0引言在长距离、大口径管道建设中,现场焊接速度的快慢以及焊接质量的好坏一直是一个备受关注 的问题,为了适应国内大规模管道建设的需要,管道焊接已经从原来传统的焊条电弧焊方式,成功 发展到广泛采用自保护药芯焊丝半自动焊这种高效的焊接技术。1药芯焊丝的特点自保护药芯焊丝 是由冷轧薄钢带经轧机纵向折叠加粉后拉拔而成,药芯焊丝芯部粉剂的成分与焊条药皮类似,是把 作为造渣、造气和起脱氧、脱氮作用的药粉和金属粉放入钢皮之内,焊接时药粉在电弧的高温作用 下变成气体和熔渣,起到造渣和造气保护作用,不用另加气体保护。根据渣的碱度,可分为钛型( 酸性渣)、钛钙型(中性或弱碱性渣)和钙型(碱性渣)焊丝。一般说来,钛型渣系的焊道成形美 观,全位置焊接时工艺优良,电弧稳定,飞溅很少;但焊缝的韧性和抗裂性能较差。与此相反,钙 型渣系的焊缝韧性和抗裂性能优良,而焊道成形和焊接工艺性能稍差。钛钙型渣系介于上述两者之 间。三种渣系药芯焊丝的电弧稳定性良好,X射线检查结果良好,焊接特性比较见表1<1>。表 1三种渣系药芯焊丝的焊接特性填充粉类型工艺性能焊道外观焊道形状熔滴过渡飞溅量熔渣覆盖性 脱渣性烟尘量焊接性能缺口韧性扩散氢(mL/100g)抗裂性能抗气孔性能熔敷效率(%)钛 型美观平滑细小滴过渡粒小,极少良好良好一般一般2～10一般稍差70～85钙钛型一般稍凸 滴状过渡粒小,少稍差稍差多良好2～6良好良好70～85钙型稍差稍凸滴状过渡粒大,多差稍 差多良好1～4优良良好70～85自保护药芯焊丝的主要优点如下:(1)药芯焊丝熔敷速率高 于实心焊丝,由于焊丝断面上通电部分面积比实心焊丝小,在同样的焊接电流下药芯焊丝的电流密 度高,焊丝熔化速度快,熔敷速度高。(2)药芯焊丝可以采用大电流进行全位置焊接。(3)抗 风能力强,在风速达到10m/s的环境下仍可达到优良的焊接性能。(4)不需要外加气体保护 ,适宜野外现场作业。2自保护药芯焊丝半自动焊工艺管道施工一般点多、线长,跨区域范围大, 所经地形地貌复杂,自然条件变化大,施工作业条件较差。加之长距离、大口径、高压力的管道日 益增多,管道壁厚也随之增加,现场管道焊接工作量和劳动强度也大幅度提高,传统的焊条电弧焊 已难以适应管道建设的发展需要,采用自保护药芯焊丝半自动焊工艺正是满足了这种要求,这种工 艺的显著特点是:(1)焊接采用半自动焊机配以自动送丝机,焊接可以从管顶施焊,一直焊至管 底,中间不需要像焊条电弧焊那样断弧,更换焊条,节省了大量的焊接时间,同时由于减少了焊接 中的断弧和起弧,也减少了接头缺陷。(2)采用大电流焊接,焊接速度明显高于焊条施焊。(3 )不需要气体保护,并可以在风速较大的环境下施焊,适用于野外多种地形地貌条件下的焊接。( 4)同一焊道在填充和盖面层可以采用同一牌号焊丝,缩短了焊接作业线,减少了设备的搬迁次数 。值得一提的是,在采用自保护药芯焊丝半自动时,管道的根部焊接大多还是采用传统的焊条电弧 打底,原因是国外虽然也开发出适用于根部焊接的保护焊丝,如美国的NR-204焊丝,但用于 焊接工艺定试验时,根部焊缝质量一直存在问题,因此根部焊现主要采用纤维素焊条打底。管道局 焊接培训中心曾对该焊接工艺与焊条电焊进行对比试验,焊接钢管为API5LX60控制轧制线 钢管,管径为711mm,壁厚为8.7mm,管口采用接形式。焊接坡口形式见图1。对比试 验的焊接参数和焊接接头力学性能试验果分别见表2和表3。图1坡口形式表2对比试验的焊接参 数焊接方法焊道焊接材料焊条直径d/mm极性焊接电流I/A电弧电压U/V焊接速度v/(c m·min-1)送丝速度v1/(m·min-1焊条电弧焊打底焊FOXCEL4.0DC- 90～11022～3210～22—热焊FOXCEL854.0DC+110～13525～ 3825～38—填充焊FOXCEL854.0DC+200～25020～2620～30— 盖面焊FOXCEL854.0DC+200～25020～2620～30—半自动焊打底焊F OXCEL4.0DC-90～11022～3010～20填充焊NR-2072.0DC-2 00～25019～2220～352.29～2.92盖面焊NR-2072.0DC-200 ～25019～2215～252.16～2.79由表2中焊条电弧焊和半自动焊焊接参数对比 试验结果可以看出,半自动焊比焊条电弧焊少了一道热焊工序,打底焊之后,直接采用药芯焊丝大 电流施焊,减少了焊接工序,提高了焊接效率。在表3的焊接接头力学性能试验结果中,焊条电弧 焊和半自动焊结均满足标准要求,但冲击吸收功试验值要明显高于条电弧焊的焊缝,说明该焊接工 艺施焊焊缝具有更的韧性指标。