STT自保护药芯焊丝半自动焊在西气东输二线管道工程中的运用

1、STT自保护药芯焊丝半自动焊在西气东输二线管道工程中的运用摘要：介绍了STT 气体保护半自动根焊、自保护药芯焊丝半自动焊填充盖面工艺的特点及其焊接工艺。此工艺具有焊接速度快、质量好、易于操作等优点， 在西气东输二线管道工程中运用取得好的效果。关键词：前言：随着石油工业的不断发展, 管道输送油气以其安全、经济、高效、环保而得到了迅猛的发展。长距离、大管径、高压力已经成为陆上油气输送管线的发展方向。目前,长输管道建设也正处于发展的第二个高峰期。以大口径、高强度、高韧性X80钢作为母材的钢线管运用到现场施工，尤其是以管道局承建印度“东气西输”管道工程、俄罗斯工程以及西气东输二线工程，导致以前传统的手

2、工纤维素焊条下向焊工艺已经不能满足要求。现在施工现场焊接所采用的焊接工艺方法已由的手工向下焊工艺, 已经向以STT、RMD为代表半自动化、以Northeast、CRC为代表全自动化迈进。但由于诸多因素的限制, 全自动焊在我国的发展比较缓慢,只是在“西气东输”等工程中进行了部分试用, 目前半自动焊正以其独特的优势在大口径长输管道建设中得到广泛应用。本文主要介绍了STT 气保护半自动根焊, 自保护药芯焊丝半自动焊填充盖面工艺的特点及其焊接工艺。1 工艺特点简介1.1 STT 气保护半自动焊STT 气保护半自动焊是一种以表面张力为主要熔滴过渡力的熔化极气体保护焊, 它采用独特的波形控制技术,可以根据

3、熔滴的不同过渡过程, 自动调节焊接电流和电弧电压波形,在整个焊接周期里精确控制流过焊丝的电流,从而达到电弧所需的瞬时热量, 同时解决了CO2 气体保护焊短路过渡飞溅大的技术难题, 确保焊接电弧的稳定燃烧和有效控制焊缝成形。与纤维素焊条下向焊相比, STT 气保护半自动焊具有以下优点:（1）引弧轻易, 电弧燃烧稳定； （2）飞溅极小, 焊接烟尘少, 噪声小；（3）焊缝成形美观, 焊接质量好, 可有效地减少管道打底焊道的未熔合缺陷；（4）精确的热输入控制可以减少焊接变形和烧穿；（5）焊接成本较低, 在焊接碳钢和低合金钢时可采用100% CO2气体保护；（6）焊接速度快, 焊接效率高；（7）焊后不需

4、清渣, 节省了层间清理时间；（8）操作容易掌握, 减少焊工培训时间。1.2 自保护药芯焊丝半自动焊自保护药芯焊丝半自动焊是近年来应用最广的一种长输管道焊接工艺, 与手工电弧焊相比, 自保护药芯焊丝半自动焊具有以下优点: （1）抗风能力强, 保护效果好, 只要风速不超过8m/s , 均不需采取任何防护措施,适用于野外施工作业；（2）焊丝为连续送进, 焊缝接头少, 可以大大减小焊接缺陷产生的倾向；（3）焊丝熔化速度快, 熔敷效率高, 节约电能, 其耗电量仅为手工电弧焊的1/ 6 左右；（4）焊层较薄, 脱渣性好, 可以大大减少清渣时间, 有利于施工效率的提高：（6）焊缝外观成形和内部质量好, 抗气

5、孔能力强, 裂纹倾向小。2 焊接工艺2.1 管材采用根据API Spec 5L 标准生产的X80 螺旋埋弧焊钢管, 规格为1219mm ×18.4mm。2.2 焊材根焊采用BOEHLER SG3-P实芯焊丝, 相当于AWS A5. 18 ER70S-G, 直径为1.2mm 。热焊、填充焊及盖面焊均采用HOBART FABSHEILD X80焊丝 , 直径为2.0mm。2.3 焊接电源根焊采用美国Lincoln 公司生产的Inverter STT 型焊号接电源, 配STT-10 两轮驱动送丝机。填充及盖面层采用美国Lincoln公司生产的DC-400焊接电源配LN-23P 便携式电压感

