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摘要: 本文介绍了管道全位置下向焊操作工艺及技术要点, 采用本工艺进行施工焊接可提高生产效率, 降低焊接成本，焊接质量可*，接头机械性能满足要求，焊缝成形美观，具有较广阔的应用前景。
关键词：管道；下向焊；焊接工艺
1 前 言
管道下向焊是从管道上顶部引弧，自上而下进行全位置焊接的操作技术，该方法焊接速度快，焊缝成形美观，焊接质量好，可以节省焊接材料，降低工人的劳动强度，是普通手工电弧焊所不能比拟的，现已较广泛应用于大口径长输管道的焊接，在电力建设中的全位置中低压大径薄壁管的焊接中具有一定的推广价值。
2 焊接材料选用
下向焊通常要选择适当的焊接电流、焊条角度和焊接速度，通过压住电弧直拖向下或稍作摆动来完成焊接。普通焊条易出现下淌铁水和淌渣问题，而采用管道下向焊专用焊条，严格执行焊接规范，则可解决这些问题。
通常下向焊焊条可分为两类：一类为纤维素型，如美国林肯公司的E7010-G 、日本日铁公司生产的E6010和E7010-G 及国产的天津金桥牌E6010等，该类焊条工艺性能好，气孔敏感性小，低温韧性高，一般应用于输油、输水管道；另一类是低氢型焊条，如德国蒂林公司生产的E8018-G 等，该类焊条焊后焊缝金属韧性好，抗裂性好，广泛应用于输气碳钢管道焊接填充及盖面焊中。
纤维素型焊条焊渣量少，电弧吹力大、挺度足，防止了焊渣及铁水向下淌，而且电弧的穿透力大，特别适用于厚壁容器及钢管的打底层焊接，可以免去铲根等操作，从而提高工作效率，改善劳动条件，但由于其焊缝中氢含量较高，所以对于高压管道的焊接国内目前一般采用纤维素焊条打底加低氢型焊条填充及盖面的焊接工艺。
3 焊前准备
3．1 母材及规格
水平钢管对接 母材牌号：20 规格：￠ 133*10 mm
3．2 焊材
纤维素型：AWS E7010 ￠3.2mm 作根部填充层焊接;
低氢型: E8018-G ￠ 4.0mm 盖层焊接
3.3 焊材的烘干
下向焊焊条使用前应按说明书要求进行烘干。一般纤维素型焊条烘干温度为70~80 ，保温0.5h, 低氢型焊条烘干温度为350 ~400 ,保温1~2h。
3．4 焊接设备
选用直流焊机，如林肯INVERTIC-I-300 逆变焊机等。
3．5 坡口型式及对口尺寸
坡口型式一般为单V 型，如图1所示。
施焊前应将坡口两侧各30mm 左右宽的表面上的油、漆垢、铁锈等清理干净，直至露出金属光泽。
4 焊接过程
4．1 组对和定位焊
管子的正确组对与定位焊是保证下向焊焊接质量，使焊缝背面成形良好的重要因素。定位焊是正式焊缝的一部份，不但要求单面焊双面成形，而且要保证焊接质量。定位焊的长度20mm ，厚度为3mm 左右，焊缝两侧应打磨成缓坡状，以利于接头。一般定位焊为两处，大约在管子的4：00和8：00位置，如图2所示。
4．2 焊接工艺规范和参数
4．2．1 纤维素焊条下向焊工艺参数
4．2．2 低氢型焊条下向焊工艺参数
4．3 焊条运条角度
下向焊时，焊条角度的正确运用十分重要。打底焊、填充和盖面焊的焊条角度基本相同，只是电弧长度及运条形式有所不同。在下向焊中，焊缝的宽窄主要由电弧的长短及运条形式控制，起弧和收弧位置应注意错开口。在管口各位置焊条运条角度大约如图3所示。
4．4 打底焊操作要点
施焊时，从管子顶端12点时钟位置往前10~15mm处引弧。运条应采用短弧不摆动的
