第7章　焊条电弧焊焊接工艺

焊条电弧焊是最早应用的电弧焊接方法之一。目前的焊接已向机械化、自动化和智能化方向发展。焊条电弧焊应用的比例在逐年减少，但焊条电弧焊有着设备简单、操作方便、焊材来源广泛等优点。焊条电弧焊在焊接小工件、不规则工件、小批量工件等方面，有着其他焊接方法不可比拟的优势。焊条电弧焊在管道的焊接中的应用比例也在逐年下降，但在焊接小径管、小管件、管道施工的连头和返修中，焊条电弧焊还在发挥着重要的作用。随着科学技术的发展，管道焊接技术定会向自动化和智能化的方向发展。但焊条电弧焊在很长的一段时间内，在一定领域内还会得到很好的应用。

7.1　焊条电弧焊原理、特点及在管道工程中的应用

焊条电弧焊在长输管道工程中分为焊条电弧上向焊、纤维素焊条下向焊和低氢焊条下向焊三种。

7.1.1　焊条电弧焊原理

焊条电弧焊通常也称为手工电弧焊，它是利用焊条与工件之间建立起来的稳定燃烧的电弧，使焊条和工件熔化，从而获得牢固的焊接接头。焊接过程中，药皮不断分解、熔化而生成气体及熔渣，保护焊条端部、电弧、熔池及其附近区域。焊条芯在电弧热的作用下不断熔化，进入熔池，构成焊缝金属。有时也可通过焊条药皮掺和金属粉末，向焊缝提供附加填充金属。

7.1.2　焊条电弧焊的特点

（1）操作灵活　焊条电弧焊之所以成为应用最广泛的焊接方法，其主要原因是它的灵活性。焊条电弧焊不论在焊接车间，还是在野外施工现场均可采用。由于具有设备简单、移动方便、电缆长、焊把轻巧等特点，焊条电弧焊既适用于平焊、立焊、仰焊等各种空间位置的焊接，又适用于对接、搭接、角接、T形接头等各种接头形式构件的焊接。可以说，凡是焊条能到达的位置的接头，均可采用焊条电弧焊。

（2）焊接接头装配要求低　由于焊接过程是由焊工控制的，可以适时调整焊条角度、电弧位置和运条手法，修正焊接规范，以保证跟踪焊缝和均匀熔透。因此，对焊接接头装配尺寸要求相对降低。

在长输管道工程施工中，特别适用于连头焊口（坡口质量、组装质量很难达到合适的状态）的焊接。

（3）焊接金属材料广泛　焊条电弧焊广泛用于低碳钢、低合金结构钢的焊接。选配相应的焊条，焊条电弧焊也常用于不锈钢、耐热钢、低温钢等合金结构钢的焊接，用于铸铁、铜合金、镍合金材料的焊接，以及耐磨损、耐蚀、耐热等特殊使用要求的构件表面层堆焊。

（4）焊接效率低　焊条电弧焊和其他电弧焊方法（如熔化极气体保护焊、埋弧焊等）相比，因为使用的焊接电流小，每焊完一根焊条后必须换焊条以及清渣而停止焊接等，所以焊接生产率低。

（5）操作难度大　虽然焊接接头的力学性能可以通过选择与母材性能相当的焊条来满足，但焊缝质量在很大程度上是依赖于焊工的操作技能及现场发挥，甚至焊工施焊过程的精神状态也会影响焊缝的质量。

