什么是下向焊？

下让焊概要

随著天然气天然气及化工轻工业的产业发展，下让冲压控制技术自20世纪末60二十世纪末引入我国年来，历经数十年的产业发展，我省已具备成形的纯手工下让冲压控制技术，现阶段已经已经开始普及化半自动下让焊控制技术及半自动气为保护下让焊控制技术，并做为岳城水库管线及城建管线冲压控制技术产业发展的态势,在全省工程建设中力推。

特征

在管线水准置放静止不动的情况下，冲压冷却系统从顶端服务中心已经开始横向向上冲压，始终到顶部服务中心。

其冲压足部的顺序是：平焊、立平焊、立焊、仰立焊、仰焊。

下让焊冲压工艺技术选用水溶性下让焊铜焊，此种铜焊以其独有的药皮鸡精结构设计，与现代的由下让上施焊方式较之其缺点主要就整体表现在：

(1) 冲压速度慢，制造成本低。因此种铜焊截叶含量低，不淌渣，比由下让上施焊降低成本 50 ％。

(2) 冲压产品质量好，水溶性铜焊冲压的沟槽表皮成型圆润，静电吹力大，反射光滑，焊道左上角成型耐用，耐低温潜能强，适宜丛林中作业。

(3) 减少冲压材料的消耗，与现代的由下让上冲压方式较之铜焊消耗量减少 20 ％ -30 ％。

(4) 冲压一次合格率可达90 ％以上。

一. 下让焊控制技术应用

城市燃气管线工程施工过程中，与岳城水库管线的丛林中施工不同，受到诸多外界因素限制。城市地网中，河流、公路、和频繁的地下障碍，都为施工带来很大难度。在管线铺设过程中，既有穿越工程，又有过河道明开工程，还有沉管工程等；

此外，作业空间小也会增加了施工的难度。针对上述出现的问题，为保证工程产品质量，施焊时，根据外部环境有的管段选用分段施工，分段下管，也有的管段选用沟下组焊，围绕冲压产品质量从各角度加以控制。

选用下让焊的冲压缝隙小，冲压速度慢，使得与现代上向焊工艺技术较之，显得高效、节能；另外，选用的水溶性铜焊，铜焊静电吹力大、抗外界干扰潜能强；

连续冲压，冲压接头少，沟槽成型耐用；选用的多层多道焊操作工艺技术，使得沟槽的内在产品质量好，无损检测合格率高。

1.焊前准备：

钢管的组对及定位焊是保证冲压产品质量和沟槽左上角成型良好的基础，管材单边坡口角度为 28 ° -32 °，钝边厚度 1.0-1.5mm ，对口间隙 1.2-2.0mm ，最大错边量不大于管外径的3 ‰，且≤2mm 。

要求管线端面切口平整，不得有裂纹，且切口面与管轴线横向，不横向的偏差不得大于 1.5mm ；

焊前分别用角磨机、电动钢丝刷将坡口两侧表面各 50mm 的油污、浮锈、水分、泥沙、气割后的熔渣、氧化皮等杂物以及坡口内侧机加工毛刺等清除干净，使坡口及两侧各大于 10mm 范围的内外表面露出金属光泽。

选用 E6010 （ AWS ）、 E7010 （ AWS ）水溶性铜焊打底时，在包装、保管良好的情况下，可不用烘干即可施焊，否则，应进行 70 ℃ ~80 ℃烘干，保温 0.5~1h ，铜焊重复烘干次数不多于两次。

定位沟槽因做为正式沟槽的一部分，通常要求沟槽长度≤ 20mm ，为利于接头，其两侧打磨成缓坡状。

2.冲压材料

⑴水溶性立下让铜焊

奥地利伯乐公司是制造管线铜焊世界知名厂家，该公司多年来致力于开发和改善专门用于管线冲压的铜焊，品种全、产品质量好，欧洲、澳洲和中东以及在我省该公司均有很大的市场，冲压X60-X70管的水溶性铜焊有FOXCEL85。

冲压X80管的有FOXCELMOFOXBVD100等。美国林肯公司也是制造水溶性铜焊的著名厂家之一，该公司制造的相当于AWSE6010、E7010G、E8010G等铜焊在国内管线施工中也占相当比例。

