实用焊接工艺手册（第二版）最新章节_王洪光著

第五节

管子的焊接

管道的焊接是焊接生产中的一项主要工作。根据管道的要求不同，对管道的焊接质量也有不同的要求。但最基本的还是水平固定焊接、滚动焊接、垂直焊接及倾斜焊接等。管子的直径不同、壁厚不同、材质不同，其焊接技术也不同。本节主要叙述一些典型的管子焊接。

一、水平固定管对接焊

（一）水平固定管的焊接特点

①由于焊缝是环形的，所以在焊接过程中需经过仰焊、立焊、平焊等几种位置，因此焊条角度变化很大，操作比较困难。

②熔化金属在仰焊位置时有向下坠落的趋势，易产生焊瘤。而在立焊位置及过渡到平焊位置时，则有向管子内部滴落的倾向，因而如操作技术不佳，则有可能造成熔深不均及外观不整齐的缺陷。

③焊接根部时，仰焊及平焊部位的两个焊缝接头操作比较困难。通常仰焊接头处容易产生内凹（或称塌腰，这是仰焊所特有的一种缺陷，主要是由于熔池在高温时表面张力较小，熔化金属因自重产生下坠而引起的，见图2-47）和咬边、夹渣等缺陷。平焊接头处的根部背面易产生未焊透和焊瘤等缺陷。

图2-47　管子仰焊部位的焊缝成形

（二）水平固定管的对口及定位焊

水平固定管的对口，除了应满足坡口、钝边、清洁工作等要求之外，还必须满足下列一些要求。

①管子轴线必须对正，以免焊后中心线偏斜。由于先焊管子下部，为了补偿这部分因焊接造成的收缩，除留出对口间隙外，还应将上部间隙稍放大0.5～2.0mm作为反变形量（管径小者取下限，管径大者取上限）。

②为了保证根部第一层焊缝反面成形良好，对于不开坡口的薄壁管子，对口间隙可为壁厚的一半。对于带坡口的管子，当采用酸性焊条时，对口间隙以等于焊芯直径为宜；当采用碱性焊条用“不灭弧”法焊时，对口间隙以等于焊条直径的一半为宜。对口间隙过大，焊接时易造成烧穿而形成焊瘤；反之，间隙太小易造成根部熔化不良和未焊透等缺陷（如果允许根部未焊透，则对口间隙可小些）。管子壁厚大于5mm时均开V形坡口，如图2-48所示。

图2-48　管子焊口的坡口和根部间隙

③管径不同，定位焊的数目、位置也不相同。管径小于或等于42mm时只需定位一处，如图2-49（a）所示；管径为43～75mm时，定位焊两处，如图2-49（b）所示；管径为76～133mm，定位焊三处，如图2-49（c）所示；管径更大时，可适当增加定位焊数量。

图2-49　水平固定管定位焊数目及位置

由于定位焊容易产生缺陷，因此，对于直径较大的管子尽可能不在坡口根部进行定位焊，而是用钢筋或适当尺寸的小钢板，将需对接的两管子外壁焊接起来，作为管子临时固定，如图2-50所示，焊后再将其去除。这种工艺对吊焊管接头尤为适用。

图2-50　用连接块固定管示意

为了保证焊缝质量，定位焊缝要进行认真检查和修顺。如发现有裂缝、未焊透、夹渣、气孔等缺陷，必须铲掉重焊。定位焊的熔渣、飞溅等应彻底清除，并应将定位焊缝修成两头带缓坡的焊点。

（三）焊接方法

水平固定管的焊接通常是以管子的垂直中心线将环形焊口分成对称的两个半圆形焊口，按照仰→立→平的焊接顺序，进行仰焊、立焊、平焊，在仰焊及平焊处形成两个接头（图2-51）。此方法能保证铁水与熔渣很好地分离，熔深也比较容易控制。

