劣，要求焊接接头具有较好的低温冲击韧性，通常的全纤维型焊接工艺难以达到质量要求。而低氢型焊条的抗冷裂性和冲击韧性较纤维素型焊条要好，但其熔化速度较慢。为了保证管道的力学性能符合要求，同时尽可能提高焊接速度，选用混合型下向焊工艺是合理的。 13复合型下向焊技术 复合型下向焊是指打底焊及热焊采用下向焊方法，填充焊及盖面焊采用向上焊方法的焊接工艺。其主要应用于焊接壁厚较大的管道。 20世纪90年代未期，大壁厚管材广泛应用于国内外油、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，在我国北方寒冷地区油气管道壁厚达1024mm。与传统的向上焊相比，由于下向焊热输入低，熔深较浅，焊道较薄，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、效率高的特点。手工电弧焊时不同壁厚钢管的焊接层次及道数见表2。而打底焊、热焊采用下向焊，填充焊与盖面焊采用向上焊的复合型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。在气体保护半自动下向焊技术未应用于管道建设之前，大壁厚管道多采用复合型下向焊技术。如某工业园区输水管道工程所用钢管规格为400mm×14mm,材质为Q235-A。焊接过程中打底焊、热焊用纤维素焊条J425G，填充焊和盖面焊采用普通J422（E4303）焊条，使焊缝焊道层数由单一下向焊所需的78层减少为45层，焊接时间可缩短30min，大大提高了生产效率。 表2 手工下向焊不同壁厚钢管焊接层次及焊道数2 半自动下向焊技术的应用与发展 我国的半自动化焊接技术在长输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便迅速地发展起来。半自动下向焊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户半自动下向焊。 21药芯焊丝自保护半自动下向焊技术 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3（以X70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头数比半自动焊接头数多，采用半自动焊降低了缺陷的产生机率。通常应用的NR204、NR207焊丝属低氢金属，而传统的手工焊多采用纤维素型焊条。由此可知，半自动焊可降低焊缝中的氢含量。同时，半自动焊热输入高，可降低焊缝冷却速度，有助于氢的逸出及减少和防止出现冷裂纹。 表3 药芯焊丝自保护半自动下向焊参考工艺参数（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。半自动焊熔敷量大，比手工焊焊道少，熔化速度比纤维素手工下向焊提高15%20%。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它焊接方法的焊接。以焊接厚度为8.7mm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辅助工装数量。同时。药芯焊丝有效利用率高，焊接坡口小，既节省填充金属使用量，又提高了焊接速度，综合成本仅是手弧的一半。 22 CO2活性气体保护半自动下向焊技术 CO2气体保护焊是一种亷价、高效的焊接方法。传统的短路过渡CO2焊不能从根本上解决焊接飞溅大、控制熔深与成形的矛盾。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，干伸长变化影响小，显著降低了飞溅，减轻了焊工劳动强度。 采用STT型CO2半自动焊时，焊机处于短路过渡方式，电源在一个过渡周期内，根据不同电弧压值，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石油开发项目首次使用了STT型CO2半自动下向焊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-石管线工程使用了STT型CO2半自动下向焊技术。焊接工艺见表5。 STT型CO2半自动焊与药芯焊丝自保护半自动焊是目前国内常用的半自动下向焊方法，展示了在管道焊接领域良好的应用前景。 表4 STT型CO2半自动下向焊焊接工艺参数3 全自动气体保护下向焊技术 管道全自动气体保护焊技术使用可熔化的焊丝与被焊金属之间的电弧为热源来熔化焊丝和钢管，在焊接时间向焊接区域输送保护气体以隔离空气的有害作用，通过连续送丝完成焊接。由于熔化极气体保护焊时焊接区的保护简单，焊接区域易于观察，生产效率高，焊接工艺相对简单，便于控制，容易实现全位置焊接。 郑州-义马煤气管道工程（东段）钢管材质为16Mn，直径426mm，焊丝为H08Mn2SiA,焊丝直径1.0mm。采用该工艺焊接，焊接性能良好。工艺参数见表5。 表5 全自动活性气体保护下向焊工艺该工艺可实现全位置多机头同时工作，打底焊可从管内部焊接，也可以管外部焊接。焊接工艺参数的调节一般在控制台或控制面板上，主要工艺参数有：焊接电流、电弧电流、送丝速度、每个焊头移动速度、摆动频率、摆动宽度及摆动延迟时间。应当注意的是，因每条焊道焊接参数不同，整个焊缝的焊接参数应根据管材规格及现场条件，通过焊接试验合格后方可应用于生产。 管道全自动气体保护焊技术以其焊接质量高，焊接速度快等优点，在国外已经普及，而在国内则处于推广阶段。