此外，合伯乐公司制造的管线下让铜焊PIPEMASTER系列，瑞典伊萨公司制造的E6010、 E7010G铜焊近年来也都参与了国内市场的竞争。

⑵实芯焊丝和药芯焊丝

实芯焊丝和药芯焊丝国外供应厂商比较多，如法国的沙福、日本神钢以及美国的合伯乐和林肯等大公司都制造管线用各种实芯焊丝和药芯焊丝。

在我省管线冲压用药芯焊丝以林肯公司占的比重最大，实芯焊丝LN50、LN56、LN70，药芯焊丝OUTERSHIELD71H/81B2H以及自为保护焊丝NR207、NR232等可适用强度不同等级的管线钢的冲压。

3.冲压工艺技术的选择：

A.、纯手工下让焊

纯手工下让冲压控制技术与现代的向上冲压较之具备沟槽产品质量好、静电吹力强、挺度大、打底焊时可以单面焊双面成型、铜焊熔化速度慢、熔敷率高等缺点，被广泛应用于管线工程工程建设中。

随著输送压力的不断提高，油气管线钢管强度的不断增加，纯手工下让冲压控制技术经历了全水溶性型下让焊一混合型下让焊一复合型下让冲压这一产业发展进程。

①．全水溶性型下让冲压控制技术

全水溶性型下让冲压对焊机的主要就要求是：

(1)具备陡降外特性，静特性曲线A段适当提高。

(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，以达到小滴过度，见图1。

全纤维型下让冲压工艺技术参数见表1。

该工艺技术的关键在于根焊时要求单面焊双面成型；仰焊位置时防止熔滴在重力作用下出现左上角凹陷及截叶粘连铜焊。我省早期的下让焊均是水溶性型。

表1全水溶性型下让冲压工艺技术参数

②．混合型下让冲压控制技术

混合型下让冲压是指在岳城水库管线的现场组焊时，选用水溶性型铜焊根焊、热焊，低氢型铜焊填充焊、盖面焊的纯手工下让冲压控制技术。主要就用于冲压钢管材质级别较高的管线。

陕京管线是我省第一条选用下让焊工艺技术和进口钢管及焊材建成的长距离管线，其工艺技术参数见表2。

表2混合型下让冲压

③．复合型下冲压控制技术

复合型下让焊是指根焊及热焊选用下让冲压方式，填充焊及盖面焊选用向上冲压方式的冲压工艺技术。其主要就应用于冲压壁厚较大的管线。

20世纪末90二十世纪末末期，大壁厚管材广泛应用国内外油、气和水电轻工业岳城水库管线中，水电轻工业的压力管线中一般管径达1m以上，壁厚达10～60mm，在我省北方寒冷地区油气管线壁厚也达到10～24mm。

与现代的向上焊较之，由于下让焊热输入低，熔深较浅，焊肉较薄，随著钢管壁厚的增加焊道层数也迅速增加，冲压时间和劳动强度随之加大，单纯的下让焊难以发挥其冲压速度慢、成本低的特征。

纯手工静电焊不同壁厚钢管冲压层次及道数推参考表见表3。而根焊、热焊选用向上焊，填充焊与盖面焊选用向上焊的复合下让焊控制技术则可发挥两种冲压方式的优势，达到优质高效的效果。

在半自动气体为保护下让冲压控制技术应用于管线工程建设之前，大壁厚管线多选用复合型下让冲压控制技术。如某轻工业园区输水管线工程所用钢管规格为1400mm×14mm，材质为Q235—A。

冲压过程中根焊热焊用水溶性铜焊J425G(E6010)，填充焊和盖面焊选用普通E4303铜焊，使沟槽焊道层数由单一下让焊所需的7～8层，减少为4～5层，冲压时间可缩短30min，大大提高了制造效率。

表3纯手工下让焊不同壁厚钢管冲压层次及焊道数

B、半自动下让焊

半自动化冲压控制技术在我省的管线工程建设中的应用是20世纪末90二十世纪末逐步引入、产业发展起来的。由于半自动焊具备制造成本低、冲压产品质量好、经济性好、易于掌握等缺点，自引入我国管线工程建设中年来迅速地产业发展起来。

