手工电弧焊+CO2半自动焊接工艺在大直径管道焊接中的应用

殷宗香

【摘要】热网主管道主要为#20钢Φ1016×12管，以往，我们在大直径管道焊接中，绝大部分仍然采用手工电弧焊封底，手工电弧焊填充盖面工艺。最突出的问题是焊工劳动强度大，焊接效率低，而且焊接质量在很大程度上不易保证，特别是对质量要求高的大口径管道的焊接更是如此。我们研究决定，采用CO2半自动焊新工艺用于大口径管道焊接上，CO2气体保护焊具有生产效率高、对油绣不敏感、操作简单等优点。但在实际焊接过程中，由于热网管道多处于高空或地下，坡口的加工无法采用机械加工，只能采用手工气割切割的方法加工坡口，而CO2半自动焊对对口要求比较高，对口间隙一般为1.6-2.0mm左右，由于手工切割技术及管道所处的空间位置原因，对口间隙很难达到要求，不能保证焊接质量。为此我们经过实践，先采用结构钢焊条J422或J507焊条进行封底焊，再采用CO2半自动焊进行填充盖面，焊接中取得了较好的效果，使我厂在大口径管道焊接中获得了较大的突破。

【关键词】大直径管道；结构钢焊条；CO2半自动焊；应用

1、焊前准备

1.1设备选用：手工电弧焊焊封底设备选用国产奥太ZX7-400焊机。CO2半自动焊设备选用北洋世纪NBR-350，送丝机构LN-23P。

1.2焊接材料的选择

1.2.1焊条选用大西洋牌J422。直径为3.2mm，此类焊条焊接工艺性能好，抗风能力强，对气孔敏感性差，焊接成型美观，能适应全位置焊接。1.2.2自保护焊丝是金桥H08MnSiA。直径为1.6mm，此类焊丝使用方便，受环境制约的条件少，焊接过程中容易控制，具有优良的焊接工艺性能，电弧稳定、飞溅小、挺度适中、运丝顺畅、焊缝平整美观。其化学成分见表一。

表一

C Mn Si S P Ni

≤0.11 1.8～2.1 0.65～0.95 ≤0.03 ≤0.03- ≤0.30

1.2.3焊条的化学成分、机械强度应与母材相同且匹配，兼顾工作条件和工艺性。

2、焊接工艺及操作方法

2.1焊接材料的保管、烘干、使用

2.1.1焊条保管时严防潮湿、生锈。使用前严格按规定烘干，烘干温度为150-250度，烘焙时间为1-2小时，使用时应放在焊条保温桶内，随用随取。

2.1.2焊丝：尽可能封闭保管，不可使用带锈斑的焊丝，以免产生气孔。

2.2焊口装配组对

2.2.1对于采用氧乙炔焰切割及加工坡口必须除去坡口表面的氧化皮、熔渣及影响接头质量的表面层，并应将凹凸不平处打磨平整。

2.2.2坡口型式及尺寸见图一。坡口均采用V型坡口，坡口角度60°土5°。组对前应彻底清理坡口附近内外侧的油、水锈等污物，对口间隙为2.0-4.0毫米，钝边为1.6土0.4毫米，钝边太大及对口间隙过小易产生未焊透缺陷。

2.2.3点固焊：管道组对合格后，方可进行定位焊，定位焊应与正式焊接要求相同，焊缝厚度为2-4mm，且不超过管壁厚度的2/3，定位焊不应小于三处，沿圆周均匀分布。定位焊长度应为10-15mm。

2.2.4焊前预热：冬季焊接时，当焊件温度低于0℃时，所有钢材应在施焊处100mm范围内预热到15℃以上。

2.3焊接操作方法

2.3.1封底焊道采用J422焊條，采用直流反接法，开始从底部即6点钟位置施焊，焊接电流一般为100-120A，一般采用断弧焊法，焊接时要求单面焊双面成型，背面焊缝要求焊波均匀，不可脱节，接头均需打磨。封底是整个焊接过程中最重要的一道焊缝，必须保证根部焊透。封底全部完成后，用钢丝刷及角向磨光机把表面焊渣及突出部分彻底的清理，避免产生死角，以免在下道焊接时产生夹渣。

2.3.2填充焊道的焊接：填充采用CO2半自动焊，填充焊道的焊接是为盖面打基础的，填充几次多取决于母材的厚度，填充时的焊接电压在18-20V之间，送丝速度为60-110in/min，丝干伸出导电嘴长度为19-21mm左右，填充焊时即要有一定的熔深，又要保证不被烧穿，应保持焊缝均匀平整及坡口两侧熔合良好，为防止气孔及夹渣的产生接头越少越好。

2.3.3层间接头应错开，每一层焊接结束，都要彻底清除焊渣、飞溅，检查有无缺陷，将突出部分及高低不平处进行打磨，以利于下一层的焊接，层间形状应为平滑凹形，其它形状均成形不良。

2.3.4盖面焊道的焊接：盖面前的填充焊道的高度，以低于母材0.5mm的高度为最佳，盖面焊时，要保证焊缝具有良好的成型，为防止咬边、气孔等缺陷的产生。焊接电压与焊接电流应比填充时稍低一点。焊缝表面余高应控制在0-1.6mm之间，不宜超高过多，但底部允许余高可比平面及立面稍高一些。

2.4焊接时的注意事项

2.4.1所有焊接引弧应在坡口内，不得在坡口以外的母材上有电弧擦伤，对于收弧处产生的缩孔缺陷，必须打磨干净后再进行施焊。

2.4.2层间接头应错开，每一层焊接结束，都要彻底清除焊渣、飞溅，检查有无缺陷，将突出部分及高低不平处进行打磨，以利于下一层的焊接，层间形状应为平滑凹形，其它形状均成形不良。

2.4.3每层焊缝的厚度不能太厚，熔池中的铁水太多或焊接速度太慢，都可能造成铁水下淌或产生气孔等缺陷。对于厚度较大且坡口宽度太宽的焊缝，可采用多层多道的焊接方法，以达到所要求的焊缝宽度及高度。

2.4.4气体流量不易过大或过小，焊丝直径Ф不大于1.2mm，流量为8-15L/min，焊丝直径Ф大于1.2mm，流量为15-25L/min。

2.4.5防气孔：

A、焊丝含Mn、Si量要比钢材高好，含碳量小于0.1%，可减少CO气孔。

B、清除焊丝板材表面杂质油污等，提纯干燥二氧化碳气体，可以减氢气孔。

C、流量不能太小和太大、焊速不能太快、嘴不能堵塞等，否则气体保护不好，会把空气卷入或带进焊接区。二氧化碳纯度要高，气管不要漏气，这样可以防氮气孔。

D、室外进行CO2气体保护焊时，如果风力影响焊接作业应当采取必要的防风措施。

2.4.6焊接操作的组合：在焊接较大直径管口时为提高效率及保证层间温度可采用3人组合。

2.4.7焊接结束后，应仔细清理焊缝表面的飞溅。检查有无气孔、未熔合等缺陷。如有，及时处理。

3、总结

3.1焊接效率比手工焊提高2倍以上。以供热管道Φ1016×12管口焊接为例。每人每天平均可焊接两道焊口以上。与手工焊相比可明显降低焊工劳动强度，改善了劳动条件，提高了生产率。

3.2可保证焊接质量。

4、结束语

经过热网管道更换焊接现场实焊证明，该技术不仅能够满足管道焊接的要求，而且还具有提高焊接质量，提高工作效率，降低劳动强度，改善焊接环境等许多优点。因此种组合焊接方法具有广泛的推广应用价值。