药芯焊丝半自动焊在长输管道中的应用
刘明辉，艾云，左治武
（河南油田油建公司第三安装处，河南 桐柏 474780）
摘要：介绍了自保护药芯焊丝半自动焊与焊条电弧焊联用的焊接工艺，由于此项焊接技术具有生产成本低，生产效率和一次焊接合格率较高的特点，因此在大、中型直径管道施工中具有较好的推广价值。
关键词：管道；药芯焊丝；自动焊；应用
随着西气东输等大型管道工程的建设，传统的焊接工艺已不能适应长距离输运管道施工的需要，我国长距离输运管道施工采用的传统焊接工艺，已逐步被半、全自动焊焊接工艺所代替。20世纪90年代初，我国从美国引进了药芯焊丝半自动焊接设备和工艺。目前药芯焊丝半自动焊以焊接合格率和生产效率高等优势，在我国大、中型直径长距离输运管道建设中得到广泛应用。我公司经反复试验和实践，在许多大型长距离输运管道工程建设中成功地采用焊条电弧焊与自保护药芯焊丝半自动焊联用的焊接工艺，提高了焊接质量和生产效率，降低了生产成本，现介绍如下。
1 焊条电弧焊与药芯焊丝半自动焊联用焊接工艺的特点
①焊缝成型美观，焊接合格率高。②抗风能力强，风速小于12m/s时不需要采取任何防护措施，特别适用于野外作业。③可连续送丝，焊接过程中起弧和收弧接头减少，降低了焊接缺陷产生的可能性。④焊丝熔敷率高，药皮脱渣性好，焊热输入高，可降低焊缝冷却速度，有助于氢的逸出并减少和防止出现裂纹，生产效率约为焊条电弧焊的3-5倍。⑤生产成本低，有资料表明，药芯焊丝半自动焊的综合生产成本只有焊条电弧焊的2/3。⑥焊接接头力学性能好。半自动焊焊层薄层数多，前一层起预热作用，后一层可延缓前一层的冷却速度，对减少焊接缺陷有利，可提高焊接接头力学性能。⑦互补性好。根焊采用纤维素焊条打底，可减少烧穿的可能性，根焊成型好，能提高根焊合格率和生产率，弥补了半自动焊不能进行根焊的缺点。
2 应 用
以湖北孝感五市(县)天然气工程为例，介绍焊条电弧焊与药焊丝半自动焊联用焊接工艺的应用。焊接设备采用美国ITW集团公司生产的Miller BigBlue多功能半自动焊机，配S-32P便携式电压感送丝机。
(1)管材化学成分和力学性能管材材质为X60，按照API Spee 5L标准，管材规格为φ600mmX10.3mm，其Rm=525 MPa，ReL=465MPa，A=41%。X60管材的主要化学成分见表1。
(2)焊材根焊采用奥地利BOHLER公司生产的FOX CEL E6010纤维素焊条，直径为φ4.0mm。填充焊及面层焊接均采用美国林肯公司生产的低氢型药芯焊丝，牌号NR207，焊丝直径为φ2.0mm，其Rm=532 MPa，eL=420MPa，A=20%。E6010焊条和NR207焊丝适用于API 5L X42~X70级管材的焊接，其化学成分见表2。
(3)焊接接头设计按照API 1104标准要求，对φ406.4mm以上的钢管，其直径偏差的下限为0，上限为1.3mm。现场布管时，应先按直径偏差进行级配后布管，以减少相邻钢管组对时的错边量，提高组对速度和组对质量。相邻钢管组焊的焊接接头V型坡口结构及参数见图1。
(4)焊接准备①环焊缝对接采用内对口器，清除坡口及坡口两边20-30mm内内、外壁上的杂物及氧化皮，将原螺纹管管端10mm范围内的螺纹余高磨掉，使其呈30°仰角平缓过渡。②采用火焰加热器预热，保证管口加热均匀，焊前用钢丝刷清除加热产生的氧化皮及烟尘，预热温度为100-200℃。冬季实际操作时应高于该温度20-30℃，以保证施焊时所需温度，预热范围为坡口两侧各大于50mm。③准备环焊缝对接用内对口器。
(5)焊接参数焊接层数为4层(图1)，根焊采用焊条电弧焊，填充焊和面层焊接均采用自保护药芯半自动下向焊接，焊接参数见表3。可以根据实际情况在表3的参数范围内调整。
(6)焊接工艺评定按SY/T4103-1995的规定进行焊接工艺评定试验。评定试板经无损检测合格后，再进行拉伸、弯曲及缺口试验。焊接工艺评定试验表明，焊接接头的各项指标均符合要求。
3 焊接过程中应注意的事项
①由于管径大，为保证焊接受热均匀，避免因受热不均匀造成的错变量加大，施焊时每层由2名焊工同时在甲、乙位置对称施焊，焊接顺序见图2。②起弧时焊丝应伸出导电嘴约10mm，重新起弧时应把伸出的焊丝剪掉，这样更容易起弧。焊接过程中应当保持焊丝的伸出长度，仰焊时可将焊丝伸出长度适当加长至15-20mm，但不宜太长，以避免因焊丝伸出太长造成过热发红，降低焊缝力学性能。根焊与第% 层填充焊之间的时间间隔不宜超过5 min，层间温度不小于100℃。③填充焊以低于母材表面0.5mm为宜，应根据坡口适当摆动，使坡口两侧融合良好，但不能破坏坡口。④ 每层焊接结束后，用砂轮机及钢丝刷将焊缝表面的焊渣及表面缺陷清除干净。⑤焊接初学者不宜采用热接法，尤其是根焊时应防止接头处造成夹渣及未焊透等缺陷，焊丝接头处用砂轮机磨削后再进行下一层焊接。⑥面层焊接时适当摆动电弧，使坡口两侧母材充分熔化，以减少焊接缺陷，保证焊缝顺直。但不能摆动过大，避免造成焊缝中心内部凹陷，收弧时应适当停留并拉长焊丝长度，可以缩小弧坑及收弧造成的缺陷。⑦药芯焊丝对焊接参数要求高，尤其是对电压的精确度要求极为严格，误差在0.5V以内。焊工操作不当以及焊接参数选配不当都容易产生气孔，尤其在面层焊接时更易发生。焊工要掌握正确的焊接操作方法，逐步掌握各种工艺参数，不断总结操作经验，以有效防止焊接缺陷的产生。
4 结 语
药芯焊丝半自动焊与焊条电弧焊联用，互相弥补了缺点，提高了焊接速度和焊接质量，降低了生产成本。根焊采用纤维素焊条电弧焊，填充焊、层面焊接采用药芯焊丝半自动焊的焊接工艺，在长-呼线、涌-沪-宁管线应用的焊接合格率超过98%，焊接施工周期缩短30%。这种高效的焊接工艺必将在大直径长输管道中得到广泛的应用。 |