图2-51　两半焊接法示意

1.V形坡口的单层焊接

操作时，先在仰焊缝的坡口边缘上引弧，然后移至焊缝间隙内用长弧烤热起焊处（时间为3～5s）。预热以后迅速压短电弧并熔穿根部间隙进行施焊。

在仰焊及斜仰焊位置运条时，必须保证半打穿焊接。至斜立焊及平焊位置，可运用顶弧焊接。其运条角度变化如图2-52所示。

图2-52　水平固定管焊接

为了便于仰焊及平焊位置接头，焊接前一半时，在仰焊位置的起焊点及平焊位置的终焊点都必须超过管子的半周（超越中心线5～10mm），如图2-53所示。

图2-53　前一半焊缝的起

a—起焊点；b—终焊点

为了使根部熔深均匀，焊条在仰焊及斜仰焊位置时尽可能不作或少作横向摆动，而在立焊及平焊位置时，可作幅度不大的月牙形横向摆动。

当运条至定位焊焊缝接头处时，应减慢焊条前移速度，熔穿接头处的根部间隙，使接头部分能充分熔透。当运条至平焊部位时，必须填满弧坑后才能熄弧。

在焊接环形焊缝的后一半时，运条方法基本上与前一半相同，但运条至仰焊及平焊接头处必须多加注意。

对仰焊、平焊接头以及换焊条时的接头施焊时应注意的事项分述如下。

（1）仰焊接头方法　由于起焊时容易产生气孔、未焊透等缺陷，故接头时应把起焊处的原焊缝用电弧割去一部分（约10mm），这样既割除了可能有缺陷的焊缝，而且形成的缓坡形割槽也便于接头。操作方法是，首先用长弧预热接头部分，等到接头处熔化时迅速将焊条转成水平位置，使焊条端头对准熔化铁水，用力向后推（如一次达不到要求，可重复2～3次，直到达到要求为止），未凝固的铁水即被割除而形成一条缓坡形的割槽，如图2-54所示，随后焊条回到原始位置（约30°），从割槽的后端开始焊接。运条至接头中心时，切勿灭弧，必须将焊条向上顶一下，以打穿未熔化的根部，使接头完全熔合。

图2-54　仰焊接头操作法

如果不采用电弧割槽的方法，也可以用凿、锉等手工加工方式修顺接头处，然后再施焊。

（2）平焊接头方法（图2-55）　由于平焊位置不宜使用电弧预热，用电弧切割修理缺陷也很不方便，因此平焊接头的操作比仰焊接头要困难些。其操作方法如下。

首先用手工修顺接头处，使接头处形成一缓坡形。焊接时选用适中的电流强度。当运条至斜立焊（立平焊）位置时，焊条前倾，保持顶弧焊并稍作横向摆动。在距离接头处3～6mm将封闭时，绝不可灭弧。接头封闭的时候，需把焊条向里稍压一下，此时可以听到电弧打穿根部而产生的“噗噗”声，并且在接头处来回摆动以延长停留时间，必须用电弧熔穿根部间隙，使其充分熔合。当运条至定位焊处的另一端时，焊条在接头处稍停，使接头熔合。

图2-55　运用顶弧焊法预

换焊条时有两种接头方法。

①当熔池尚保持红热状态，就迅速地从熔池前面引弧至熔池中心，用这种方法接头比较平整，但运条要灵活，动作要敏捷。

②由于某种原因，如换焊条动作缓慢，熔池冷却速度太快等，以致熔池完全凝固。这时，焊缝终端由于冷却收缩时常形成较深的凹坑，甚至产生气孔、裂纹等缺陷，因此，必须在电弧割槽或手工修理后方可施焊。

2.V形坡口对接焊的单面焊反面成形

单面焊反面成形也称单面焊双面成形，更适用于重要管道的焊接。打底焊是完成反面成形的关键。

（1）焊接工艺参数　水平固定管单面焊反面成形工艺参数为：打底焊用 ф 2.5mm焊条，电流选用75～80A；盖面也选用 ф 2.5mm的焊条，电流选用70～75A。由于是全位置焊接，只能用小直径焊条和小的焊接电流。

（2）操作要点　水平固定管焊接常从管子仰位开始分两半周焊接。为便于叙述，将试件按时钟面分成两个相同的半周进行焊接，如图2-56所示。先按顺时针方向焊前半周，称前半圈；后按逆时针方向焊后半周，称后半圈。