运条法, 将焊条燃烧深入坡口底部并轻压坡口两侧，随着电弧燃烧自然向焊接方向移动。焊接时必须注意力集中，在1点~5点之间焊接时，电弧指向熔池的中心；在5点~6点之间焊接时，应采用最短电弧，在电弧的推力作用下将熔化金属托起，从而避免根部出现内凹现象。焊接过程中应始终注意观察熔孔的大小，尽量使其保持基本一致。熔孔过大，说明焊接速度太慢，熔池温度偏高，容易烧穿或形成焊瘤；熔孔过小容易造成未焊透等缺陷。每只焊条打底焊的焊缝长度一般为200~250mm。
更换焊条时的熄弧接头是保证焊道是否均匀的重要影响因素之一。较好的方法是在熄弧时减薄焊层厚度，并用砂轮机将熄弧处打磨成缓坡状，为防止接头处产生气孔和夹渣，其弧点应选在接头下方5~10 mm处，然后可拉长电弧进行预热至接头处压短电弧，形成正常熔池。接头时，焊条运动到弧坑边缘根部时，要将电弧尽量往里压，并在接头处稍停一会，随后进行正常的焊接。
根部焊缝完成后，应采用砂轮机进行除渣，并仔细检查确保清渣彻底，避免夹渣的产生。
4．5 填充层的焊接方法
填充层的弧长一般应保持在3~4mm，既要有一定的间隙，又要保证根焊不能烧穿。施焊时手要稳，摆幅均匀，速度较根焊时稍快，使熔池呈圆片状。操作时应避免电弧压得过低或焊条角度不当造成铁水与熔渣分离不清，铁水与熔渣倒流，容易造成夹渣和为焊透等缺陷。
填充焊时，水平焊处容易出现凹陷，而仰焊处铁水容易凸出下坠，对此一定要“填起磨平”，即凹陷处用焊条填满，下坠处则用砂轮机磨平。除立焊段填充层应与母材基本平齐外，其它填充层应比母材面低约1mm 左右，这样有利于盖面层的焊接和成形/填充层每层之间均应用砂轮机进行彻底清渣，以避免产生夹渣。
4．6 盖面层的焊接
盖面层焊接时由于焊缝宽度较低宽，焊接时焊条后沿坡口两侧稍作横向或反月牙形摆动运条向下焊接。由于为收尾焊道，不但要保证焊接质量，还要美观，外形尺寸不超标，如两侧加宽为1~2mm，余高为1~3mm等等。
盖面焊时接头处产生表面气孔是常见缺陷之一，较好的解决方法是在收弧容池前方
10mm 处引弧，然后拉长电弧到接头处预热1~2s，再压低电弧做轻微形成熔池后再正常焊接。
盖面焊仰焊处易出现下坠和咬边现象，焊条运行到这个位置时应尽量垂直于管子平面，利用电弧吹力和电弧轮廓的覆盖作用，并结合适当的焊接速度和运条方式将铁水过渡上去，从而避免咬边和下坠产生。
5 焊后检验
5．1 无损探伤
按以上工艺焊接了2个管件的焊缝，试件经X 射线检验，质量等级均为I 级。
以上的试验结果全部达到劳动人事部《蒸气锅路安全技术监察规程》规定的要求，从焊接试件、检验试样、机械性能，确认试验纪录正确，评定结果合格。
6 结 论
6．1 在下向焊中，选择适当的电弧长度，焊条运条角度、运条方式和焊接速度是保证焊接质量的关键因素，这与普通的手工电弧焊常规操作存在较大的差异，只有认真探索和总结经验，并进行较严格的培训，才能正确地掌握这一焊接方法。
6．2 下向焊中，接头方法也很重要，接头往往是产生焊接缺陷的部位，而用砂轮机将接头处磨成缓坡状，并在熔池前方10mm 处引弧，可防止局部未熔合及夹渣、接头不饱满等缺陷的出现。
6.3 每一层焊完后，应用砂轮机进行认真的清渣。
6．4 下向焊的焊接温度高，速度快，而且避免采用TIG 焊打底，特别适合于野外施工，但也要有防风防雨等措施。
6．5 下向焊具有较广泛的推广应用前景，该方法教易掌握，如果在火电安装建设中的中低压管道焊接中推广和应用，不仅焊接质量容易保证，而且可以降低劳动强度，提高劳动效率，必将创造可观的经济效益和社会效益。