7.1.3　焊条电弧焊在管道工程中的应用

（1）焊条电弧上向焊　在长输管道工程中焊条电弧上向焊适用于下列工程的焊接。

①场站工程中等管径填充、盖面焊道的焊接。

②部分连头根焊焊道的焊接。

③部分山区管道工程根焊焊道的焊接。

④部分返修焊缝的焊接。

⑤非受压接头和非正式工程焊接接头的焊接。

（2）纤维素焊条下向焊

①中等管径、X70级以下钢级根焊道的焊接。

②部分管道工程全部采用焊条下向焊。

③部分山区管道工程的焊接。

④部分返修焊缝的焊接。

⑤部分连头焊缝的焊接。

（3）低氢焊条下向焊

①中等管径管道工程填充、盖面焊道的焊接。

②部分管道工程全部采用焊条下向焊。

③部分山区管道工程填充、盖面焊道的焊接。

④部分返修焊缝的焊接。

⑤部分连头焊缝的焊接。

7.2　焊条电弧上向焊

7.2.1　水平固定管的焊接

水平固定管的焊接是将管的轴线置于水平位置，管固定不动的环焊缝的焊接。

（1）焊接设备　长输管道工程采用焊条电弧上向焊焊接，通常采用直流弧焊电源，焊接电源的额定功率不小于300A。

（2）焊前清理　焊接前应将坡口及两侧各100mm范围内的污物清理干净，坡口及两侧各20mm范围内应见金属光泽。

（3）坡口及组装要求（见表2-7-1）

（4）焊接工艺参数

①焊道厚度和焊道宽度见表2-7-2。

注：当焊道宽度超过18mm时，应采用单层多道焊。

②焊接工艺参数见表2-7-3。

注：不同国家或厂家，生产的不同型号或相同型号的焊条，虽规格相同，但焊接电流或电弧电压会存在较大的差别。

（5）定位焊

①线路工程的定位焊。长输管道线路工程采用焊条电弧上向焊时，定位焊缝的长度应不小于管周长的1/2，且应均布在整个圆周长上。

定位焊缝的焊接应采用与正式焊接相同的焊接材料。

②场站工程的定位焊。长输管道场站工程采用焊条电弧上向焊时，应每隔200～300mm焊接一处定位焊缝，定位焊缝的长度约50mm，且应均布在整个圆周长上。当焊口处受力较大时，应适当增加定位焊缝的长度。

定位焊缝的焊接应采用与正式焊接相同的焊接材料。

（6）焊接操作要点　管水平固定焊，是长输管道工程焊接的主要位置，在焊接过程中需要经过仰焊、立焊、平焊等几种位置。由于焊缝位置的变化，改变了熔池所处的空间位置，操作比较困难，焊接时焊条角度应随着焊接位置的不断变化而随时调整，如图2-7-1所示。

①根焊。第一层焊道称为根焊焊道。

根焊道焊接时为叙述方便，假定沿垂直中心线将管子分成左右两个半周，如图2-7-2所示。先焊前半周，引弧和收弧部位要超过中心线5～30mm（根据管径而定，管径小超过量也小，管径大超过量可适当增大）。

焊接从6点位置开始，起焊时采用划擦法在坡口内引弧，待形成局部焊缝，并看到坡口两侧金属即将熔化时，焊条向坡口根部压送，使弧柱透过内壁的1/2，熔化并击穿坡口的根部，此时可听到背面电弧的击穿声，并形成了第一个熔池，第一个熔池形成后，立即将焊条抬起熄弧，使熔池降温，待熔池变暗时，重新引弧并压低电弧向上给送，形成第二个熔池，均匀地点射给送熔滴，向前施焊，如此反复。

在焊接6点位置时，焊条应向上顶送得深些，电弧尽量压短，防止产生内凹、未熔合、夹杂等缺陷；焊接立焊及平焊位置时，焊条向试件坡口里面的压送深度应比6点处浅些，弧柱透过内壁约1/3熔穿根部钝边，防止因温度过高，液态金属在重力作用下，造成背面焊缝超高或产生焊瘤、气孔等缺陷。

收弧方法，当焊完一根焊条收弧时，应使焊条向管壁左或右侧回拉电弧约10mm，或沿着熔池向后稍快点焊2～3下，以防止突然熄弧造成弧坑处产生缩孔、裂纹等缺陷。同时也能使收尾处形成缓坡，以利于下一根焊条的接头。

更换焊条进行焊道中间接头时，有热接和冷接两种方法。

热接法更换焊条要迅速，在前一根焊条的熔池没有完全冷却时，即呈红热状时，在熔池前面5～10mm处引弧，待电弧稳定燃烧后，即将焊条施焊至熔孔，将焊条稍向坡口里压送，当听到击穿声即可断弧，然后按前面介绍的焊法继续向前施焊。冷接法在施焊前，先将收弧处焊道打磨成缓坡状，然后按热接法的引弧位置、操作方法进行焊接。

6点位置接头的焊接：在后半周焊道施焊前，先将前半周焊道起头处打磨成缓坡，然后在缓坡前面5～30mm处引弧，预热施焊，焊至缓坡末端时将焊条向上顶送，待听到击穿声，根部熔透形成熔孔后，正常向前施焊，其他位置焊法均同前半周。

12点位置接头的施焊：在后半周焊缝施焊前先把前半周焊缝收尾熄弧处打磨成缓坡，当焊至后半周焊道与前半周焊道接头封闭处时，将电弧略向坡口里压送并稍停顿，待根部熔透，焊过前半周焊道5～30mm，填满弧坑后再熄弧。

