低氢焊条（向上）根焊+自保护药芯焊丝半自动（向下）焊接在中缅管道的应用

中国石油管道局第六公司 （天津 300270） 刘 智 毛静丽

1. 概述

中缅油气管道（国内段）主干线采用X80钢，X80是一种超低碳微合金高强钢，其典型化学成分及力学性能如表1、表2所示

表1 X80管线钢的典型化学成分（质量分数）（%）

表2 X80管线钢焊缝金属力学性能要求

X80钢具有一定的冷裂纹倾向。冷裂纹的产生是由淬硬倾向、氢含量和应力共同作用引起的，在现场焊接时要是采用含氢量高的纤维素焊条根焊会影响焊接接头的性能，易产生氢致裂纹，所以应选用低氢级的焊接材料，伯乐FOX EV PIPE低氢焊条AWS A5.1—04: E7016—1 H4 R向上根焊+药芯焊丝半自动（向下）填充盖面在中缅油气管道（国内段）连头和返修得到了应用如表3～表5所示。

表3 根焊熔敷金属化学成分（质量分数）（%）

表4 根焊熔敷金属力学性能

表5 填充熔敷金属化学成分（质量分数）（%）

伯乐FOX EV PIPE低氢焊条AWS A5.1—04:E7016—1 H4 R（以下简称E7016）为低氢立向上碱性药皮焊条，熔渣流动性好，焊缝金属纯净，硫、磷等杂质元素及氧含量低，并且扩散氢含量很低，具有抗冷裂性好及冲击韧性优良的特点。适用于细晶粒钢管道的焊接，可用于直流正接、反接根焊。但抗风能力弱、易吸潮、熔化速度较慢。焊接工艺不当易造成焊接过程中出现气孔、未熔合、夹渣的缺陷。根据长期的焊接操作实践，特别是中缅油气管道（国内段）施工上岗前焊工低氢焊条E7016进行根焊（向上）+药芯半自动（向下）填充盖面的焊接工艺培训总结了焊接工艺要求及操作技术关键。现以中缅油气管道（国内段）焊接施工过程为例，分述如下。

2. 焊接缺陷产生的原因分析

（1）气孔 焊缝中气孔的生成是几种气体共同作用的结果，起主要作用的气体是氢和氮。焊接区的氢来自于各方面，如工件或焊条药皮表面有铁锈、油漆、油脂及水分等杂质。在焊缝冷却过程中，氢在焊缝金属中的溶解度急剧下降，使氢析出并向外排出，当气泡在熔池结晶前来不及浮出时，便形成了氢气孔；氮主要来自空气，一般氮气孔形成是因为焊接区没有得到充分的保护，电弧和焊接熔池金属受到空气的侵入。低氢焊条引弧时容易产生气孔，就是因为药皮中的造气物质CaCo3,在引弧时未能及时分解而产生足够的CO2造成保护气体不良空气的侵入所致。空气的湿度也会影响电弧气氛中水蒸气的分解，水蒸气分解越多，越容易产生氢气孔。焊接工艺不当，以致电弧不稳定或者失去正常的保护左右，会促使气体溶入，增大气孔倾向。断弧焊和连弧焊对气孔的影响也不同，采用连弧焊能显著降低焊缝气孔率。

（2）未熔合 焊缝未熔合是焊接时焊道与母材之间或焊道与焊道之间未能完全熔化结合的部分。由于未熔合本身就是一种虚焊，在交变载荷的作用下，应力高度集中，极易开裂，是焊缝最危险的缺陷之一。未熔合常出现在焊接坡口侧壁及焊缝的根部。产生未熔合的主要原因是焊接热输入太低，电弧发生偏吹，操作不当，坡口侧壁或者根部有锈蚀和污物。

（3）夹渣 焊缝夹渣是指焊接熔渣残留于焊缝金属中的现象，是较为常见的缺陷，夹渣产生的原因主要是操作技术不良，使熔池中的熔渣在熔池冷却凝固前未能及时浮出而存在于焊缝金属中。焊接电流过小、焊接角度不当造成分不清铁水和熔渣也易产生夹渣。

3. 焊接工艺要求及操作要领

（1）焊接工艺要求 焊接工艺规程如表6所示。

表6 中缅管道天然气管道工程（国内段）干线（推荐）焊接工艺规程

首先，焊前准备。

焊接设备：根焊采用具有陡降外特性的直流焊接电源；填充盖面采用具有平外特性的直流焊接电源配相应送丝机。

焊接材料：根焊接采用伯乐低氢焊条AWS E7016；φ3.2mm，填充盖面采用伯乐AWS E81T8—Ni2/ E81T8—G药芯焊丝；φ2.0mm。

管材采用X80管线钢管，规格为φ1016mm×15.3mm，接头形式：对接；V形坡口；坡口角度、钝边、对口间隙如图1所示。

图1 E7016向上根焊V形坡口

其次，焊接工艺及要求。

组对前的打磨：为了保证焊缝质量，防止焊接缺陷的产生，组对前必须用角向砂轮机将坡口内壁及坡口两侧各25mm范围内的油污、铁锈等污物清理干净，直至露出金属光泽。预留钝边1.5mm左右。