表3焊接接头力学性能试验结果项目拉伸试验σb/MPa断裂位 置弯曲试验面弯根弯冲击吸收功(平均值)AkV(-20℃)/J平焊位置焊缝熔合线立焊位置 焊缝熔合线刻槽断裂试验硬度/HV半自动焊试件603母材未见异常1.0mm裂纹78.61 06.374.693.7无缺陷210焊条电弧焊试件556母材未见异常1.2mm裂纹41 95.35187无缺陷2083工程应用情况由于自保护药芯焊丝半自动焊技术在长输管道野外 施工中显现出的独特优点<2>,目前这种焊接方法已普遍应用于国内外的管道建设中,由于进行 打底焊的自保护药芯焊丝应用还不成熟,国内在实际的焊接生产中,基本上是采用AWS5.1E 6010焊条手工下向焊或STT(表面张力过渡焊机)气体保护焊进行打底,自保护药芯焊丝半 自动焊进行填充和盖面。近几年,自保护药芯焊丝半自动焊被广泛应用于一系列新建的管线中,部 分应用情况见表4。工程应用表明,药芯焊丝具有明显的优势:(1)焊接质量高。由于药芯焊丝 的焊接接头明显少于焊条电弧焊,以660mm×8.7mm钢管为例,焊条电弧焊在整个焊口 约出现40个接头,而半自动焊约有16个,半自动焊出现的弧坑缺陷几率只有40%。对于自保 护药芯焊丝半自动焊,焊接一次合格率高达95%,明显高于现在焊条电弧焊水平,大大减少了现 场返修工作量。(2)大幅度降低了工人的焊接劳动强度。尤其像西气东输这种大口径、高压力管 线,在四级地区壁厚高达26mm,采用半自动焊工艺,可以充分发挥其高效优势,降低了工人的 劳动强度。(3)具有较强的抗风能力。在风速高达10m/s的情况下仍可进行焊接作业,而采 用低氢焊条电弧焊时风速不能超过5m/s,气体保护焊时风速不能超过2m/s。节省了对防风 设施的投入。(4)节省焊接材料。药芯焊丝的熔敷效率高达85%,而采用焊条只有55%左右 。以苏丹富拉输油管线中的610mm×9.5mm线路段为例,焊条电弧焊焊接一道焊口所需 的焊条用量为2.45kg,而焊丝用量只有1.35kg,焊丝与焊条用量相比,焊材节省量为 0.11t/km,对整个720km长的工程来讲,因减少焊材用量而节省的工程投资将达百万 元,经济效益非常可观。(5)适用于多种地形地貌。自保护药芯焊丝半自动焊因其设备相对简单 、操作方便,可以适用于多种地形、地貌,如在平原、戈壁、沙漠、丘陵和坡度不是太陡的山区地 段,均可以进行大规模流水线焊接作业。表4自保护药芯焊丝半自动焊在部分新建管道上的应用情 况工程名称管径d/mm设计压力p/MPa管道长度L/km采用钢级焊材牌号建设时间/年库 尔勒—鄯善输油管线6106.27450X65FOXCELNR-2071995～1997 兰州—成都—重庆成品油管线508101200X52Fleetweld5p+NR-207 2001～2002西气东输管线1016103800X70JM-58NR-2072001 ～2003苏丹富拉输油管线61010,7.5720X65FOXCELNR-207200 3～20044结束语自保护药芯焊丝半自动焊由于焊接效率高、焊接质量好、操作方便和具有优 良的抗风性能等特点,非常适合于管道的现场焊接。这种方法现已在国内长输管道的焊接中被广泛 采用,并成为一种主要的焊接方式,并在今后相当长的时间内,仍将会作为一种主要的焊接方法广 泛应用于国内长距离、大口径、高压力管线的建设中。长输油气管道的自保护药芯焊丝半自动焊$ 中国石油天然气管道工程有限公司!(廊坊市065000)@张振永简述了药芯焊丝的特点,并重点介绍了自保护药芯焊丝半自动焊接工艺及其在长输管道工程上的实际应用情况,并对这种焊接方法的特点进行了简要总结。管道;;药芯焊丝;;半自动焊;;应用<1>伊士科,杨鸣山.国内外焊丝焊剂简明手册
.北京:兵器工业出版社,1992.
<2>袁崇福,田立.用于管道焊接的药芯焊丝半自动焊接技术.焊管,2000(6)员； ひ┬竞杆堪胱远副还惴河τ糜谝幌盗行陆ǖ墓芟咧?部分应用情况见表4。工程应用表明,药芯 焊丝具有明显的优势:(1)焊接质量高。由于药芯焊丝的焊接接头明显少于焊条电弧焊,以6 60mm×8.7mm钢管为例,焊条电弧焊在整个焊口约出现40个接头,而半自动焊约有16 个,半自动焊出现的弧坑缺陷几率只有40%。对于自保护药芯焊丝半自动焊,焊接一次合格率高 达95%,明显高于现在焊条电弧焊水平,大大减少了现场返修工作量。(2)大幅度降低了工人 的焊接劳动强度。尤其像西气东输这种大口径、高压力管线,在四级地区壁厚高达26mm,采用 半自动焊工艺,可以充分发挥其高效优势,降低了工人的劳动强度。(3)具有较强的抗风能力。 在风速高达10m/s的情况下仍可进行焊接作业,而采用低氢焊条电弧焊时风速不能超过5m/ s,气体保护焊时风速不能超过2m/s。节省了对防风设施的投入。(4)节省焊接材料。药芯 焊丝的熔敷效率高达85%,而采用焊条只有55%左右。以苏丹富拉输油管线中的610mm×9.5mm线路段为例,焊条电弧焊焊接一道焊口所需的焊条用量为2.45kg,而焊丝用量只有1.35k
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