管道焊接技术是钢制油气管道工程施工的关键技术，管口焊接质量则是油气管道安装质量的关键。以往，半自动向下焊技术在国内主要用在Φ219mm以上油气管道工程，Φ219mm以下管道多采用传统的手工氩电联焊。传统的氩电联焊在小口径（Φ219mm以下）焊接中焊接中存在焊接施工效率低，焊口质量一次合格率不稳定等问题。

本文针对小口径不锈钢管半自动下向焊新型技术及材料，结合焊工培训，对小口径不锈钢管半自动立向下焊技术做出探索，以期提高小口径不锈钢管焊接施工效率和焊接质量。

1小口径不锈钢管焊接施工工艺

管道焊接施工工艺按流程分为：根焊、热焊、填充焊和盖面焊。小口径不锈钢管焊接常用工艺如图1所示。

2小口径不锈钢管半自动下向根焊工艺

2.1RMD+金属粉芯根焊工艺介绍

RMD金属粉芯根焊技术是西二线指定的关键根焊技术，市场占有率高达65%，经过西二线等重大工程验证,是一种可靠的管道根焊技术。图2是采用波形分析仪器实测出RMD焊接时的波形图。RMD是国际上数字化逆变焊机采用最先进波形控制技术的一种应用典型。其熔滴过渡分为两个阶段：短路阶段和燃弧阶段。在短路阶段，精确控制波形，以控制电弧对熔池的搅拌和颈缩爆断时的飞溅。在燃弧阶段：焊机检测到液态小桥断开，精确控制波形，确保焊丝快速熔化和坡口钝边（及错边厚端）熔化，并控制熔池的稳定。RMD应用特点是：高达10万次/秒的电弧检测频率，确保电弧每阶段波形和时间控制精确，在维持电弧较高能量水平（与表面张力过渡技术比较）的同时，既确保焊丝快速熔化及坡口（含错边）熔化，也确保焊缝熔透均匀稳定。

2.2金属粉芯焊丝

金属粉芯焊丝综合了实芯焊丝和药芯焊丝的优点，在提高焊接熔敷效率的同时也增加了焊接熔池的润湿性（铁水的扩展性），更有效地控制铁水与母材的熔合以及焊缝成形。

图3是经过测量的各种焊材的扩散氢含量。在我司所在西北部，冬季室外温度经常低于-20℃，据国内外技术研究成果显示，管道焊口中扩散氢含量是造成冷裂爆管的主要因素。因此小口径不锈钢管焊接施工时，焊接选材应优先选择扩散氢含量低，低温冲击韧性高的焊接材料。

2.3小口径不锈钢管根焊技术比较

2.4RMD+金属粉芯根焊工艺优点

通过以上比较可以看出：RMD金属粉芯根焊工艺提高了管道根焊生产效率，也降低了冷熔、开裂、烧穿、冷裂纹、未熔合等焊接缺陷概率，同时RMD金属粉芯根焊工艺对管道施工中的管子间隙不均、管子错边、小口径管子晃动等适应能力更强，更好地满足了管道根焊施工对焊接质量控制的要求，降低了技术风险。

2.5焊工操作培训要点

参考国内对RMD金属粉芯根焊操作的研究成果及实践经验，在小口径不锈钢管RMD金属粉芯根焊操作培训中重点注意以下方面：

2.5.1焊接设备选型

米勒PipePro450RFC管道施工焊机是西二线管道施工半/全自动根焊主要设备。考虑到实际用途，选用米勒PipePro300管道施工焊机，功能与450RFC焊机相同，仅输出功率比450RFC小。