施焊过程中经过正式定位焊缝时，将电弧稍向里压送，以较快的速度经过定位焊缝，过渡到前方坡口处进行施焊。

②填充焊。第一层焊道与盖面焊焊道间的所有中间焊道都称为填充焊道。

填充焊道所采用的焊接电流可以比根焊焊道和盖面焊道大些。

第一层填充焊道既要保证与根焊焊道和两侧坡口熔合良好，又要防止产生烧穿。

第二层至倒数第二层填充焊道，主要考虑熔合良好和焊层厚度的一致。

最后一层填充焊道，除应考虑熔合良好外，还应为盖面焊道打下良好的基础。最后一层填充焊道应焊至距坡口上边缘1～2mm，且焊道应平或有一定的下凹。

③盖面焊。最后一层焊道称为盖面焊道。

要求焊缝外形美观，无缺陷。

盖面层施焊前，应将前层的熔渣和飞溅清除干净，焊道接头处打磨平整。前半周焊缝起头和收尾部位同封底层，都要超过管子的中心线5～30mm，采用锯齿形或月牙形运条方法连续施焊，但横向摆动的幅度要大，在坡口两侧略停顿稳弧，防止产生咬边。在焊接过程中，要严格控制弧长，保持短弧施焊以保证焊缝质量。

④其他技术要求

a.当管径大于300mm时，应由两名焊工对称施焊；当管径大于1000mm时，应由2～4名焊工对称施焊。

b.焊道接头处应磨成斜坡状，以利于焊道的接头。

c.层间的熔渣应清理干净。

d.上层焊道的过高处应磨平，以便焊接后续焊道。

e.焊道间的接头应错开5mm以上。

f.焊接过程中，层间温度要符合要求，层间温度不应过低，也不应过高。

g.一道焊缝应连续焊完，当无法连续焊完时，应至少焊完3层，且不少于管壁厚度的1/3，重新焊接时间，应使焊道达到层间温度的要求。

7.2.2　垂直固定管的接焊

垂直固定是将管的轴线置于垂直位置，管固定不动的环焊缝的焊接。

（1）焊接设备　焊接设备与水平固定管焊接相同。

（2）焊前清理　焊前清理与水平固定管焊接相同。

（3）坡口及组装要求（见表2-7-4）

（4）焊接工艺参数

①焊接工艺参数见表2-7-5。

注：不同国家或厂家，生产的不同型号或相同型号的焊条，虽规格相同，但焊接电流或电弧电压会存在较大的差别。

②焊道厚度和焊道宽度见表2-7-6。

注：当焊道宽度超过10mm时，应采用单层多道焊。

（5）定位焊　定位焊的要求与水平固定管相同。

（6）焊接操作要点　管垂直固定的焊接与板状试件的横焊基本相同。不同的是管子有弧度，焊条应随弧度转动。为获得均匀的焊缝成形，焊工不仅需要掌握熟练的运条技术，还要保持焊条转动均匀。

①根焊。根焊道的焊接，焊条前倾角为70°～80°，下倾角为10°～20°。弧柱要透过背面1/3，用点射法给送熔滴，击穿施焊。小直径管可采用一点击穿法，先击穿下坡口，后击穿上坡口，保持下熔孔在前，上熔孔在后，错开距离约3mm。施焊过程中，要使上、下坡口面各击穿熔化掉1.5～2mm，如图2-7-3所示。

②填充焊。填充焊道焊接时，均采用多层多道焊，即由下向上一道一道地排列焊接。为防止因熔化金属下坠造成焊缝厚度不均（焊道上部薄、下部厚），除保持适宜的焊条倾角外，在每道焊缝焊接时，都不要清理熔渣，一直将该层焊道全部焊完，待下一焊层焊接前，再清除焊渣。这样有利于改善焊缝成形，减小焊道之间的沟槽。焊接时，后焊道应该压前焊道的1/3～1/2，并采用稍快的直线往返运条法，见图2-7-4。运条要均匀以防止产生过大的沟槽。

③盖面焊。盖面层焊接应根据坡口的开口宽度决定盖面的焊道数，焊道数与坡口开口宽度的关系见表2-7-7。

盖面焊的第一条焊道的焊接应在坡口的下边缘，焊条下倾角度为10°～15°；中间焊道的焊条角度基本保持水平或稍下倾；最后一条焊道焊接时，焊条上倾角度为5°～10°，以防产生咬肉，并有利于焊道与母材圆滑过渡。焊条的倾角见图2-7-5。