图2-56　水平固定管焊接顺序及焊条角度

①打底层焊　可采用连弧法，也可以采用灭弧法。运条方法采用月牙形或横向锯齿形摆动。

a.连弧法。

ⅰ.引弧及起焊。在图2-56（a）所示 A 点坡口面上引弧至间隙内，使焊条在两钝边作微小横向摆动，当钝边熔化金属液与焊条熔滴连在一起时，焊条上送，此时焊条端部到达坡口底边，整个电弧的2/3将在管内燃烧，并形成第一个熔孔（图中 a、b、c 是弧柱穿透管子背面长与弧柱全长之比）。

ⅱ.仰焊及下爬坡的焊接。应压住电弧作横向摆动运条，运条幅度要小，速度要快，焊条与管子切线倾角为80°～85°，如图2-56（b）所示。

随着焊接向上进行，焊条角度变大，焊条深度慢慢变浅。在时钟7点位置时，焊条端部离坡口底边1mm，焊条角度为100°～105°，这时约有1/2电弧在管内燃烧，横向摆动幅度增大，并在坡口两侧稍作停顿。到达立焊时，焊条与管子切线的倾角为90°，如图2-56（b）所示。

ⅲ.上爬坡和平焊的焊接。焊条继续向外带出，焊条端部离坡口底边约2mm，这时1/3电弧在管内燃烧。上爬坡的焊条与管切线夹角为85°～90°，平焊时夹角为80°～85°，如图2-56（b）所示，并在图2-56（a）所示的 B 点收弧。

b.灭弧法。

ⅰ.接弧位置要准确。每次接弧时焊条要对准熔池前部的1/3左右处，使每个熔池覆盖前一个熔池2/3左右。

ⅱ.灭弧动作要干净利落，不要拉长弧，灭弧与接弧的时间间隔要短。灭弧频率大体为：仰焊和平焊区段35～40次/min，立焊区段40～50次/min。

ⅲ.焊接过程中要使熔池的形状和大小基本保持一致，熔池金属液清晰明亮，熔孔始终深入每侧母材0.5～1mm。

ⅳ.在前半圈起焊区（即 A 点～6点区）5～10mm范围内，焊接时焊缝应由薄变厚，形成一个斜坡；而在平焊位置收弧区（即12点～ B 点区）5～10mm范围内，则焊缝应由厚变薄，形成一个斜坡，以利于与后半圈接头。

ⅴ.与定位焊缝接头时运条至定位焊点，将焊条向下压一下，若听到“噗噗”声后，快速向前施焊，到定位焊缝另一端时，焊条在接头处稍停，将焊条再向下压一下，又听到“噗噗”声后，表明根部已熔透，恢复原来的操作手法。

c.接头。

更换焊条时接头有热接和冷接两种方法。

ⅰ.热接：在收弧处尚保持红热状态时，立即从熔池前面引弧，迅速把电弧拉到收弧处。

ⅱ.冷接：当熔池已经凝固冷却时，必须将收弧处修磨成斜坡，并在其附近引弧，再拉到修磨处稍作停顿，待先焊焊缝充分熔化，方可向前正常焊接。

d.前半圈收尾时将焊条逐渐引向坡口斜前方，或将电弧往回拉一小段，再慢慢提高电弧，使熔池逐渐变小，填满弧坑后熄弧。

e.后半圈的焊接与前半圈基本相同，但必须注意首尾端的接头，如图2-57所示。

ⅰ.仰焊位（下方）的接头。当接头处没有焊出斜坡时，可用砂轮打磨成斜坡，也可用焊条电弧来切割。其方法是：在距接头中心约10mm的焊缝上引弧，用长弧预热接头部位，如图2-57（a）所示。当焊缝金属熔化时迅速将焊条转成水平位置，使焊条头对准熔化金属，向前一推，形成槽形斜坡，如图2-57（b）、（c）所示，然后马上把转成水平的焊条角度调整为正常焊接角度，如图2-57（d）所示，进行仰焊。