2.5.2混合保护气选择

经实验证明采用配比器配比混合气对RMD根焊起弧段焊接质量影响较大，本公司采用80%Ar+20%CO瓶装混合气体。

2.5.3焊接电流选择

因小口径管子曲率大，RMD下向根焊速度快，焊接电流选择比大口径管道略小，焊接电流范围为90~180A。

2.5.4管件组对工艺

本培训采用管子口径114~273mm,壁厚4~8mm，60°V型坡口，对口要求较高，对口间隙控制在2.5~3.5mm，钝边1.0±0.2mm。

2.5.5RMD金属粉芯根焊操作培训要点

①焊接站位选择：操作前要求焊工注重站位选择，选位以较舒适，能稳定且快速一次完成半圈管子焊接为要点，从而减少接头数量，节省接头打磨时间，提高效率和质量。在培训后期，模拟施工现场实际工况，所有管子6点位置距地高度不超过0.45m，且人为设置多个障碍物，以培养焊工选位能力。②管件点固焊：点固焊点常常容易被轻视，为提高效率确保一次能够焊完半圈管子，点固焊点形状控制和位置选择很重要。管件点固前，如果错边量过大应对过厚端打磨。③起弧的控制：起弧前焊丝超出导电嘴预留10~12mm，预留过长会导致起弧电弧不稳定和气体保护不足；过短会不利于电弧观察和移动。起弧点应位于坡口侧壁上端，以方便观察和稳定电弧，起弧点形成的铁水在填盖焊时将被重熔，避免缺陷。起弧后带动电弧经过坡口底部向坡口另一侧,并小月牙摆弧使铁水在钝边两侧形成桥接，维持小月牙摆弧下行焊接。在铁水形成桥接时，一些说法认为要看到熔孔，依据RMD和金属粉芯熔池特性，实际上看到的不是熔孔，熔孔上半部是未凝固铁水受电弧和保护气压力,以及铁水表面张力而形成的上弦月弧型，熔孔下半部是间隙两侧钝边边缘受电弧热而略有熔化，这个形状近似于金针菇牙头。如果看到是熔孔下半部间隙两侧钝边边缘熔化形成下弦月弧形，这才是真正的熔孔，这种熔孔在RMD金属粉芯根焊中是过烧现象，金属粉芯焊丝的铁水本身润湿性（铁水扩展性）很好，这种熔孔容易导致穿丝、背部焊瘤等缺陷，RMD金属粉芯根焊要避免这种熔孔出现。④立向下焊：铁水经起弧后小摆弧焊接形成金针菇牙型“熔孔”，在立焊位改用直线较快速运条下向焊接。如遇间隙过大或者钝边有缺口可辅以小月牙摆弧过渡。立焊时控制焊机角度和运条速度，过快的速度易产生钝边单侧或双侧未熔合，过慢的速度易导致铁水堆积、焊层过厚，焊层的厚度控制在2.5~3.5mm为宜。⑤仰面焊：仰面焊接时，宜采用直线运条，焊丝位于熔池前端1/3处,焊机角度90°，焊接速度要控制准确。通过运条速度控制仰面焊缝成形，速度过快易出现穿丝和钝边未熔合，速度过慢易出现掉铁水，焊缝背面内凹。在仰面位置间隙是控制焊缝成形的另一个要点，间隙宜控制在2.5~3mm，过宽的间隙易出现穿丝、掉铁水，焊缝背面内凹，过窄的间隙易导致焊缝背面未填满。⑥收弧：收弧不当易产生弧坑、气孔和裂纹。RMD金属粉芯根焊收弧不宜采用电焊条抬把、侧甩把熄弧手法，这会导致未凝固铁水的保护失效而产生缺陷，正确手法是按焊机开关熄弧，停留数秒再移开焊机。⑦焊机角度：平焊位置时焊机与焊接方向夹角保持在75°~85°，目的是为了降低电弧和保护气对铁水的压力，控制焊缝背面成形，减少焊瘤形成概率；立焊位置时角度为85°~90°；仰焊位置角度为90°，目的是给铁水增加托力，控制焊缝背面成形，如果对口间隙过大，宜采用小月牙形摆动运条法，运条手法不宜过快或过大，以免产生仰面根焊穿丝现象。⑧培训焊接参数规范：焊接电流90~180A，电压14.8~15.5V（弧长设置为43~48mm），送丝速度IPM120~180,焊接速度220~280mm/min。图4为培训结业学员焊接Φ159mm×8mm管子根焊实物照片。

