摘要：根据我国长输管道建设的发展历程，总结了全纤维素型、混合型、复合型三种手工下向焊技术及活性气体保护、药芯焊丝自保护两种半自动下向焊技术和全自动活性气体保护焊与全自动药芯焊丝下向焊技术的工艺特点及在我国长输管道建设中的应用状况，指出了全自动活性气体保护焊和全自动药芯焊丝下向焊将是我国长输管道下向焊技术的发展方向。
关键词：长输管道 下向焊 现状 发展
0 前言
随着石油天然气及石油化工工业的发展，以西气东输工程为标志，我国的长输管道建设高峰期已经到来。长输油气管道越来越向大口径、高压力输送方向发展。长输管道下向焊技术自20世纪60年代引进我国以来，经过几十年的发展，目前已具有成熟的手工下向焊技术，正在普及半自动气体保护焊技术，全自动气体保护焊技术与下向焊技术的结合作为长输管道焊接技术的发展趋势，将会在全国长输管道建设中大力推广。 1 手工下向焊技术的应用与发展
手工下向焊技术与传统的向上焊相比具有焊缝质量好、电弧吹力强、挺度大、打底焊时可以单面焊双面成形、焊条熔化速度快、熔敷率高等优点，被广泛应用于管道工程建设中。随着输送压力的不断提高和油气管道钢管强度的不断增加，手工下向焊技术经历了全纤维素型下向焊-混合型下向焊-复合型下向焊的发展进程。
1．1全纤维素型下向焊技术
全纤维素型下向焊对焊机的主要要求是：（1）具有陡降外特性；（2）外拖推力电流起作用时其数值要足够大；（3）适当提高静特性曲线外拖拐点，以达到小熔滴过渡。
目前，在一些区域性的长输管道建设工程及一些水网地带，自动、半自动焊接机具和设备因环境限制，不易进入的地区的长输管道建设工程多采用此工艺，如镇海炼化-杭州康桥成品油管道工程。
全纤维素型下向焊工艺参数见表1。该工艺的关键在于打底焊时要求单面焊双面成形；仰焊位置时防止熔滴在重力作用下出现背面凹陷及铁水粘连焊条。我国早期的下向焊均是纤维素型。
表1全纤维素型下向焊工艺参数
|
焊道 |
焊条 |
焊条直径d/mm |
极性 |
焊接电流I/A |
电弧电压U/A |
焊接速度
v/cm·min-1 |
运条
方法 |
|
大底焊 |
E6010 |
3.2 |
DC |
70~90 |
22~30 |
10~20 |
直拉 |
|
填充焊 |
E7010 |
4.0 |
DC |
70~140 |
22~30 |
15~30 |
直拉 |
|
盖面焊 |
E7010 |
4.0 |
DC |
110~130 |
22~30 |
20~30 |
直拉或小幅摆动 |
1．2混合型下向焊技术
混合型下向焊是指在长输管道的现场组焊时，采用纤维素型焊条打底焊、热焊，低氢型焊条填充焊、盖面焊的手工下向焊技术。主要用于焊接钢管材质级别较高的管道。
1996年，我国建设的陕京输气管道次采用了混合型下向焊技术。主线路工程钢管材质为AP15LX60级，管径660mm，壁厚7.1~14.3mm。由于沿途环境条件恶劣，要求焊接接头具有较好的低温冲击韧性，通常的全纤维型焊接工艺难以达到质量要求。而低氢型焊条的抗冷裂性和冲击韧性较纤维素型焊条要好，但其熔化速度较慢。为了保证管道的力学性能符合要求，同时尽可能提高焊接速度，选用混合型下向焊工艺是合理的。
1．3复合型下向焊技术
复合型下向焊是指打底焊及热焊采用下向焊方法，填充焊及盖面焊采用向上焊方法的焊接工艺。其主要应用于焊接壁厚较大的管道。
20世纪90年代未期，大壁厚管材广泛应用于国内外油、气和水电工业长输管道中，水电工业的压力管道中一般管径达1m以上，壁厚达10~60mm，在我国北方寒冷地区油气管道壁厚达10~24mm。与传统的向上焊相比，由于下向焊热输入低，熔深较浅，焊道较薄，随着钢管壁厚的增加焊道层数也迅速增加，焊接时间和劳动强度随之加大，单纯的下向焊难以发挥其焊接速度快、效率高的特点。手工电弧焊时不同壁厚钢管的焊接层次及道数见表2。而打底焊、热焊采用下向焊，填充焊与盖面焊采用向上焊的复合型下向焊技术则可发挥两种焊接方法的优势，达到优质高效的效果。在气体保护半自动下向焊技术未应用于管道建设之前，大壁厚管道多采用复合型下向焊技术。如某工业园区输水管道工程所用钢管规格为φ400mm×14mm,材质为Q235-A。焊接过程中打底焊、热焊用纤维素焊条J425G，填充焊和盖面焊采用普通J422（E4303）焊条，使焊缝焊道层数由单一下向焊所需的7~8层减少为4~5层，焊接时间可缩短30min，大大提高了生产效率。
表2 手工下向焊不同壁厚钢管焊接层次及焊道数
|
壁厚δ/mm |
向下焊 |
下向焊 |
|
层数 |
道数 |
层数 |
道数 |
|
6~7 |
3 |
3 |
3~4 |
3~4 |
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7~8 |
3 |
3 |
5 |
4~5 |
|
8~10 |
3~4 |
3~4 |
4~5 |
5~7 |
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10~12 |
4 |
4~5 |
5~6 |
7~9 |
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12~14 |
4 |
5~6 |
6~7 |
9~11 |
2 半自动下向焊技术的应用与发展
我国的半自动化焊接技术在长输管道建设中的应用是20世纪90年代逐步引进、发展起来的。由于半自动焊具有生产效率高、焊接质量好、经济性好、易于掌握等优点，自引进中国管道建设中以来便迅速地发展起来。半自动下向焊技术主要分为两种操作方法；药芯焊丝自保护半自动下向焊和活性气体保户半自动下向焊
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