图2-57　水平固定管仰焊位接头操作法

在图2-56（a）中6点处引弧时，以较慢速度和连弧方式焊至 A 点，把斜坡焊满，当焊至接头末端 A 点时，焊条向上顶，使电弧穿透坡口根部，并有“噗噗”声后，恢复原来的正常操作手法。

ⅱ.平焊位（上方）的接头。当前半圈没有焊出斜坡时，应修磨出斜坡。当运条到距 B 点3～5mm时，应压低电弧，将焊条向里压一下，听到电弧穿透坡口根部发出“噗噗”声后，在接头处来回摆动几下，保证充分熔合，填满弧坑，然后引弧到坡口一侧熄弧。

②盖面层焊

ⅰ.清除打底焊熔渣及飞溅物，修整局部凸起接头。

ⅱ.在打底焊道上引弧，采用月牙形或横向锯齿形运条法焊接。

ⅲ.焊条角度比相同位置打底焊稍大5°左右。

ⅳ.焊条摆动到坡口两侧时，要稍作停留，并熔化两侧坡口边缘各1～2mm，以防咬边。

ⅴ.前半圈收弧时，对弧坑稍填一些液体金属，使弧坑呈斜坡状，以利于后半圈接头；在后半圈焊前，需将前半圈两端接头部位渣壳去除约10mm，最好采用砂轮打磨成斜坡。

盖面层焊接前后两半圈的操作要领基本相同，注意收口时要填满弧坑。

一般要求焊缝与母材应圆滑过渡，咬边深度不大于0.5mm，焊缝两侧咬边总长度不得超过焊缝长度的10％。焊缝宽度比坡口每侧增宽0.5～2.5mm，焊缝宽度差不大于3mm，焊缝余高0～4mm，余高差不大于3mm，背面凹坑小于25％壁厚，且小于1mm。

二、垂直固定管对接焊

垂直固定管的焊接相当于横焊，没有平、立、仰焊的操作。因此，焊接时与水平固定管的焊接不同。

1.试件装配

试件装配间隙为2.5～3.2mm，如图2-58所示；错边量不大于0.8mm；定位焊点与前者相同。定位焊缝长度为10～15mm，要求焊透，不得有气孔、夹渣、未焊透等缺陷。焊点两端修成斜坡，以利于接头。

图2-58　垂直固定管的装配尺寸

2.焊接工艺参数

垂直固定管的焊接打底层、填充层和表层均采用 ф 3.2mm的焊条。打底层的焊接电流小一些，一般为90～110A；填充层电流为100～120A；表层电流为100～110A。

3.操作要点

（1）打底层焊　采用间断灭弧击穿法，焊条角度如图2-59所示。

图2-59　垂直固定管焊接时的焊条角度

①引弧焊接　在两定位焊缝中部坡口面上引弧，拉长弧预热坡口，待其两侧接近熔化温度时压低电弧，待发出击穿声并形成熔池后，马上灭弧（向后下方挑灭弧），使熔池降温。待熔池由亮变暗时，在熔池的前沿重新引燃电弧，压低电弧，由上坡口焊至下坡口，使上坡口钝边熔化1～1.5mm，下坡口钝边熔化略小，并形成熔孔，如图2-60所示。然后灭弧，又引弧焊接，如此反复地进行灭弧击穿焊接。

图2-60　焊条角度、熔孔大小及电弧轨迹

施焊时把握三个要领：看熔池，听声音，落弧准。即观看熔池温度适宜，熔渣与熔池分明，熔池形状一致，熔孔大小均匀；听清电弧击穿坡口根部的“噗噗”声；落弧的位置要在熔池的前沿，保持始终准确，每次接弧时焊条中心对准熔池前部的1/3处，使新熔池覆盖前一个熔池2/3左右，弧柱击穿后透过背面1/3。

②打底层的接头　当焊条运到定位焊缝根部或焊到封闭接头时，不能灭弧，而是电弧向内压，向前顶，听到“噗噗”击穿声后，稍停约1～2s，焊条略加摆动填满弧坑后拉向一侧灭弧。

