陳學武 李富祥 馮忠武 程磊 曾小龍 馬俊魁

國家管網集團西部管道新疆輸油氣分公司鄯善維搶修中心

摘要：輸氣管道搶修動火連頭作業中，根焊是非常關鍵的焊接工序。介紹了手工鎢極氬弧焊的特點，分析了影響根焊質量的主要因素，總結了根焊操作技巧及焊接缺陷控制措施。無損檢測結果表明，焊縫合格率明顯提高，焊縫返修率降低。

關鍵詞：輸氣管道；動火連頭；氬弧焊根焊；焊接缺陷

手工鎢極氬弧焊具有自由電弧穩定、挺度高、熔透性好的焊接性能；焊縫根部成形飽滿，容易獲得理想的背面成型；焊接速度快，效率高，質量好；所需焊接設備簡單，易于搬運；特別適用于野外搶修動火連頭作業。根焊是管道連接的首層焊縫，是管道搶修動火連頭焊接中最為關鍵、難度最大的一層焊道。將手工鎢極氬弧焊應用到動火連頭根焊中，以驗證其焊接效果。

1  影響根焊的主要因素

1.1  管材

新舊管道的管材規格、型號偏差，易造成管壁錯邊量較大、對口間隙不均勻等現象，在根焊過程中易產生未焊透、未熔合、裂紋等焊接缺陷。

1.2  氣流

根焊受氣流影響較大。原管道中天然氣或置換氮氣與空氣的密度不一樣，同段管線多處施工點相對高度差較大以及切斷閥關閉不嚴，根焊位置會因正壓或負壓狀況而產生氣體紊流，影響電弧的正常燃燒。嚴重時，管內殘余天然氣無法完全排空，會產生起火或閃爆現象，從而導致焊接困難，易產生氣孔、夾渣等焊接缺陷。

1.3  磁場

如果管道曾經過漏磁智能檢測或其他因素導致自身被磁化，焊接時出現電磁弧偏吹使焊接電弧偏斜，溶滴無法過渡到坡口根部形成熔池，易產生未熔合、氣孔、夾渣等焊接缺陷

1.4  管內壁腐蝕

管道長期受H2S腐蝕，鋼管中擴散氫量增高是產生延遲裂縫的主要因素之一，且焊縫易產生蜂窩狀的密集小氣孔，嚴重時導致根焊焊縫產生結晶裂紋焊接缺陷。

2  根焊焊接工藝

2.1  焊前準備

（1）清理。氬弧焊對油、銹、水特別敏感，極易產生氣孔，對母材的表面質量要求較高。焊前必須將管道內外坡口邊緣兩側20 mm～25 mm范圍內的污物徹底清除干凈，用角向砂輪機打磨出金屬光澤，消除坡口內外兩側埋弧焊縫余高20 mm以上。焊絲表面的油脂、鐵銹用砂紙打磨直到露出金屬光澤。原管道內壁如有腐蝕部位一定經丙酮清洗、打磨、加熱去氫，減少焊縫產生裂紋、氣孔等傾向。

（2）選用Φ8 mm～10 mm圓柱形、收斂型陶瓷噴嘴。

（3）選用Φ2.5 mm的鈰鎢極，將其端頭磨成30°―40°錐形以使電弧穩定。

（4）氬氣純度大于 99.96%方可焊接，保護氣體壓力低于1.5 MPa時需更換。

（5）根焊操作時室外風速大于2 m/s應采用防風棚。

2.2  焊接工藝參數

以Φ1219 mm×18.4 mm管道為例，氬弧焊選用大西洋CHG-55C1的ER55-Ni1焊絲。焊接工藝參數見表 1。

表 1 根焊焊接工藝參數表

2.3  焊接操作技巧

（1）操作要點。焊接前，必須嚴格按照要求進行100 ℃～150 ℃的焊口預熱，將點焊、焊接起弧位置打磨成緩坡形狀（圖 1），保證根部成型以及融合良好。由于焊接收縮變形導致間隙小于3 mm時應及時停弧用角向磨光機將間隙擴大到3 mm方可繼續焊接，采用搖把操作，仰位焊接時采用管內送絲法。電弧長度保持在 2 mm～4 mm之間，噴嘴與焊件保持在70°～85°之間，焊絲與焊件的夾角為10°～15°。

圖 1 坡口技術參數

（2）搖把焊接手法。焊槍槍嘴直接壓在坡口內擺動,槍嘴與液態熔池的距離較近,可以使保護氣體充分保護熔池。運條擺動路線根據裝配間隙與坡口形狀,焊接過程中能使之受熱均勻。根據管材厚度和坡口角度，選擇合適的瓷嘴和鎢極伸出的長度，將焊槍放到坡口內，瓷嘴下壓到工件坡口表面。要注意下壓不是一味向前用力，可利用瓷嘴與工件的接觸面左右月牙擺動或者Z型擺動，也可以直接畫圓，做運條動作，瓷嘴不要離開坡口均勻擺動，持槍的手可脫離焊件。

