埋弧焊在焊接钢管中的应用

随着社会经济建设步伐的不断加快，钢管作为压力管道中的一种重要材料被广泛应用于社会各行各业当中，尤其是应用于石油和天然气等危险物质的运输设备建设中。因此，文章通过对焊接钢管的相关概念的介绍，重点针对其焊接技术及工艺控制进行深入的分析。为相关技术人员提供参考与借鉴。

1埋弧焊简介

埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法，基本原理如下：在焊剂层下，电弧在焊丝末端与焊件间燃烧，使焊剂熔化、蒸发，形成气体，在电弧周围形成封闭空腔。由于焊丝不不断送入．以熔滴状进入熔池，与熔化的母材金属混合，随着焊接过程的进行，电弧向前移动，熔池冷却凝固后形成焊缝，密度较轻的熔淹在熔池表而，有效地保护熔池金属，冷却后形成渣壳。埋弧焊分为单面和双面埋弧焊，具有焊接质量高、无弧光、烟尘少等优点。目前埋弧焊已经发展出双丝及多丝埋弧焊。

2焊接工艺的选择

2.1焊接材料

埋弧焊钢管材质主要有碳钢(如Q235A、Q235B)、合金钢(如L290.1.290、L360IA15.IA85、L555)、不锈钢(如1Cr18N9iTi、0Cr18Ni11Nb)。合适的焊接材料是保证焊接质量的前提．埋弧焊的焊接材料是指焊丝和焊剂。

2.1.1焊丝

埋弧焊所用焊丝有实芯焊丝和药芯焊筵两类。目前生产中普遍使用的是实芯焊丝。焊丝的品种随所焊金幅种类的增加而增加。目前已有碳素钢、合金钢和各种有色金属实芯焊丝等。焊丝的选择应使焊缝金属的强度、硬度、塑性、韧性、耐蚀性等满足要求，比如，对于低合金钢埋弧焊来讲，焊丝的选择尽量是等强匹配（不低于或略高于母材标准规定值的下限）的原则，配以塑性和韧性等要求。

焊丝表面应干净光滑，焊接时能顺利送进，以免给焊接过程带来干扰。除不锈钢和有色金属焊丝外，各种碳钢和低合金钢焊丝的表面最好镀铜。镀铜层既可防锈，也可改善焊丝与导电嘴的电接触状况。为使焊接过程稳定进行并减少焊接辅助时间，焊丝应当用盘丝机整齐地盘绕在焊丝盘上。

2.1.2焊剂

埋弧焊使用的焊剂是颗粒状可熔化的物质，其作用相当于焊条的药皮。焊剂应具有如下性能：

(1)良好的冶金性能。与焊丝相配合，通过适当的焊接工艺来保证焊缝金属获得所需化学成分和力学性能及抗热裂和冷裂的能力。

(2)良好的工艺性能。即耍有良好的稳弧、焊缝成形、脱渣等性能，且．在焊接过程中生成的有毒气体少。

焊剂的选择应和焊丝相搭配以使最终形成的焊缝具有所需要的化学成分和优良的力学性能。比如焊接低合金钢如0345时，可选择的一种匹配情彤为：焊丝为HlOMnSi或HlOMn2配合熔炼焊剂HJ350来使用。这种中硅中锰焊剂含有的酸氧化物Si02较少，碱性瓴化物Mg0或Ca0较多，碱度较高，焊接时过渡刽熔敷金属中的硅和锰的含最就少，焊缝金属中含氧匮低，因此合金成分较为理想，也使得焊缝具有良好的塑性和韧性。铁索体、奥氏体等高合金钢．一般选用碱度较高的熔炼焊剂或烧结焊剂，以降低合金元素的烧损。不同钢种焊接用的焊剂与焊丝的组合可以根据实际情况进行选掸。

2.2预焊技术

预焊是直缝埋弧焊钢管的焊接工艺组成部分，它是将焊缝沿全长进行“浅焊”，是直缝埋弧焊钢管生产中的特殊顺序。

现代预焊技术采用了连续、高速的气体保护焊(MAG)方式，焊道成型平直美观。就MAG焊而言，目前有两种方法：一种是美国和德国等同家采用的单丝双电源的大电流高速气体保护预焊，另一种是日本采用的双丝高速气体保护预焊。目前应用较多者为单丝高速气体保护预焊，我同从德国引进的两条直缝埋弧焊钢管生产线中预焊都是采用此种方法。

从钢管的质量标准中也可反映出预焊技术的发展，在最新的有关海洋、低温和酸性条件用管标准ISO3183-3和GB/T97113的63款中，已明确提出不允许采用断续点焊，说明了预焊对钢管质量的重要性。