组对及定位焊：利用外对口器组对，在不利用备板点固的情况下，选择利用根焊采用的焊条E7016定位焊，定位焊长度50～80mm，不得有缩孔和焊瘤等缺陷。φ1016mm的钢管相对应定位焊接6处为宜，对口间隙控制在2.5～4mm，错边≤3.0mm且应该沿管周均匀分布。定位焊处利用角向砂轮机把起点和终点打磨称缓坡状，以保证根焊的焊接接头的质量。

焊前预热及层间温度：利用火焰加热或者电加热，距管口25mm处的圆周上均匀加热；加热宽度坡口两侧各50mm。预热温度为100～200℃；层间温度为50～100℃。焊接参数如表7所示。

（2） E7016（向上）根焊操作要领 焊条：E7016焊条应严格控制烘焙温度、保温时间，烘焙完毕后应放入恒温箱内随用随取。E7016焊条烘培温度为300～350℃，保温2h。

根焊操作技术要点：E7016焊条根焊时焊条角度如图2所示。

表7 焊接参数

图2

采用上向焊，在焊道6点钟位置进行引弧形成熔池，焊条往里压送，将两侧钝边熔化，形成熔孔，采用连弧焊，小锯齿横向摆动，再向上左右匀速摆动焊条，移动距离不宜过大。平焊段焊接时焊条不要压的太低，以免造成背面超高。仰焊段焊条一定要顶住熔孔焊接，基本看不到弧光，小摆动前进，如果电弧抬得过高，焊道中会产生气孔；背面会出现低于母材现象。焊接过程中，关键是随着焊条燃烧施焊者要不停的调整焊条的角度，始终保持短弧焊接。注意坡口根部两侧的熔合。焊接电流不宜过大，以不见大颗粒飞溅为宜。每根焊条收弧时回焊，要迅速利落。利用角向砂轮机将接头打磨成缓坡状，再次施焊时在收弧处前10mm引弧焊条，电弧稳定燃烧后，运条至接头的熔孔处时，应将焊条轻轻向熔孔内送进，并稍作停留，然后恢复正常的焊接操作。根焊道焊缝厚度控制在4mm左右，可减少药芯半自动（向下）热焊时烧穿或烧熔缺陷产生的可能。

（3）药芯半自动（向下）热焊、填充、盖面操作要领 药芯半自动向下焊焊枪角度如图3所示。

图3

（4）半自动焊枪焊接过程中角度 热焊：根焊结束后，整个焊道需要用角向砂轮机进行清根。清根过程中注意不要把焊道打磨成“W”形的沟槽，都打磨成“U”形状，以防止产生夹渣和未熔合的缺陷。热焊主要为了加固根部焊道，同时继续补充足够的热量以使焊缝保持较高的温度，避免裂纹等缺陷的产生。根焊与热焊间隔的时间应该控制在5min。热焊焊接过程中保持正确的焊枪角度有利于保证焊接过程和焊接质量的稳定。热焊时焊接速度不宜过慢，以防止产生烧穿或烧熔的缺陷。在保证坡口两侧良好熔合的情况下，焊枪不需要做横向摆动或小的“之”字形摆动，控制好焊丝伸出长度和各项参数。

填充焊：在进行填充焊时，应当用角向砂轮机把热焊焊道表面的缺陷清理干净。填充焊时，要做适当的横向摆动，以获得平或微凸的焊道。引燃电弧形成熔池后，快速均匀的左右小幅摆动带动熔池有节奏地下拉行走。在焊接过程中，焊丝绝不可脱离熔池先行，否则会出现顶丝、跳丝及未熔合等不良现象。填充焊时各层焊缝不易过厚、过高。在盖面前一层的填充焊时以填充厚度低于母材表面0.5mm为宜，填充焊接过程中，在保证坡口两侧熔合良好的同时尽量避免烧坏母材坡口边缘，为给盖面焊打下基础，保证盖面焊缝质量。考虑到立焊位置熔池金属在重力作用下下坠流淌严重，因此在进行盖面层焊接前，根据实际情况在立焊部位进行补焊一道填充焊，俗称立填。使盖面焊道立焊部位成形饱满，达到盖面焊道外观质量要求。

盖面焊：在进行盖面焊时，焊前必须做到清渣及打磨填充接头、处理坡口两侧飞溅，有利于盖面。为保证焊缝外观尺寸要求，适当摆动电弧将坡口两侧各覆盖0.5～1mm。摆动太宽易造成焊道中部凹陷，影响外观质量。通过调整焊枪角度和焊丝伸出长度控制焊缝熔池温度匀速带动熔池前行。焊至下爬坡和底部时，焊丝在焊缝中间过渡要快，在坡口两侧适当停留，前进步伐不宜过大并且要均匀。控制焊道成形高度和坡口两侧熔合良好，无咬边、未熔合等缺陷。焊至前留接头时适当拉长焊丝伸出长度，缩小熔池直径填满熄弧处弧坑。盖面要求成形细密光滑，纹路均匀平整，无表面气孔、夹渣、未熔合、裂纹等缺陷。

4. 结语

通过对低氢焊条（向上）根焊+药芯焊丝半自动（向下）焊组合焊接工艺的论述，不难发现焊接缺陷产生的原因；根据焊接工艺规程及工艺要求，选择合理的焊接参数，掌握正确的焊接方法及操作要领，就能很大程度上提高工程的焊接质量。低氢焊条（向上）根焊+药芯焊丝半自动（向下）焊组合焊接工艺在中缅油气管道（国内段）项目连头和返修中得到了充分的应用。