我国自行研制的全自动气体保护焊设备已在郑州-义马煤气管道工程中得到应用。全自动气体保护下向焊是我国长输管道下向焊技术发展的方向。 4 下向焊技术对工装、设备及环境的要求 下向焊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技术的应用主要有以下两个因素。 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，原因是纤维焊条比低氢型焊条在同等条件下气孔产生的傾向小。另一方面，水网地带施工现场，自动、半自动焊接设备运用难度较大，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。 42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，尽管更新装备需投入大量资金，但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。 5 结论 在我国长输管道建设中，手工下向焊技术曾广泛应用，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工艺。活性气体（CO2）保护下向焊打底、药芯焊丝自保护下向焊填充盖面的半自动下向焊技术目前正随着西气东输工程的建设而在全国得到迅速成推广，全自动下向焊将是我国长输管道下向焊技术的发展方向。下向焊接技术在长输管道施工中的应用 (1)收藏此信息 添加：用户投稿 来源：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和全自动活性气体保护焊与全自动药芯焊丝下向焊接技术的工艺特点及在我国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国长输管道下向焊接技术的发展方向。关键词：下向焊接、长输管道、应用一、引言随着石油天然气及石油化工工业的发展，以西气东输工程为标志，我国的长输管道建设高峰已经到来。长输油气管道越来越向大口径、高压力输送方向发展。长输管道下向焊接技术自20世纪60年代引进中国以来，经过几十年的发展，目前我国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长输管道焊接技术发展的趋势将会在全国长输管道建设中大力推广。二、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。1全纤维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1 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cm·min-1 运条方法 根焊 E6010 3.2 DC 7090 2230 1020 直拉 热焊填充 E7010 4.0 DC 70140 2230 1530 直拉 盖面 E7010 4.0 DC 110130 2230 2030 直拉或小幅摆动 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2 混合型下向焊接管材等级 焊条选用 GB/T 9711 可比较的API等级 S205，S210，S290，S315，S360，S385，S415 A，B，X42，X46，X52，X60 根焊道 AWS E7048 其余焊道 315，360，385 X60，X65 根焊道 AWS E7048 其余焊道 AWS E8016 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，在我国北方寒冷地区油气管道壁厚也达到1024mm。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。如某工业园区输水管道工程所用钢管规格为1400mm×14mm，材质为Q235A。焊接过程中根焊热焊用纤维素焊条J425G(E6010)，填充焊和盖面焊采用普通E4303焊条，使焊缝焊道层数由单一下向焊所需的78层，减少为45层，焊接时间可缩短30min，大大提高了生产效率。表3 手工下向焊不同壁厚钢管焊接层次及焊道数壁厚，mm 向上焊 下向焊 层数 道数 层数 道数 67 3 3 34 34 78 3 3 5 45 810 34 34 45 57 1012 4 45 56 79 1214 4 56 67 911下向焊接技术在长输管道施工中的应用一、引言随着石油天然气及石油化工工业的发展，以西气东输工程为标志，我国的长输管道建设高峰已经到来。长输油气管道越来越向大口径、高压力输送方向发展。长输管道下向焊接技术自20世纪60年代引进中国以来，经过几十年的发展，目前我国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长输管道焊接技术发展的趋势将会在全国长输管道建设中大力推广。二、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。