6、应送丝机。2.4 坡口形式采用带钝边双V 型坡口。坡口采用机械加工制成,坡口角度= 30°±2.5°，高度为7±0.2mm、为810°, 钝边为1.01.5mm。如图2.4.1所示。图2.4.12.5 焊前清理组对前应用机械方法将坡口表面及坡口两侧25mm范围内的内外壁上的铁锈、油污、水及氧化皮清除干净, 直至裸露出金属光泽, 以减小焊接过程中气孔产生的倾向。2.6 装配组对焊口的组对质量是影响焊缝内部质量和外观成形的主要因素之一, 因此应严格按照焊接工艺要求进行组对。施工时采用内对口器组对。组对前应将管端10mm 范围内的螺旋焊缝余高打磨掉,

7、 呈平缓过渡。组对时两管口螺旋焊缝错开间距应在100mm 以上, 错边量应不大于2.3mm , 并沿周长均匀分布。对口间隙为2.03.5mm , 如图2.4.1所示。2.7 焊接工艺参数焊接层次共分五层。根焊层采用STT 气保护半自动焊, 热焊、填充、盖面层均采用自保护药芯焊丝半自动焊。各层的焊接工艺参数分别见表2.7.1表2.7.12.8操作要点（1）由于管径大, 为减小受热不均引起的热变形, 采取每层焊道两名焊工对称同时施焊, 施焊顺序如图2.8.1所示。图2.8.1（2) 根焊道厚度保持在34mm 左右, 可减少自保护药芯焊丝半自动热焊时烧穿产生的可能性。（3) 根焊运条方式可采用直拉或

8、锯齿形摆动, 保证坡口两侧熔合良好。12 点至2 点钟位置焊枪倾角保持在2025°, 2 点至4 点钟位置焊枪倾角保持在1015°为宜, 4 点至6 点钟位置焊枪基本与管壁垂直, 焊枪倾角约为05°。（4）根焊接头必须进行打磨，清除掉收弧时CO2气体保护不够时而产生的气孔。（5) 根焊层结束后无需打磨, 即可进行热焊层的焊接。热焊主要是为了加固根部焊道, 同时继续补充足够的热量以使焊缝保持较高的温度, 来防止裂纹等缺陷的产生。热焊时一般不摆动, 只要保证坡口两侧熔合良好即可。根焊与热焊的时间间隔不要太长, 不应小于10min , 层间温度以不低于80 为宜。（6)

9、 填充焊时不能过高, 以填充厚度低于母材表面0. 5mm为宜, 可根据坡口情况适当摆动, 保证坡口两侧熔合良好, 但不能破坏坡口边缘, 以保证盖面焊缝成形美观。（7) 盖面焊时焊丝的摆动以满足焊缝外观成形为目的,适当摆动电弧, 以使坡口两侧母材充分熔化, 减少焊缝表面缺陷, 保证焊缝顺直。但摆动幅度不能过大, 以免焊缝中心产生凹陷。（8) 自保护药芯焊丝半自动焊时, 每层施焊后必须用角向磨光机和电动钢丝刷将焊缝表面的熔渣、飞溅及表面缺陷清理干净, 将焊道打磨成两边稍高, 中心略低的“U”形, 可有效防止夹渣等缺陷的产生。（9) 考虑到焊缝两侧立焊位置熔敷金属因重力作用下流造成两侧焊缝焊层较薄,

