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，半自動向下焊技術(shù)在國內(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)定等問題。

本文針對小口徑不銹鋼管半自動下向焊新型技術(shù)及材料，結(jié)合焊工培訓(xùn)，對小口徑不銹鋼管半自動立向下焊技術(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)，市場占有率高達(dá)65%，經(jīng)過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)測出RMD焊接時(shí)的波形圖。RMD是國際上數(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。其熔滴過渡分為兩個階段：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)檢測到液態(tài)小橋斷開，精確控制波形，確保焊絲快速熔化和坡口鈍邊（及錯邊厚端）熔化，并控制熔池的穩(wěn)定。RMD應(yīng)用特點(diǎn)是：高達(dá)10萬次/秒的電弧檢測頻率，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（與表面張力過渡技術(shù)比較）的同時(shí)，既確保焊絲快速熔化及坡口（含錯邊）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)過測量的各種焊材的擴(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管道施工中的管子間隙不均、管子錯邊、小口徑管子晃動等適應(yīng)能力更強(qiáng)，更好地滿足了管道根焊施工對焊接質(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)

參考國內(nèi)對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/全自動根焊主要設(shè)備�？紤]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管件組對工藝

本培訓(xùn)采用管子口徑114~273mm,壁厚4~8mm，60°V型坡口，對口要求較高，對口間隙控制在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)場實(shí)際工況，所有管子6點(diǎn)位置距地高度不超過0.45m，且人為設(shè)置多個障礙物，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，如果錯邊量過大應(yīng)對過厚端打磨。③起弧的控制：起弧前焊絲超出導(dǎo)電嘴預(yù)留10~12mm，預(yù)留過長會導(dǎo)致起弧電弧不穩(wěn)定和氣體保護(hù)不足；過短會不利于電弧觀察和移動。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。起弧后帶動電弧經(jīng)過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燒現(xiàn)象，金屬粉芯焊絲的鐵水本身潤濕性（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。如遇間隙過大或者鈍邊有缺口可輔以小月牙擺弧過渡。立焊時(shí)控制焊機(jī)角度和運(yùn)條速度，過快的速度易產(chǎn)生鈍邊單側(cè)或雙側(cè)未熔合，過慢的速度易導(dǎo)致鐵水堆積、焊層過厚，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。通過運(yùn)條速度控制仰面焊縫成形，速度過快易出現(xiàn)穿絲和鈍邊未熔合，速度過慢易出現(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要點(diǎn)，間隙宜控制在2.5~3mm，過寬的間隙易出現(xiàn)穿絲、掉鐵水，焊縫背面內(nèi)凹，過窄的間隙易導(dǎo)致焊縫背面未填滿。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)開關(guān)熄弧，停留數(shù)秒再移開焊機(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，如果對口間隙過大，宜采用小月牙形擺動運(yùn)條法，運(yùn)條手法不宜過快或過大，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)絲半自動向下焊

藥芯焊絲自保護(hù)半自動下向焊工藝是成熟的管道焊接工藝，廣泛用于國內(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、高端造船等行業(yè)。Elga自保護(hù)焊絲是多個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)焊絲專為油氣小口徑及薄壁管道立向下焊半自動施工而設(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)測擴(kuò)散氫含量5.4ml/100g，-20℃低溫沖擊功140J，滿足西北管道項(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，來獲得更好的焊縫成形保證焊接質(zhì)量。我們在焊接培訓(xùn)過程中，經(jīng)過多次試驗(yàn)和對比，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。因此在焊接操作過程中可采用小電壓密擺來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)過程中注重訓(xùn)練焊工對運(yùn)條角度和焊接站位選擇的理解能力，以及對熔池的控制能力，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多，正確地打磨接頭是保證焊接內(nèi)部質(zhì)量的一個措施。

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直到自動熄滅。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

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下向焊施工水平。4.4經(jīng)過培訓(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，以滿足油田地面建設(shè)及今后長輸管線焊接任務(wù)的需要。