④其他技术要求

a.同一层焊道焊接，前一焊道的熔渣通常不清理就可焊接后续焊道。

b.其他技术要求与管水平固定焊相同。

7.2.3　45°倾斜固定管的接焊

45°倾斜固定管的焊接是将管的轴线置于与水平约成45°位置，管固定不动的环焊缝的焊接。

（1）焊接设备　焊接设备与水平固定管焊接相同。

（2）焊前清理　焊前清理与水平固定管焊接相同。

（3）坡口及组装要求　坡口及组装要求与垂直固定管焊接相同

（4）焊接工艺参数

①焊接工艺参数与管水平固定焊基本一致，见表2-7-2。

②焊道厚度和焊道宽度见表2-7-8。

注：当焊道宽度超过15mm时，应采用单层多道焊。

（5）定位焊　定位焊的要求与水平固定管相同。

（6）焊接操作要点　45°倾斜管的焊接与水平固定和垂直固定管的焊接有很多相同之处，但又有各自的特点。

①根焊。根焊道的焊接，其顺序与水平固定管一样，分前、后两半周进行。从6点处起焊，引弧点在坡口一侧，先用电弧预热坡口根部，然后压低电弧穿透钝边，形成熔孔，听到击穿声后，给足铁水，然后运条施焊。如熔池因温度过高，铁水下坠，应适当摆动焊条加以控制。

②填充焊。填充焊道的焊接，可采用椭圆形的斜拉运条法（即斜圆圈运条法）。在上坡口面斜拉划椭圆形圆圈拉到下坡口面再返回上坡口面，如此反复，直至焊完所有填充焊道。

③盖面焊。盖面焊的运条方法与填充焊相似，在上坡口面边缘斜拉划椭圆形圆圈拉到下坡口面边缘再返回上坡口边缘，保持熔池压上、下坡口各1～2mm。如此反复，一直到焊完。

接头处的施焊方法，上部接头方法只有一种，下部接头方法有三种。

a.第一种接头方法（Ⅰ法）：甲侧焊缝从下接头正斜仰位置的前焊层焊道中间引弧，再将电弧拉向下坡口面或边缘（盖面层焊接时），并越过中心线10～15mm，右向划圈，小椭圆形运条，逐渐增大椭圆形向上坡口面或边缘过渡，使甲侧焊缝下起头呈斜三角形，并使其形成下坡口处高和上坡口处低的斜坡形，然后进行右向椭圆形运条、焊接，保持熔池呈水平椭圆状，一直焊到上接头。到上接头时要使焊缝呈斜三角形，并越过中心线10～15mm。上、下接头斜三角形焊接法（Ⅰ法）见图2-7-6。

乙侧焊缝从甲侧焊缝下起头处前层焊道中间引弧，引弧后加热焊道1～2s，然后在上坡口用椭圆形斜拉运条法拉薄熔敷金属至下坡口面边缘，将甲侧焊缝的斜三角形起头完全盖住，然后一直用左向椭圆形斜拉运条法焊接，使熔池成水平状。焊到上接头时逐渐减小椭圆进行运条，与甲侧焊缝收尾处圆滑相接。

b.第二种接头方法（Ⅱ法）：甲侧焊缝下起头从上坡口开始过中心线10～15mm，然后向右斜拉至下坡口，以椭圆形的斜拉运条，使起头呈上尖角形斜坡状。乙侧焊缝从尖角下部开始，用从小到大的左向椭圆形斜拉运条施焊，一直焊到上接头为止。下接头斜三角形焊接法（Ⅱ法）如图2-7-7所示。

c.第三种接头方法（Ⅲ法）：主要适用于大直径、厚壁管件的接头。方法是：在下坡口面边缘引弧，连弧操作，压坡口边缘进行焊接（对于盖面层，应压坡口边缘，中间层可在坡口面上焊接），压下坡口边缘的长度为25～35mm，压下坡口边缘的宽度为1～2mm。然后横拉焊条运条至上坡口，压上坡口边缘1～2mm，焊成一个三角形或梯形底座。甲、乙两侧焊缝均从上坡口至下坡口做椭圆形斜拉运条施焊，将三角形底座边缘盖住，然后再一直焊到上部接头为止。这种下接头斜三角形焊接法（Ⅲ法）见图2-7-8。

7.3　纤维素焊条下向焊

焊接电弧自上而下运动的焊接操作，就称为下向焊。

采用纤维素焊条，并且采用自上而下的焊接方向，就称为纤维素焊条下向焊。

7.3.1　纤维素焊条下向焊的特点

焊条下向焊与焊条上向焊比较有如下特点。

（1）焊接效率高　纤维素焊条下向焊时采用的焊条直径、焊接电流和焊接速度均比上向焊要大得多，而焊缝宽度和余高则比上向焊要小，因此，纤维素焊条下向焊焊接生产率比焊条上向焊高20％～30％。