2.3焊前准备

埋弧焊在焊接前必须做好准备工作，包括焊件的坡口加工、待焊部位的表血清理、焊剂的烘干等。

坡口加工要保证焊缝根部不出现未焊透等缺陷，并在满足要求的前提下尽量减少填充金属晟，以节约成本。常用的坡口有V型、Y型、X型、双Y和双U型等。在板厚相同时，双面坡口比单面坡口．U形坡口比V形坡口消耗填充金属少，焊接变形小，尤其是随着板厚的增加，这些优点更突出，对于较大且厚的钢管，可开设X或双U型坡口。

待焊部位清理主要是去除表面铁锈、氧化皮、油污及水分，防止气孔、夹渣等缺陷产生。一般用喷砂、喷丸等方法将坡口及其两侧区域内表面清理干净。焊接钢管表面氧化皮、铁锈等也要清理：干净。焊剂保存时要注意防潮，使用前必须按规定温度烘干待用。

2.4焊接工艺参数

埋弧焊工艺参数，主要是指焊丝直径、伸出长度、焊丝倾角、电源种类和极性、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊剂种类及坡口形式等。这些参数影响着焊缝的形状系数和熔合比，从而影响焊缝质量。对于坡口形式及焊丝、焊剂的种类和选择在前文中已有详述，在此不提。

(1)焊丝直径、伸出长度及倾角

通常埋弧焊焊丝直释在2-5mm．其他焊接参数不变而焊丝直径增加时，弧柱直径随之增加，电流密度减小，会造成焊宽增加，熔深减小。反之，则熔深增加，焊宽减小。多层焊时底层焊要选较小的焊缝肓径，这样焊接时能很好的熔合坡口根部，避免未焊透缺陷产生。

在其他焊接参数不变而伸出焊丝长度增加时，该部分焊丝所受到的预热作用增强，焊丝熔化速度加快，会使熔深变浅，焊缝余高增加。故须控制焊丝伸出长度，不宜过长。

焊丝倾斜方向不同．电弧对熔池热作用也不同。当焊丝后倾一定角度时，因电弧指向焊接方向，使熔池前嘣的焊件受到预热作用，电弧对熔池的液态金属排出作用减弱，而导致焊宽较大而熔深变浅。反之，焊宽较小而熔深较大，但易使焊缝边缘产生未熔和咬边，并使焊缝成形变差。因此要根据实际情况，选择合适的焊丝倾角。

焊接电流是决定焊缝熔深的主因。其他条件不变时，焊接电流增大，焊丝熔化量、焊缝的熔深及余高均增加，而焊宽变化不大；焊接电流减小时，焊丝熔化量、焊缝熔深和余高都减小。正常情况下，焊接电流与熔深大致呈线性关系，如下：

H=KmI

式中：

H靖雷深(mm)；

I：焊接电流；

K‘系数，

主要取决于焊丝直径．另外跟焊剂、电源极性、坡口有关．K。可以根据不同情况选择。

由H和K．值，据以上公式可以大概计算比电流I值。

由于埋弧自动焊的焊丝伸出长度比焊条电弧焊要短，通电状态下焊丝导电长度变短，单位内的电流密度提高，因此熔深和焊丝熔敷速率提高，所以埋弧焊时焊接电流较大，从一定意义上解释了埋弧焊可以焊接较大壁厚的原因。但也不会采用较大焊接电流，否则易造成烧穿、咬边等缺陷并增大焊接飞溅。

(2)电压

电弧电压和电弧长度对应成比例，一定的焊接电压要保持一定弧长才能保证焊接电流稳定燃烧。电弧电压根据电源的外特性和电流来确定，焊接电源是下降特性的可以按U=20+0.041来估赁=：电源是平特性的可按U-14+0.051确定。电弧电压对熔深影响很小，主要影响熔宽，随电弧电压增大，熔宽增大，而熔深及余高略有减小。为保证电弧稳定燃烧及合适的焊缝成形系数，电弧电压应与焊接电流保持适当的关系。焊接电流增大时，应适当提高电弧电压。

（3）焊接速度

当其他焊接参数不变而焊接速度增加时．焊接热输入输入量减小，从而使焊缝的熔深也减小，会造成焊接缺陷产生。为使焊接质量稳定必须保证一定的焊接热输入量，即为了提高生产量而提高焊速的同时，应相应提高焊接电流和电弧电压。

结语

综上所述，焊接工艺技术对于石油天然气的输送质量和海底管道厚壁的发展具有重要的作用。因此，在进行焊接工艺技术时，应做好焊接前期的准备工作，选取适合的焊接材料，加强对预焊技术的研究，施工人员也应提高自身的综合技能，吸收和学习国内外的先进工艺技术．在不断的实践中不断积累经验，从而保证焊接工艺技术的质量。