（2）填充层焊　采用多层焊或多层多道焊。多层焊应用斜锯齿形运条法，生产率高，但操作难度大。多数采用多层多道焊，由下向上一道道排焊，并运用直线形运条法，焊接电流比打底焊略大一些，使焊道间充分熔合，上焊道覆盖下焊道1/2～2/3为宜，如图2-61所示，以防止焊层过高或形成沟槽。焊接速度要均匀，焊条角度随焊道弧度改变而变化，下部倾角要大，上部倾角要小。填充层焊至最后一层时，不要把坡口边缘盖住（要留出少许），中间部位稍凸出，为得到凸形的盖面焊缝做准备。

图2-61　填充层焊条的角度

（3）盖面层焊　采用短弧焊，先焊接下边的焊道。焊接时，电弧应对准下坡边缘稍作前后往复摆动运条，使熔池下沿熔合坡口下棱边（不大于1.5mm），并覆盖填充层焊道。下焊道焊速要快，中间焊道焊速要慢，使盖面层呈凸形。为保持盖面焊缝表面的金属光泽，各焊道焊缝焊完后不要清渣，待最后一条焊道焊接结束后一并清除。焊最后一条焊道时，应适当增大焊接速度或减小焊接电流，焊条倾角要小，如图2-62所示，以防止咬边，确保整个焊缝外表宽窄一致，均匀平整。

图2-62　表层焊条的角度

三、倾斜45°角管对接焊

45°固定管焊接位置是介于水平固定管和垂直固定管之间的一种焊接位置，其操作要领与前两种情况有相似之处，焊接时分为两个半圈进行。每半圈都包括斜仰焊、斜立焊和斜平焊三种位置，存在一定的焊接难度。一般在焊接时钟6点位置起焊，12点位置收弧。其焊前准备与水平固定管焊接相同。

1.试件装配

①装配间隙　上部（12点位置）2.0mm，下部（6点位置）1.5mm，错边量不大于0.5mm。

②定位焊　焊点数量和位置参照图2-49。焊缝长度约10mm，要求焊透，不得有气孔、夹渣、未焊透等缺陷，焊点两端修磨成斜坡，以利于接头。

2.焊接工艺参数

45°固定管焊接工艺参数均选择小规范，用 ф 2.5mm焊条，电流为70～80A。

3.焊接要点

（1）打底层的焊接　采用连弧法，运条方法采用月牙形或横向锯齿形摆动。

①操作要点。先在仰焊位置6点钟前5～10mm的 A 点［图2-56（a）］处起弧，在始焊部位坡口内上下轻微摆动，对坡口两侧预热，待管壁温度明显上升后，压低电弧，击穿钝边。此时焊条端部到达坡口底边，整个电弧的2/3将在管内燃烧并形成第一个熔孔。然后用挑弧法向前进行焊接。施焊时注意焊条的摆动幅度，使熔孔应保持深入坡口每侧0.5～1mm，每个熔池覆盖前一个熔池2/3左右。当熔池温度过高时，可能产生熔化金属下淌，应采用灭弧控制熔池温度。焊完前半圈在12点钟后的 B 点处熄弧，以同样方法焊接后半圈打底焊缝，在12点钟处接头并填满弧坑收弧。

②打底层焊缝与定位焊缝接头以及更换焊条的接头，其操作方法与水平固定焊操作相似。

（2）盖面层的焊接　焊接盖面层与接头方法有两种。

①直拉法盖面及接头　直拉法盖面就是在盖面过程中，以月牙形运条法沿管子轴线方向施焊的一种方法。施焊时，从坡口上部边缘起弧并稍作停留，然后沿管子的轴线方向作月牙形运条，把熔化金属带至坡口下部边缘灭弧。每个新熔池覆盖前熔池的2/3左右，依次循环。

a.斜仰焊部位的起头动作是在起弧后，先在斜仰焊部位坡口的下部依次建立三个熔池，并且逐个加大，最后达到焊缝宽度，如图2-63所示，然后进入正常焊接。施焊时，用直拉法运条。