1全纤维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1 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cm·min-1运条方法根焊E60103.2DC709022301020直拉热焊填充E70104.0DC7014022301530直拉盖面E70104.0DC11013022302030直拉或小幅摆动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2 混合型下向焊接管材等级焊条选用GB/T 9711可比较的API等级S205，S210，S290，S315，S360，S385，S415A，B，X42，X46，X52，X60根焊道AWS E7048其余焊道315，360，385X60，X65根焊道AWS E7048其余焊道AWS E80163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，在我国北方寒冷地区油气管道壁厚也达到1024mm。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。如某工业园区输水管道工程所用钢管规格为1400mm×14mm，材质为Q235A。焊接过程中根焊热焊用纤维素焊条J425G(E6010)，填充焊和盖面焊采用普通E4303焊条，使焊缝焊道层数由单一下向焊所需的78层，减少为45层，焊接时间可缩短30min，大大提高了生产效率。表3 手工下向焊不同壁厚钢管焊接层次及焊道数壁厚，mm向上焊下向焊层数道数层数道数6733343478335458103434455710124455679121445667911三、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。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X70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4 药芯焊丝自保护半自动下向焊参考工艺参数主要参数钢管厚度()，mm4.812.7送丝速度，mm·min-12.293.30电流(I)，A245300电压(U)，V19202122干伸长度(L)，mm19251925层间温度(T)，2013520135表5药芯焊丝自保护半自动下向焊不同壁厚钢管焊道层数表5焊道管壁厚度，mm4.86.37.17.98.79.510.311.112.719.120.9根焊11111111111热焊11111111111填充焊11111114810补充焊道(25点处)1111144盖面焊11111122233合计344445561018202CO2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，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6 STT型CO2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干伸长(L)，mm气体流量(Q)，L·min-1焊接速度(V1)，cm·min-1送丝速度(V2)，cm·min-1打底JM-60DC182038042060801820101515203.30填充NR207DC1822190250182020302.032.54盖面NR207DC1822190250182015202.032.23STT型CO2半自动焊与药芯焊丝自保护半自动焊是目前国内常用的半自动下向焊接方法，展示了在管道焊接领域良好的应用前景。四、全自动气体保护下向焊接技术管道全自动气保护下向焊接技术使用可熔化的焊丝与主要焊金属之间的电弧为热焊来溶化焊丝和钢管，在焊接时向焊接区域输送保护气体以隔离空气的有害作用，通过连续送丝完成焊接。由于熔化极气保护焊时焊接区的保护简单，焊接区域易于观察，生产效率高，焊接工艺相对简单，便于控制，容易实现全位置焊接。郑州义马煤气管道工程(东段)钢管材质为16Mn，直径426mm，焊丝规格为H08Mn2SiA，焊丝直径10mm。采用该工艺焊接，焊接性能良好。工艺参数见表7表7 全自动活性气体保护下向焊工艺焊道电流，A电压，V焊接速度，cm·min-1气体流量，mL·min-1打底140180202225302025热焊填充160190202330402025盖面150170223022302025该工艺可实现全位置多机头同时工作，打底焊可从管内部焊接，也可从管外部焊接。打底焊可采用向上焊以防止熔透不够成烧穿，易于单面焊双面成型。焊接参数的调节一般在控制台或控制面板上，主要调节参数有：电压、送丝速度、每个焊头移动速度、摆动频率、摆动宽度及摆延迟时间。应当注意的是，因每条焊道焊接参数不同，整个焊缝的焊接参数应根据管材规格及现场条件，通过焊接试验合格后方可应用于生产。管道全自动气保护焊技术以其焊接质量高，焊接速度快等优点，在国外已经普及，而国内则处于推广阶段，我国自行研制的全自动气体保护焊设备已在郑州一义马煤气管道工程中得到应用。全自动气体保护下向焊接技术是我国长输管道下向焊接技术发展的方向。五、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：(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。