长输油气管道焊接技术的发展与需求（二）

HEATS · 发表于 2010-9-12 15:46:49

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　　(2)药芯焊丝

　　近年来，随着长输管线向着高强度、大口径、厚壁化方向发展，传统的手工焊焊接方法已逐渐地被半自动焊和自动焊焊接方法所取代，其中以半自动焊应用发展最为迅速，与之而来的是药芯焊丝得以迅猛发展。药芯焊丝之所以能得到如此的重视和发展，与它自身的许多特点是分不开的，表现在：熔敷速度快，焊接生产率高；与实芯焊丝相比，药芯焊丝电弧软、飞溅小，焊接工艺性能好；熔深大，成型美观；综合成本低。

　　药芯焊丝按焊接时保护方式的不同可分为气保护药芯焊丝和自保护药芯焊丝，其中自保护药芯焊丝以其特有的优越性在长输管道中广泛应用，执行标准有GB/T 17493-1998和AWS A.29-98。有代表性的有T8-Ni1型(例如天津金桥JC-29Ni1Φ2.0mm焊丝、美国郝伯特HOBART 81N1Φ2.0mm焊丝)、T8-Ni2、T8-K6型(林肯NR207Φ2.0mm焊丝)等，这种焊丝全位置操作性能好，熔敷速度快，同时焊缝金属韧性好，但焊缝金属在焊态下粗大的柱状晶组织的出现，使得其焊缝金属冲击韧性在焊态与热处理之间，多层焊和单道焊之间有很大的差别。因此采用T8型自保护焊丝焊接时，应严格控制焊接规范参数、热输入量、焊接道次以及每道焊层的厚度等。

　　2.3保护气体

　　长输管道的自动焊接多采用二氧化碳气体保护焊和氧化性混合气体保护焊，即所用的气体为CO2、CO2+Ar或CO2+Ar+O2。其中惰性气体(如Ar)在熔化极气体保护焊中的作用是把电弧和熔化金属周围的空气排开，以免空气中的有害成分影响电弧的稳定性和液态金属被污染。其它非惰性气体(如CO2、O2)也能用来作为熔化极气体保护焊的保护气体。其前提是这些气体虽然能与被保护液体金属发生某些冶金反应，但在焊接过程中可以创造条件使这些反应的后果不至于造成对焊接接头的危害。如采用CO2作为保护气体，虽然在焊接过程中CO2在电弧的高温下分解出O2和CO，进而使Fe氧化生成FeO和可能导致气孔，但这一不良影响可通过在焊丝中加入适量的Si、Mn等脱氧元素来予以解决。研究发现，保护气体成分和流量对焊缝成型有一定的影响，成分和流量不同，焊缝中含氧不同，焊缝成型不同，缺陷几率也不同。如进行STT气体保护焊根焊时采用纯CO2作为保护气体且流量偏大时，因CO2分解吸热作用焊缝冷凝加快，铁水流动性变差，致使正面焊缝易形成山脊形，在随后的焊接过程中其凹陷处易导致未熔合、夹渣等缺陷，背面焊缝易导致假熔现象,这一问题在施焊环境温度较低和线能量较低时表现尤为突出。此外，焊缝因快速冷凝易导致焊缝中气孔。若采用CO2+Ar混合气体如CO2(15～20%)＋Ar(85～80%)可改善铁水流动性，获得良好的焊缝成型，母材与焊缝过渡良好且焊缝中含氧量低，焊缝冲击韧性好。这一点在选择保护气体成分和流量时应引以重视。

　　2.4焊剂

　　选择焊剂时主要考虑焊剂的类型、焊剂与焊丝的匹配特性、焊剂的冶金性能和工艺性能。此外焊剂的粒度、含水量、机械夹杂物、硫磷含量也应予以考虑。从改善焊缝金属韧性的角度考虑，可选择高碱度焊剂。但应注意，当碱度超过某一临界值时，再提高碱度则会导致焊缝韧性下降，这主要是因为对于管线钢焊接时，要求较高的焊接速度，特别是在厚板不开坡口、不留间隙的条件下，工艺性能恶化，焊缝表面出现气孔、麻点，焊缝中氧化物夹杂物明显增多，导致韧性下降。因此，合理选择焊剂，对提高焊缝韧性有重要意义。