（3）焊接。焊接自下向上操作，前半圓在6點鐘位置前方5 mm～10 mm處引弧，12點鐘位置收弧。焊接過程中不斷調整焊槍，以保證鎢極垂直于焊縫中心軸線成90°。起弧需提前送氣保護，起弧動作要快，防止碰斷鎢極端頭，產生夾鎢。采用短路接觸法引弧，鎢極端部距離坡口約1 mm～2 mm，利用焊絲劃擦引燃電弧。起弧后將電弧拉向待焊位置，將母材加熱，形成溶池后，立即填加焊絲。收弧時，停止送絲，適當加快焊接速度，將電弧拉向坡口一邊，快速熄弧，避免產生弧坑和縮孔。

（4）送絲要點。用左手將焊絲連續送進熔池，送絲動作要輕，不得攪動氬氣保護層。焊絲與通過熔池的切線成10°～15°時，輕輕地將焊絲沿坡口上方送進熔池里，使熔化金屬達到坡口根部。5點鐘―7點鐘方向應采用內送絲，避免內凹和未焊透。

焊絲加入熔池后，鎢極擺向坡口一側時作必要的停留，直至熔融金屬與坡口良好熔合，才能擺向另一側；周而復始的完成整條焊縫。當間隙較小、熔池能夠和坡口兩側熔合時也可以不擺動鎢極。加絲位置根據焊縫間隙和鈍邊大小適當調整，控制背凸高度不能過高，一般加在根部即可。

（5）錯口焊接。先了解對接間隙、鈍邊以及錯口情況，做到心中有數。焊接時，鎢極和加絲位置向坡口根部靠近，時常提起焊絲，查看熔透狀況，以便調整斜拉程度、鎢極與加絲位置離根部遠近等。

2.4  焊接缺陷及控制措施

（1）未熔合及未焊透。控制措施:①管道坡口加工必須符合規范要求，焊前要嚴格清除母材和焊道表面污物和雜質；②選用適宜的焊接電流和焊接速度，嚴格執行焊接工藝評定焊接；③采用正確的焊槍焊條角度，保證焊縫兩側金屬熔化結合良好；④控制錯邊量。 

（2）氣孔。控制措施：①將母材和焊材表面的污物和雜質清除干凈，烘干焊條；②選擇合理的焊接速度和焊接電流；③在另一側管口使用篷布嚴密封堵，有效減少與焊口相連通的透風焊接管段長度，使管段內氣流流速降到最低；④焊接時盡可能避免溫度波動過大；⑤用中頻加熱器預熱管口，減緩管道內外壓差；⑥2人同時施焊時及時提醒對方注意，避免打磨過程中產生的鐵屑進入熔池產生氣孔等。一旦組對好，盡可能一次性短時間內焊完，否則焊口有可能在管道冷縮的情況下被撕裂。

（3）焊瘤。焊瘤集中出現在3點鐘—9點鐘位置，當間隙大于4 mm時應采用兩點送絲法并減少送絲量，同時適當減小焊接電流。

（4）栽絲。避免焊絲插入管內過多保證每一次送絲都能將焊絲端部熔化。

（5）夾鎢。焊接過程中避免焊絲與鎢極接觸，發生鎢極燒損時應及時停弧進行打磨處理，清理鎢粒，避免造成夾鎢。

（6）內凹。施焊過程中焊槍擺動幅度不能過大，使電弧熱量集中于根部，避免產生背面焊縫低于試件內表面的凹陷。

3  特殊情況處理

現場焊接過程中，若使用消磁機消磁后管壁仍然帶弱磁、坡口間隙或鈍邊不一致，可以選擇間隙合適、磁性弱的位置先焊接，仔細觀察電弧在管道坡口內兩側燃燒狀況，通過調整焊槍與管道的夾角以及保持短弧焊接，可以使電弧正常穿透坡口鈍邊。受氣流影響時，應適當加大氬氣流量，盡量壓低電弧，根焊最后收尾焊接段（即封口段），正壓選擇在上爬坡平焊位置，負壓選擇在立焊位置。

4  結語

手工鎢極氬弧焊根焊可用強光手電筒通過焊縫間隙直接觀察內部成型情況，方便實用。無損檢測結果表明，焊縫合格率明顯提高，焊縫返修率降低。近幾年鄯善維搶修中心在搶修動火連頭作業中多次使用手工鎢極氬弧焊根焊，取得了良好的效果，提高了焊接質量，建議推廣應用。

 

作者簡介：陳學武，1985年生，助理工程師，西部管道新疆輸油氣分公司鄯善維搶修中心焊工，主要從事輸油氣管道維搶修工作。聯系方式：18209656864，584888447@qq.com。