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摘要: 本文介绍了管道全位置下向焊操作工艺及技术要点, 采用本工艺进行施工焊接可提高生产效率, 降低焊接成本，焊接质量可*，接头机械性能满足要求，焊缝成形美观，具有较广阔的应用前景。
关键词：管道；下向焊；焊接工艺
1 前 言
管道下向焊是从管道上顶部引弧，自上而下进行全位置焊接的操作技术，该方法焊接速度快，焊缝成形美观，焊接质量好，可以节省焊接材料，降低工人的劳动强度，是普通手工电弧焊所不能比拟的，现已较广泛应用于大口径长输管道的焊接，在电力建设中的全位置中低压大径薄壁管的焊接中具有一定的推广价值。
2 焊接材料选用
下向焊通常要选择适当的焊接电流、焊条角度和焊接速度，通过压住电弧直拖向下或稍作摆动来完成焊接。普通焊条易出现下淌铁水和淌渣问题，而采用管道下向焊专用焊条，严格执行焊接规范，则可解决这些问题。
通常下向焊焊条可分为两类：一类为纤维素型，如美国林肯公司的E7010-G 、日本日铁公司生产的E6010和E7010-G 及国产的天津金桥牌E6010等，该类焊条工艺性能好，气孔敏感性小，低温韧性高，一般应用于输油、输水管道；另一类是低氢型焊条，如德国蒂林公司生产的E8018-G 等，该类焊条焊后焊缝金属韧性好，抗裂性好，广泛应用于输气碳钢管道焊接填充及盖面焊中。
纤维素型焊条焊渣量少，电弧吹力大、挺度足，防止了焊渣及铁水向下淌，而且电弧的穿透力大，特别适用于厚壁容器及钢管的打底层焊接，可以免去铲根等操作，从而提高工作效率，改善劳动条件，但由于其焊缝中氢含量较高，所以对于高压管道的焊接国内目前一般采用纤维素焊条打底加低氢型焊条填充及盖面的焊接工艺。
3 焊前准备
3．1 母材及规格
水平钢管对接 母材牌号：20 规格：￠ 133*10 mm
3．2 焊材
纤维素型：AWS E7010 ￠3.2mm 作根部填充层焊接;
低氢型: E8018-G ￠ 4.0mm 盖层焊接
3.3 焊材的烘干
下向焊焊条使用前应按说明书要求进行烘干。一般纤维素型焊条烘干温度为70~80 ，保温0.5h, 低氢型焊条烘干温度为350 ~400 ,保温1~2h。
3．4 焊接设备
选用直流焊机，如林肯INVERTIC-I-300 逆变焊机等。
3．5 坡口型式及对口尺寸
坡口型式一般为单V 型，如图1所示。
施焊前应将坡口两侧各30mm 左右宽的表面上的油、漆垢、铁锈等清理干净，直至露出金属光泽。
4 焊接过程
4．1 组对和定位焊
管子的正确组对与定位焊是保证下向焊焊接质量，使焊缝背面成形良好的重要因素。定位焊是正式焊缝的一部份，不但要求单面焊双面成形，而且要保证焊接质量。定位焊的长度20mm ，厚度为3mm 左右，焊缝两侧应打磨成缓坡状，以利于接头。一般定位焊为两处，大约在管子的4：00和8：00位置，如图2所示。
4．2 焊接工艺规范和参数
4．2．1 纤维素焊条下向焊工艺参数
4．2．2 低氢型焊条下向焊工艺参数
4．3 焊条运条角度
下向焊时，焊条角度的正确运用十分重要。打底焊、填充和盖面焊的焊条角度基本相同，只是电弧长度及运条形式有所不同。在下向焊中，焊缝的宽窄主要由电弧的长短及运条形式控制，起弧和收弧位置应注意错开口。在管口各位置焊条运条角度大约如图3所示。
4．4 打底焊操作要点
施焊时，从管子顶端12点时钟位置往前10~15mm处引弧。运条应采用短弧不摆动的