半自动下让冲压控制技术主要就分为两种操作方式：药芯焊丝自为保护半自动下让焊和活性气体为保护半自动下让焊。

1．药芯焊丝自为保护半自动焊控制技术

药芯焊丝适用于各种位置的冲压，其连续性适宜自动化过程制造。工艺技术参数见表4(以X70钢管冲压为例)。

该工艺技术的主要就缺点：

(1)产品质量好。冲压缺陷通常产生于冲压接头处。同等管径的钢管纯手工下让冲压接头数比半自动冲压接头数多，选用半自动焊降低了缺陷的产生机率。

通常应用的NR204、NR207焊丝属低氢金属，而现代的纯手工焊多选用水溶性铜焊。由此可知，半自动焊可降低沟槽中的氢含量。

同时，半自动焊输人线能量高，可降低沟槽冷却速度，有助于氢的溢出及减少和防止出现冷裂纹。

(2)成本低。药芯焊丝把断续的冲压过程变为连续的制造方式。半自动焊溶敷量大，比纯手工焊道少，溶化速度比水溶性纯手工下让焊提高警惕15％～20％。焊渣薄，脱渣容易，减少了层间清渣时间。

(3)综合成本低。半自动冲压设备具备通用性，可用于半自动焊，也可用于手弧焊或其他冲压法的冲压。

以冲压厚度为8．7mm钢管为例：纯手工焊至少需3组焊工完成，半自动焊只需2组焊工，至少可减少2名焊工，也相应减少了焊机数量和等辅助工装数量。

同时，药芯焊丝有效利用率高，冲压坡口小，即节省填充金属使用量，又提高了冲压速度，综合成本只及手弧焊的一半。

表4药芯焊丝自为保护半自动下让焊参考工艺技术参数

表5药芯焊丝自为保护半自动下让焊不同壁厚钢管焊道层数

2．CO2活性气体为保护半自动下让冲压控制技术

CO2气体为保护焊是一种廉价，高效的冲压方式。现代的短路过度CO2冲压不能从根本上解决冲压飞溅大，控制熔深与成型的矛盾

。选用波形控制控制技术的STT型CO2半自动焊机，保证了冲压过程稳定，沟槽成型耐用，干伸长度变化影响小，显著降低了飞溅，减轻了焊工劳动强度。

STT型CO2半自动焊时，焊机处于短路过渡方式，电源在一个过渡周期内，根据不同静电电压值，输出不同的冲压电流。

STT型CO2半自动焊以其优异的性能拓宽了CO2半自动焊在岳城水库管线施工中的应用领域。我国天然气天然气管线局曾在苏丹Muglad天然气开发项目中首次使用了STT型CO2半自动下让冲压控制技术进行管线打底冲压，冲压工艺技术见表6。

表6STT型CO2半自动下让焊冲压工艺技术参数

STT型CO2半自动焊与药芯焊丝自为保护半自动焊是现阶段国内常用的半自动下让冲压方式，展示了在管线冲压领域良好的应用前景。

C、半自动气体为保护下让焊

管线半自动气为保护下让冲压控制技术使用可熔化的焊丝与主要就焊金属之间的静电为热焊来溶化焊丝和钢管，在冲压时向冲压区域输送为保护气体以隔离空气的有害作用，通过连续送丝完成冲压。

由于熔化极气为保护焊时冲压区的为保护简单，冲压区域易于观察，制造成本低，冲压工艺技术相对简单，便于控制，容易实现全位置冲压。

表7半自动活性气体为保护下让焊工艺技术

该工艺技术可实现全位置多机头同时工作，打底焊可从管内部冲压，也可从管外部冲压。打底焊可选用向上焊以防止熔透不够成烧穿，易于单面焊双面成型。

冲压参数的调节一般在控制台或控制面板上，主要就调节参数有：电压、送丝速度、每个焊头移动速度、摆动频率、摆动宽度及摆延迟时间。

应当注意的是，因每条焊道冲压参数不同，整个沟槽的冲压参数应根据管材规格及现场条件，通过冲压试验合格后方可应用于制造。

管线半自动气为保护焊控制技术以其冲压产品质量高，冲压速度慢等缺点，在国外已经普及化，而国内则处于推广阶段，半自动气体为保护下让冲压控制技术是我省岳城水库管线及城建燃气管线下让冲压控制技术产业发展的方向。