　　3.焊接电源

　　随着电子技术和现代控制技术的发展，数字化逆变焊接电源是弧焊电源发展的主要方向。它体积小、重量轻、节能省材，而且控制性能好，动态响应快，易于实现焊接过程的实时控制，在性能上具有很大优势。同时集成了专家系统、模糊控制、神经网络技术等智能控制方法的数字化逆变焊接电源，可以实现一元化调节，对焊接过程中出现的不确定因素做出实时处理，保证稳定的焊接过程和焊接质量。国内时代、奥太等焊机生产厂家早已成功推出软开关控制的逆变焊机，双丝双弧、双丝单弧、多丝多弧等技术在国外也有应用。

　　现在，我国逆变焊机电源已形成4代产品：第一代是以可控硅SCR为主功率器件的逆变器；第二代是晶体管逆变器；第三代是场效应管逆变器；第四代是IGBT逆变器，其逆变频率高，饱和压降低，功耗小，效率高，无噪声，与前3代逆变器相比，优势更明显。

　　但是，目前施工现场还很少使用IGBT逆变焊机。纤维素型焊条焊接时采用一般的直流焊机，在小电流时易出现断弧、粘条、电弧不稳等问题。低氢型焊条对弧焊设备的要求较低，一般的直流弧焊设备即可满足要求。管道施工中手工电弧焊使用的焊机有美国LINCOLN公司的DC-400，美国MILLER公司的XMT-304，北京时代集团公司的ZX7-400B，济南奥太公司的ZX7-400ST等。

　　自保护药芯焊丝焊接时，可选用美国LINCOLN公司的DC-400直流电源+LN-23P送丝机，另外MILLER公司的XMT304直流电源+S-32P送丝机，唐王DC-400+LINCOLN LN-23P送丝机也可供选择。

　　CO2气保护焊根焊时,可选用的焊机为LINCOLN公司的STT型逆变电源+LN-742送丝机，飞马特公司的ULTRA FLEX PULSE 350焊机+ULTRAFEED 1000送丝机。

　　4.焊接方法和设备

　　目前国内外长输管道常用焊接方法主要有：(1)手工焊，包括药皮焊条电弧焊(SMAW)、手工钨极氩弧焊(TIG)；(2)半自动焊，包括熔化极气体保护半自动焊[包括活性气体保护STT(Surface Tension TransferTM)半自动焊、半自动熔化极氩弧焊(MIG)、半自动活性气体保护焊(MAG)、自保护药芯焊丝电弧焊(FCAW)；(3)熔化极活性气体保护自动焊(AW)。此外，还有埋弧自动焊(SAW)、电阻焊—闪光对焊(FBW)等。我国在西气东输管道工程后主要以自保护药芯焊丝半自动焊和熔化极活性气体保护自动焊为主。

　　4.1手工焊

　　手工焊主要指焊条电弧焊和手工钨极氩弧焊。

　　(1)焊条电弧焊

　　具有灵活简便、适应性强等特点，同时由于焊条工艺性能的不断改进，其熔敷效率、力学性能仍能满足当今管道建设的需要，尤其时焊接补焊时应用更广泛。焊条为纤维素型焊条和低氢型焊条，其下向焊和上向焊两种方法的有机结合及纤维素焊条良好的根焊适应性在很多场合下仍是其它焊接方法所不能代替的。

　　(2)手工钨极氩弧焊

　　焊接质量好，背部无焊渣，一般用来进行站场压缩机进出口、球阀等设备，以及管径较小、壁厚较薄的工艺管道，安放式角焊缝的安装焊接。钨极氩弧焊方法要求焊前严格进行坡口清理，焊接过程中须有防风措施。

　　4.2半自动焊

　　即自保护药芯焊丝半自动焊和CO2气保护半自动焊，它们都是下向焊方法。

　　(1)自保护药芯焊丝半自动焊

　　该项技术在1996年的库鄯线管道工程中首次应用于，随后在苏丹、兰成渝、涩宁兰等管道工程中推广应用。这种焊接方法操作灵活，环境适应能力强，焊接熔敷效率高，焊接质量好，焊工易于掌握，焊接合格率高，是目前国内管道工程中重要的填充、盖面焊方法。

　　(2) CO2气保护半自动焊

　　随着焊接电源特性的改进，通过控制熔滴和电弧形态，CO2气保护焊的飞溅问题已基本解决，并开始在管道焊接中扮演重要角色，如STT型CO2逆变焊机的应用等。这种焊接方法操作灵活，焊工易于掌握，对不同的坡口适应性强，焊接质量好，焊接效率高，焊道光滑，但焊接过程受环境风速的影响较大。STT半自动根焊要求管口组对过程中保持对口间隙均匀一致，否则将会在后序的填充、盖面焊道中产生坡口边缘未熔合、夹渣等缺陷。

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