药芯焊丝半自动焊在长输管道中的应用
刘明辉
（河南油田油建公司，河南桐柏 474780）
摘要：介绍了药芯焊丝半自动向下立焊与手工向下立焊焊接技术的联用特点，指出该技术具有较低的生产成本、较高生产效率和焊接合格率，将广泛应用在大口径长输管道施工中。
关键词：长输管道；药芯焊丝；半自动焊；向下立焊
随着西气东输工程的施工， 掀起了长输管道建设的新高潮。传统的焊接工艺逐渐不能适应实际的需要，我国的长输管道施工采用的传统手工向下立焊焊接工艺，逐步被半自动、全自动焊焊接工艺所代替。但由于诸多因素的限制，全自动焊在我国发展比较缓慢。
20世纪90年代初，我国从美国引进了药芯焊丝半自动焊设备和工艺。目前， 半自动焊以焊接合格率和生产效率高等优势，在我国大口径长输管道建设中得到广泛应用。本公司在反复的试验、实践中，在长—呼线、涌沪宁线、孝感五市县等工程中采用纤维素焊条与药芯焊丝联用的焊接工艺，提高了焊接质量和生产效率，降低了生产成本。
1 焊接工艺
1.1 管材
按照API Spec5L标准，孝感五市（县）天然气利用工程选用×60管材，规格为φ660× 10.3mm，其主要化学成分及力学性能见表1。
1.2 焊材
根焊采用奥地利BOHLER公司生产的FOX CELφ4.0mm 纤维素型向下焊条，相当于AWSA5.1 E6010。热焊、填充焊及盖面焊均采用美国林肯公司生产的低氢型药芯焊丝， 牌号为NR207，直径2.0mm，适用于API 5L×42-X70级管材焊接。焊材化学成分及力学性能见表2。
1.3 焊接设备
采用美国集团公司生产的Miller BigBlue多功能半自动焊机，配S-32P便携式电压感应送丝机。
1.4 焊接接头设计
按照APIII04标准要求，直径406.4mm以上的钢管，其直径偏差的上限为1.6mm，下限为0mm。现场布管时， 应先通过级配后再布管， 以减少组对时的错边量， 并可提高组对速度。坡口参数见图1。
1.5 焊接准备
焊接位置：水平定向；对口方式：对口器；坡口清理：坡口表面及坡口两侧20mm范围内的内外壁上的铁锈、氧化皮等清除干净，并将原焊管管端10mm范围内的螺旋焊缝余高打磨掉，并呈30°仰角平缓过渡；预热方法：火焰加热器，保证管口加热均匀，焊接前用钢丝刷除掉氧化皮及烟尘；预热温度：100-120℃ ，冬季实际操作时应高于该值20-30℃，以保证施焊所需温度；预热范围：坡口两侧1.6 焊接工艺参数
焊接层数为4层。根焊采用手工向下焊， 热焊、填充焊、盖面焊均采用药芯焊丝半自动向下焊， 焊接工艺参数见表3，焊工可根据实际情况调出适宜自己的焊接工艺参数。
2 焊接工艺评定
按SY/T 4103的规定，对焊接试件进行焊接工艺评定试验。经无损检测合格后，再经过拉伸、弯曲、刻槽锤断试验，焊接接头各项指标均达到要求，该工艺符合要求。
3 焊接质量及生产成本分析
3.1 焊接质量分析
（1）焊接缺陷通常位于焊接接头处，药芯焊丝半自动焊可连续送丝，同等管径的钢管手工向下焊接头数比半自动焊接头数多。所以采用半自动焊降低了缺陷的产生几率。
（2）NR207属低氢型，可降低焊缝中的氢含量，减少气孔发生。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裂纹。
（3）纤维素焊条具有电弧吹力大，焊缝背面成形好，不宜产生焊接缺陷，并且焊渣容易清除等优点，弥补了半自动焊不能进行根焊的缺点。
（4）采用φ4.0mm焊条打底，不仅减少了烧穿可能性，提高了合格率，而且提高了生产效率。
3.2 生产成本分析
由于药芯焊丝焊接电流密度可达100A安每平方米， 焊丝熔化速度快，生产效率高，约为焊条电弧焊的3-5倍。有资料表明，药芯焊丝的综合生产成本只有焊条电弧焊生产成本的一半。
4 操作应注意的事项
（1）由于管径大，为避免焊接时因受热不均匀造成的错边量加大，施焊时每层应有$名焊工同时对称施焊，焊接顺序如图2。
（2）填充焊以低于母材表面0.5mm为宜，应根据坡口宽度适当摆动，保证坡口两侧熔合良好，但不能破坏坡口，有利于盖面成形美观。
（3）每层焊接后，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，为下一层焊接打好基础。
（4）焊接时不宜采用热接法，尤其在根焊时，应防止接头夹渣、未焊透等缺陷。
（5）药芯焊丝对电流、电压匹配要求高，尤其是对电压的要求极为严格。焊工操作不当及焊接参数匹配不当时，容易产生气孔，尤其是盖面焊。焊工一定要正确掌握焊接操作方法，调整好焊接工艺参数，有效地防止产生焊接缺陷。
5 结论
药芯焊丝半自动焊易操作，手工向下焊焊工经两天培训即可上岗操作。并且焊接速度、焊接质量及生产成本等都具有很大的优越性，纤维素焊条与药芯焊丝半自动焊的联用，充分发挥各自的优点。本公司采用纤维素焊条根焊，药芯焊丝半自动焊填充、盖面的焊接工艺， 在长—呼线、涌沪宁线合格率达97%以上。这种高效的焊接工艺必将在大口径长输管道中得到广泛应用。
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