运条法, 将焊条燃烧深入坡口底部并轻压坡口两侧，随着电弧燃烧自然向焊接方向移动。焊接时必须注意力集中，在1点~5点之间焊接时，电弧指向熔池的中心；在5点~6点之间焊接时，应采用最短电弧，在电弧的推力作用下将熔化金属托起，从而避免根部出现内凹现象。焊接过程中应始终注意观察熔孔的大小，尽量使其保持基本一致。熔孔过大，说明焊接速度太慢，熔池温度偏高，容易烧穿或形成焊瘤；熔孔过小容易造成未焊透等缺陷。每只焊条打底焊的焊缝长度一般为200~250mm。
更换焊条时的熄弧接头是保证焊道是否均匀的重要影响因素之一。较好的方法是在熄弧时减薄焊层厚度，并用砂轮机将熄弧处打磨成缓坡状，为防止接头处产生气孔和夹渣，其弧点应选在接头下方5~10 mm处，然后可拉长电弧进行预热至接头处压短电弧，形成正常熔池。接头时，焊条运动到弧坑边缘根部时，要将电弧尽量往里压，并在接头处稍停一会，随后进行正常的焊接。
根部焊缝完成后，应采用砂轮机进行除渣，并仔细检查确保清渣彻底，避免夹渣的产生。
4．5 填充层的焊接方法
填充层的弧长一般应保持在3~4mm，既要有一定的间隙，又要保证根焊不能烧穿。施焊时手要稳，摆幅均匀，速度较根焊时稍快，使熔池呈圆片状。操作时应避免电弧压得过低或焊条角度不当造成铁水与熔渣分离不清，铁水与熔渣倒流，容易造成夹渣和为焊透等缺陷。
填充焊时，水平焊处容易出现凹陷，而仰焊处铁水容易凸出下坠，对此一定要“填起磨平”，即凹陷处用焊条填满，下坠处则用砂轮机磨平。除立焊段填充层应与母材基本平齐外，其它填充层应比母材面低约1mm 左右，这样有利于盖面层的焊接和成形/填充层每层之间均应用砂轮机进行彻底清渣，以避免产生夹渣。
4．6 盖面层的焊接
盖面层焊接时由于焊缝宽度较低宽，焊接时焊条后沿坡口两侧稍作横向或反月牙形摆动运条向下焊接。由于为收尾焊道，不但要保证焊接质量，还要美观，外形尺寸不超标，如两侧加宽为1~2mm，余高为1~3mm等等。
盖面焊时接头处产生表面气孔是常见缺陷之一，较好的解决方法是在收弧容池前方
10mm 处引弧，然后拉长电弧到接头处预热1~2s，再压低电弧做轻微形成熔池后再正常焊接。
盖面焊仰焊处易出现下坠和咬边现象，焊条运行到这个位置时应尽量垂直于管子平面，利用电弧吹力和电弧轮廓的覆盖作用，并结合适当的焊接速度和运条方式将铁水过渡上去，从而避免咬边和下坠产生。
5 焊后检验
5．1 无损探伤
按以上工艺焊接了2个管件的焊缝，试件经X 射线检验，质量等级均为I 级。
以上的试验结果全部达到劳动人事部《蒸气锅路安全技术监察规程》规定的要求，从焊接试件、检验试样、机械性能，确认试验纪录正确，评定结果合格。
6 结 论
6．1 在下向焊中，选择适当的电弧长度，焊条运条角度、运条方式和焊接速度是保证焊接质量的关键因素，这与普通的手工电弧焊常规操作存在较大的差异，只有认真探索和总结经验，并进行较严格的培训，才能正确地掌握这一焊接方法。
6．2 下向焊中，接头方法也很重要，接头往往是产生焊接缺陷的部位，而用砂轮机将接头处磨成缓坡状，并在熔池前方10mm 处引弧，可防止局部未熔合及夹渣、接头不饱满等缺陷的出现。
6.3 每一层焊完后，应用砂轮机进行认真的清渣。
6．4 下向焊的焊接温度高，速度快，而且避免采用TIG 焊打底，特别适合于野外施工，但也要有防风防雨等措施。
6．5 下向焊具有较广泛的推广应用前景，该方法教易掌握，如果在火电安装建设中的中低压管道焊接中推广和应用，不仅焊接质量容易保证，而且可以降低劳动强度，提高劳动效率，必将创造可观的经济效益和社会效益。