3小口径不锈钢管热焊及填盖焊接工艺

3.1细丝半自动向下焊

药芯焊丝自保护半自动下向焊工艺是成熟的管道焊接工艺，广泛用于国内著名管道工程如西气东输一线、西气东输二线等。大口径管道施工项目中，填盖焊接主要使用的焊丝直径为Ф2.0mm自保护焊丝。Elga公司是世界著名的高焊接要求焊接材料生产厂，其产品主要应用在油气管道及装备、海洋平台、高端造船等行业。Elga自保护焊丝是多个重大管道工程的主要供货商，如西气东输、茂昆线、利比亚项目、俄罗斯远东管线等。ElgashiledBFS424Ni1+Ф1.6mm自保护细焊丝专为油气小口径及薄壁管道立向下焊半自动施工而设计。

3.2小口径不锈钢管热焊、填盖焊技术比较

管道半自动填盖施工与手工电弧焊和TIG焊比较的优越性，已众所周知,在此不再赘述。通过以上比较，Elga424Ni1+细焊丝优点是：焊接熔池更细腻，小口径不锈钢管立向下焊施工操作可控性更高，缺陷概率低，焊接效率高，对焊工的培训时间短，是适合小口径不锈钢管下向焊施工的焊丝。Elga424Ni1+细焊丝实测扩散氢含量5.4ml/100g，-20℃低温冲击功140J，满足西北管道项目环境要求。

3.3细丝焊接在填充焊、盖面焊的操作技术要领

3.3.1焊接时由于所使用的是小直径焊丝，焊接过程中熔池表面较小，同时熔深较浅。所以，在电压和电流的调节上要考虑采用小电压的规范，来获得更好的焊缝成形保证焊接质量。我们在焊接培训过程中，经过多次试验和对比，将焊接电压值控制在16.8~17.7V、焊接电流值控制在170~190A,从而获得较好的焊缝成形和焊口内部质量。

3.3.2由于细丝焊接熔池较小，所以在焊接过程中首先要考虑焊层的整体成形。不能出现脱节、夹渣等缺陷，否则就可能出现大量气孔和夹渣。因此在焊接操作过程中可采用小电压密摆来获得较好的焊缝成形和内部质量。

3.3.3在焊接填充和盖面时，由于管子直径较小曲率大，在培训过程中注重训练焊工对运条角度和焊接站位选择的理解能力，以及对熔池的控制能力，采取一起弧一焊到底的焊接方式,减少接头数量，提高生产效率和焊接质量。

3.3.4在接头时一定要注意打磨，既不能较多地伤及原焊道又不能将根焊焊道打磨过多，正确地打磨接头是保证焊接内部质量的一个措施。

3.3.5在焊接到仰焊接头时不要采取骤停式灭弧，易产生气孔等缺陷，当看到接头饱满后采取拉丝式灭弧方法进行灭弧，即将焊丝停留在熔池中心然后逐步将焊丝拉长直到自动熄灭。在RMD金属粉芯根焊加细丝填充和盖面下向焊培训中，对焊工的精神层面上，本中心坚持一贯的“苦练技术，奉献能源”宗旨外，另外增加了“深察细节，理解细节，掌握细节”的细节管理理念，以纠正焊工在培训、工程施工中的陋习，提高管道焊接培训、施工质量和效率。

4结束语

4.1RMD金属粉芯根焊技术是可靠的小口径不锈钢管根焊施工工艺，操作容易,施工效率和质量高。4.2Elga424Ni1+，Ф1.6mm细焊丝适合小口径薄壁管道热焊填盖施工。4.3经过3周培训，本培训中心一次毕业22名焊工，一次合格率98%，提高了本公司小口径不锈钢管半自动下向焊施工水平。4.4经过培训使我们突破了Ф219mm以下管径只能采用手工电弧焊的施工方式，极大地提高了小管径管道施工速度和焊接质量，同时我们力争在Ф159mm以下管径的焊接培训中进行突破，将管径进一步缩小，以满足油田地面建设及今后长输管线焊接任务的需要。