(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。六、结论在我国长输管道建设中，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随着西气东输工程的建设而在全国得到迅速推广，全自动下向焊将是我国长输管道下向焊接技术的发展方向。管道下向焊焊接技术1 前膏管道运输是一种低成本油气运输方式，也可输送煤炭。我国能源资源分布偏重在西部和北部，为缓解铁路运输的紧张局面，应该积极开展管道运输；管道运输也是海上油气资源开发，输送的迫切需要。我国现有管线总长不及美国的110，原苏联的16，建设更多管线已成为能源建设的重要内容。我国目前管道焊接几乎全部采用手工焊，因此提高管道手工焊效率，对于提高经济效益，缩短管线铺设时间，具有重要意义。2 管道下向焊21管道下向焊简介输油、输气管道的焊接簏工常在野外作业，焊接时要转动钢管使熔池处于水平位置是很困难的，因此焊接是在钢管固定不转动的情况下，对环形焊缝进行全方位施焊。传统的管道焊接操作技术均为向上施焊。操作时以平、仰焊点为界将环形焊口分成对称的两个半圆形焊口，从环形焊口底部引弧，向顶部焊接，经历仰一立一平的焊接顺序(见图18)。由于焊接过程中焊接位置不断变化，操作困难，常出现根部第一层焊透不均匀，焊缝表面凹凸不平的焊道，焊接速度慢，生产效率低。所使用的焊材一般是适用于全位置焊接的钛钙型焊条和低氢型焊条。作为手工焊，管道下向焊是目前先进的管道焊接工艺。美国采用下向焊已有20多年的历史，前苏联和东欧各国也有1O多年，并研制了性能优良的下向焊专用纤维型焊条。上述各国在长管线，特别是大型输油、输气管道的焊接臆工中，为了加速工程进度，保证质量，在操作技术上普遍采用下向焊接技术。下向焊工艺，是从环形焊缝的顶部引弧，向底部施焊，每一半的环缝焊接时，焊接位置先后经历水平一倾斜一立焊一半仰焊一仰焊位置(见图1b)。图1 管遭上向焊与下向焊22焊接工艺221坡口形式：一般采用单边v形坡口。坡口角度、钝边尺寸、坡口间隙与一般手工电弧焊相近，根据实际情况作适当调整。在对管接头的坡口加工后，还须对坡口两侧各50 m 的内外壁进行打磨及清理，直到露出金属光泽。222焊条：主要采用纤维素型药皮焊条，焊前要按照焊条说明书的规定进行烘干，由于焊条含有较多的有机物，烘干温度一般不得超过其碳化温度(120)，烘干时间为1 h，随烘随用。223管口组对：管口环形焊缝组装时采用专用对口器。管径较小时，采用外对口器，此时应在环形焊口的对称位置进行点固焊。点固焊缝14 安 装 1997年8月也是焊缝的一部分，应严格控制其质量，要求使用的焊条及焊接工艺与根焊时相同。224操作工艺2 241管道下向焊要求单面焊双面成形，必须保证背面成形良好，为确保根部焊透及加强溶池保护，应采用短弧焊法。焊接时，焊条的倾角随着焊条的位移而变化，焊条与垂线的夹角变化范围为1O一25。2242下向焊焊肉薄，各层焊道的厚度应控制在2 mm左右，每一层焊道焊完后应仔细清除熔渣。2243各层焊接操作工艺与一般手工焊相近。(1)根焊：选用小直径的焊条施焊，短弧直线运条，不做横向摆动，确保根部焊透。焊接时，扶管口的顶部约超过中心线510m 处起弧，电弧在起弧处应稍作停留，待钝边熔透，再沿焊缝向下焊接，在保证背面成形良好的基础上，尽量采用较快的焊接速度。(2)热焊及填充焊：在根焊后立即进行，层焊温度不低于100。c为宜，焊条直径一般比根焊时略大，焊条不摆动或少量摆动 (3)盖面焊：盖面焊是保证焊缝外观的关键工序，焊条直径与填充焊相同或稍大，焊接电流不宜太大，根据坡口尺寸做少许的横向摆动。23管道下向焊的优点：231焊接速度快、生产率高。纤维素焊条铁水浓度低，不淌渣，适合快速焊接，而且，随着管径增大，壁厚增加，较上向焊可提高更多。232焊接质量好。用纤维素焊条下向焊时，电弧吹力大，燃烧稳定，焊缝根部饱满，能形成良好的单面焊双面焊成形；再者焊接时焊肉薄，焊层多，利于控制和消除焊接缺陷，不易产生大气孔；另外熔渣少而轻，不易形成夹渣，从而保证了良好的焊接质量。233节省焊接材料。综上所述，管道下向焊具有质量好、速度快、低消耗等优点，如华北某油建公司在“南输油管线”的焊接中，成功地采用了下向焊工艺，使工程进度提高30，焊接材料消耗降低24，一次探伤台格率提高到90以上，焊缝质量达到级标准，满足了管道工程施工质量要求。3 几点建议管道下向焊技术在我国除少数单位采用外 尚未广泛应用，由于具有突出优点，应大力推广应用。笔者就此提出以下建议：31加强下向焊焊条的研制，尽快实现国产化下向焊焊条主要采用纤维素型药皮焊条。焊条依靠药皮中高含量的有机物在高温分解时产生大量气体，以保护电弧和熔池金属，故属于气体保护型焊条。其特点是能够进行下向焊，具有单面焊双面成形功能，为此焊条熔渣应有台适的熔点和粘度，电弧应有台适的吹力和挺度等。该焊条属技术含量高的焊材产品，目前国内定点批量生产该类焊条的厂家少，且产品工艺性能与国外同类产品相比存在较大差距，不能完全满足下向焊要求，因此，国家每年要化费大量外汇进口各种纤维素型焊条用于管道下向焊。所以必须尽快开发研制综台性能优良的下向焊焊条，以满足工程需要。32加强管道下向焊焊工的培训管道下向焊与传统的上向焊相比，在焊条的选用、焊条的烘干温度及时间、对口器的选用及对口间隙、预热温度范围、焊接层次、层问温度、打底焊道的接头方法等操作技术方面都存在较大差异。因此，焊工的操作技能便成了能否推广下向焊技术的关键之一。-第 15 页-