4.操作方式：

⑴根焊：

根焊是整个管接头冲压产品质量的关键。操作时，要求焊工必须正确掌握运条角度和运条方式，并保持光滑的运条速度。

施焊时，一名焊工先从管接头的 12 点往前 10mm 处引弧，选用短弧焊作直线运条，也可有较小摆动，但动作要小，速度要快，要求光滑平稳，做到听、看、送的统一，即既要听到静电击穿钢管的扑扑声，又要看到熔孔的大小，观察判断出熔池的温度，还要准确地将截叶送至坡口表皮。

熄弧时，应在熔池下方做一个熔孔，应比正常冲压时的熔孔大些，然后还要迅速用角磨机将收弧处打磨成 15~20mm 的缓坡，以利于再次引弧。要求在根焊时，在根焊冲压超过 50% 后，撤掉外对口器，但对口支座或吊架应至少在根焊完成后撤离。

⑵热焊：

热焊与根焊时间间隔应小于5min ，目的是使沟槽保持较高温度，以提高沟槽力学性能，防止裂纹产生。热焊的速度要快，运条角度也不可过大，以避免表皮沟槽烧穿。

⑶填充焊：

第三、四遍冲压为填充焊，具体工作中，可根据填充高度的不同，适当加大冲压电流，稍做横向或反月牙摆动。同热焊一样，焊前须用角磨机对上一层沟槽进行打磨，避免因清渣不干净造成夹渣等缺陷。

另外，合理掌握铜焊角度、控制相应弧长也是防止缺陷产生的主要就前提。

⑷盖面焊：

盖面焊前的清渣及打磨处理应有利于盖面层的冲压，通过铜焊的适当摆动，可将坡口两侧覆盖，克服坡口未填满及咬边等缺陷，通常覆盖宽度按相关规范及工艺技术执。两名焊工收弧时应相互配合，一人须焊过 6 点位置 5~10mm 后熄弧。

在上述各层沟槽施焊中，应注意冲压接头不能重叠，应彼此错开 20~30mm ，用角磨机对各层沟槽进行清理，清理的结果应能有利于下道沟槽施焊的冲压产品质量。

5.沟槽检测：

⑴沟槽表面产品质量要求：

施焊后的沟槽，按《管线下让焊冲压工艺技术规程》（ SY/T4071-93 ）规定，应清除熔渣、飞溅物等杂物，沟槽表面不得有裂纹、未熔合、气孔和夹渣等缺陷；

咬边深度≤ 0.5mm ，在任何长 300mm 沟槽中两侧咬边累计长度≤ 50mm ；

沟槽余高 0.5~2.0mm ，个别足部（管顶部处于时钟5~7 时位置）不超过 3mm ，且长度不超过 50mm ；

沟槽宽度比坡口每侧增宽 0.5~2.0mm 为宜。

⑵无损检验：

依据 SY4065-93 《天然气天然气钢质管线对接沟槽超声波探伤产品质量分级》和 SY4056-93 《天然气天然气钢质管线对接沟槽射线照相及产品质量分级》对沟槽进行 100% 超声波探伤和 100% 射线探伤，Ⅱ级为合格。

6.缺陷分析：

在下让焊冲压施工中，存在的缺陷种类主要就有：未焊透、未熔合、内凹、夹渣、气孔、裂纹等缺陷。

在立焊与仰焊位置，裂纹、内凹的出现几率较多，尤其裂纹更集中地出现在仰焊位置，这与起初定位焊后过早撤除外对口器关系密切；

而内凹则是因为根焊时，静电吹力不够，另外截叶受重力作用而导致，这与焊工的技能水准有一定关系；

多数的未焊透和未熔合与钢管组对时的错边、冲压时工艺技术参数的波动、操作者的水准、运条方式的选用、工作时急于求成等因素有一定关联；

气孔和夹渣除去与环境、选用规范、母材和焊材的预处理有关外，沟槽的冷却速度对该缺陷的影响更大些。