10、 因此在进行盖面层的焊接前, 可在两侧3 点和9 点立焊位置各补焊5070mm , 以使盖面焊缝成形饱满。（10) 焊缝外观成形要求: 焊缝余高02.0mm , 仰焊位置个别部位不得超过3mm , 且长度不大于50mm , 焊缝宽度以坡口每边熔化1. 52mm 为宜。（11) 施焊环境要求: 环境温度不低于5 , 大气相对湿度不超过90 %RH。STT 气保护半自动根焊时必须采取防风措施。当不具备上述施焊条件时, 如未采取有效防护措施应停止焊接作业。3 常见缺陷分析及解决方法3.1根部气孔STT根焊产生的气孔可分为：表面气孔，接头气孔。 1、表面气孔：主要存在根焊道的两面，产生原因及解决方法：

11、（1） 根部背面产生气孔： 管道两头未封堵空气流动吹散了CO2气体保护，致使熔敷金属的表面产生气孔。解决方法：管道两端采用盲板封堵，减少空气流动，特别是在有风正对裸露管口吹的时候，有效防止气孔的产生； 已封堵管口在气温变化较大的情况下产生的气孔。解决方法：在内对口器的后方加上泡沫球或胶皮盲板，减少了管道内局部范围内的空气因气温变化较大产生的紊流导致CO2气体保护不够而产生的气孔； 气体纯度不够、含水量超标。我国现在还没有对焊接用CO2气体纯度要求的国家标准，市场上出售的CO2气体主要是制氧厂、酿造厂、化工厂的副产品，如未经处理就作为焊接保护气体使用，其水分及杂质气体含量很高且不稳定。解决方法：

12、选用CO299.5、CO2气体的含水量0.005的气体，同时在气体使用前，将气瓶导致2小时，放出气瓶中的水，可以有效的提高气体纯度和降低气体含水量，减少了气孔的产生；2、接头气孔：主要存在根焊道的接头部位，产生原因:由于在CO2气体在熔池未完全冷却的情况下已经停止对熔池的保护，导致空气对熔池的侵入，焊接区保护气层遭到破坏，在接头处形成气孔。解决方法：在收弧时适当延滞CO2的保护对熔池的保护时间，也就是“提前送气，滞后停气”。3.2 根部未熔合、根部未焊透这两种缺陷出现的原因主要有：对口时存在内错边，解决方法：加强对管子的级配工作，把管子的圆周长差控制在2mm以内，局部的差异可以通过内对口器的胀

13、力进行校正；钝边较厚，一般将钝边厚度在加工坡口时控制在1.0mm左右。选用合理的焊接参数。主要在电弧电压、焊接电流、焊接回路电感匹配得不太合适，以及焊丝干伸长不合适，造成焊接电弧不稳定、飞溅以及未焊透等，影响焊缝成形、焊缝的机械性能。只有电弧电压与焊接电流匹配得较合适时，才能获得较稳定的焊接过程，在一定的焊丝直径和焊接电流下，若电弧电压偏低，电弧短、焊缝成型高，甚至会造成冲丝、电弧引燃困难，使焊接过程不稳定；若电弧电压偏高，则熔滴过渡的频率变慢、颗粒变大，电弧长度长、焊缝成型宽，过高的电弧电压会烧毁导电咀；因焊接回路电感量的大小直接影响焊接电弧的燃烧时间，关系到熔滴过渡的稳定、焊接熔深及焊缝成

14、型，在一定的焊丝直径和焊接电流、电压下，若选择过小的电感量，焊接时会造成熔深太浅，即使再增加焊接电流、电压，只能会使过渡到熔池的液态金属溢出熔池，形成未熔合、未焊透。要选择合适的电感量，一般视焊丝直径、母材厚薄及不同的焊接设备通过试焊来确定；合适的焊丝伸出导电咀长度应为焊丝直径的1012倍（一般在1020mm范围内），焊丝的干伸长太短，就会因为焊枪喷嘴与工件距离近而增加飞溅金属堵塞喷嘴，焊丝的干伸长太长，则会增加飞溅、引起焊接不稳定，气体保护效果变差等。在实际工作中，一般先根据工件厚薄、坡口形式、焊接位置等选好焊丝直径，再确定焊接电流，调节好回路电感量，使飞溅降低到最小。3.3 自保护药芯焊丝半自动焊的缺陷主要表现为气孔