图2-63　直拉法盖面斜仰

b.前半圈的收尾方法是在熄弧前，先将几滴熔化金属逐渐斜拉，以使尾部焊缝呈三角形。焊后半圈时，在管子斜仰焊位的接头方法是在引弧后，先把电弧拉至接头待焊的三角形尖端建立第一个熔池，此后的几个熔池随着三角形宽度的增加逐个加大，直至将三角形区填满后用直拉法运条，如图2-64所示。

图2-64　直拉法盖面斜仰

c.后半圈焊缝的收弧方法是在运条到试件上部斜平焊位收弧部位的待焊三角区尖端时，使熔池逐个缩小，直至填满三角区后再收弧，如图2-65所示。

图2-65　直拉法盖面斜平

采用直拉法盖面时的运条位置，即接弧与灭弧位置必须准确，否则无法保证焊缝边缘平直。

②横拉法盖面及接头　横拉法盖面就是在盖面的过程中，以月牙形或锯齿形运条法沿水平方向施焊的一种方法。施焊时，当焊条摆动到坡口边缘时，稍作停顿，其熔池的上下轮廓线基本处于水平位置。

a.横拉法盖面时的斜仰焊位起头方法是在起弧后，相继建立起三个熔池，然后从第四个熔池开始横拉运条，它的起头部位也留出一个待焊的三角区域，如图2-66所示。

图2-66　横拉法盖面斜仰

b.前半圈上部斜平焊位焊缝收尾时也要留出一个待焊的三角区域。

c.后半圈在斜仰焊位的接头方法是在引弧后，先从前半圈留下的待焊三角区域尖端向左横拉至坡口下部边缘，使这个熔池与前半圈起头部位的焊缝搭接上，保证熔合良好，然后用横拉法运条，如图2-67所示，至后半圈盖面焊缝收弧。后半圈斜平焊位收弧方法是在运条到收弧部位的待焊三角区域尖端时，使熔池逐个缩小，直至填满三角区后再收弧。

图2-67　横拉法盖面斜仰

管子倾斜度不论大小，一律要求焊波成水平或接近水平方向，否则成形不好。因此焊条总是保持在垂直位置，并在水平线上左右摆动，以获得较平整的盖面层。摆动到两侧时，要停留足够时间，使熔化金属覆盖量增加，以防止出现咬边。

焊后清理管件内、外焊缝的熔渣和飞溅物，检查正、背面焊缝。

四、管子多层焊应注意的问题

沿着管周进行仰、立、平焊的施焊方法，基本上与相应位置的钢板焊接法相似，但还必须注意下列几点。

①为了消除底层焊缝中存在的隐藏缺陷，在其外层焊缝施焊时，应选用较大的电流强度，并且要适当控制运条，达到既不产生严重咬边又能熔化掉底层焊缝中隐藏缺陷的目的。

②为了使焊缝成形美观，当焊接表层前一层焊道时，在仰焊部位的运条速度要快，使之形成厚度较薄、中部下凹的焊缝，如图2-68（a）所示；平焊部位运条速度应缓慢，使之形成略为肥厚而中央稍有凸起的焊缝，如图2-68（b）所示。必要时在平焊部位可以补焊一道焊道，如图2-68（c）所示，以达到整个环形焊缝高度一致的目的。

图2-68　表层前一层焊缝的形状

③当对口间隙不宽时，仰焊部位的起焊点可以选择在焊道中央；如果对口间隙很宽，则宜从坡口的一侧起焊。

④管子多层焊接仰焊时的接头方法有两种。

a.从焊道中央起焊时的接头方法，具体操作如图2-69所示。首先在越过中线10～15mm处引弧预热，起焊时电弧不宜压短，需作直线运条，速度稍快，至中线（接头中心）处开始逐渐作横向摆动。当焊管子的另一半面时，首先在接近于 A 点的对称部位（图2-69中的 A ′点）引弧预热，接头起焊时电弧较长，运条速度稍快，坡口两侧停留时间比在焊缝中央稍长，接头处的焊波应薄一些，避免形成焊瘤。