（2）焊接热输入小　纤维素焊条下向焊焊接电流要比上向焊大1/3～2/3，但纤维素焊条下向焊的焊接速度通常是上向焊的2～3倍，所以下向焊的焊接热输入要比上向焊小。

（3）焊缝成形好　纤维素焊条下向焊焊缝余高比上向焊小，焊趾处母材与焊道的过渡半径比上向焊大，即应力集中下向焊比上向焊小。

（4）焊缝缺陷少　由于纤维素焊条下向焊焊道层的厚度比上向焊薄，所以纤维素焊条下向焊焊缝焊接缺陷少，一般不易产生尺寸较大的焊接缺陷。

（5）焊接操作简单　纤维素下向焊焊条与焊条电弧上向焊相比操作难度小，焊工易于掌握。

（6）焊接烟尘大　纤维素焊条焊接时产生的烟尘大，所以要加强焊接环境的通风。

（7）焊接接头的抗裂性能较差　由于纤维素焊条焊接的焊缝含氢量高，所以焊接接头的抗裂性较差。

7.3.2　纤维素焊条下向焊工艺

（1）焊接电源　性能良好的直流弧焊电源，额定焊接电流应不小于350A。

（2）焊前清理　焊接前应将坡口及两侧各100mm范围内的污物清理干净，坡口及两侧各20mm范围内应见金属光泽。

（3）坡口及组装要求（见表2-7-9）

注：1.当管壁厚度≥10mm时，坡口角度可以为45°±5°。

2.当管壁厚度≥14mm时，可以开复合型坡口。

（4）焊前预热　当管材的强度高和（或）环境温度较低时，应进行焊前预热。预热温度不低于100～150℃。焊缝中心两侧100mm范围内应达到要求的预热温度，预热时，应均匀加热，力求预热温度一致。

（5）焊接层数　纤维焊条下向焊焊层厚度为2～3mm，焊层数见表2-7-10。

（6）焊道宽度　纤维焊条下向焊焊道宽度小于等于12mm，当焊层宽度大于12mm时，应采用单层多道焊。

（7）焊接工艺参数　纤维素焊条焊接参数见表2-7-11

（8）焊工人数　管道下向焊一般采用流水作业法，即每位焊工只负责某一焊道的施焊。根据管径大小配备焊工。当管径大于300mm时，每层焊道应由两名焊工对称施焊；当管径大于1000mm时，每层焊道应由2～4名焊工对称施焊。

7.3.3　纤维素焊条下向焊操作技术

为了使大家更好地了解和掌握下向焊技能操作技术，我们将管件按时钟位置分三个部位进行讲述，即平焊段（11点→12点或1点→12点），立焊段（1点→5点或7点→11点），仰焊段（5点→7点），如图2-7-9所示。

（1）根焊道的焊接

①平焊段的焊接。平焊段是整道焊口根焊较难掌握的部位之一，掌握不好就可能出现内部余高过高、焊瘤、未焊透等缺陷，所以焊接时，不要忽视平焊段，焊工要灵活地掌握焊条角度和焊接工艺参数的调整及运用。准备好的管件应固定在焊接架上，管件底部与地面应留有一定的空间，一般为400～600mm。焊工在施焊前首先要进行焊接电流的调试，拿一块试板进行试焊，然后根据焊接经验和电流表的读数，在焊接工艺规程规定的范围内确定合适的焊接电流，平焊段的焊接电流应比其他段小一些，尤其是根焊施焊的第一根焊条，如果电流小了，可以停止焊接进行调整；如果电流大造成焊漏就不易进行修补。所以焊工要根据钝边的厚度、间隙的大小灵活地调节焊接电流。

引弧应在坡口内部12点处，不允许在坡口外引弧，当电弧引燃后迅速将电弧压低，送入坡口根部的间隙内，当熔孔形成后，焊条沿焊接方向均匀行走，电弧高度2mm左右，焊速不能过快或过慢，如果焊速过快，熔池跟不上，易产生焊道脱节和未焊透等缺陷。焊速太慢焊道背面余高易超高，所以要求焊工在焊接操作时，运条速度和熔孔的大小应保持均匀一致，因为电流恒定后，焊道背面成形和焊道余高，是由焊工通过运条速度和电弧长度及熔孔的几何形状来实现的。焊接过程中发现熔孔变形，通过运条及时进行调整，如熔孔偏向坡口的一侧，应迅速将电弧移到坡口的另一侧，直到恢复正常为止。当第一根焊条即将焊完收弧时，应将焊条角度增大到90°～100°，然后衰减灭弧，如图2-7-10所示。这样接头处不易产生冷缩孔，同时又将背面的弧坑填满。接头时，用磨光机将收弧处打磨成缓坡状，因为是平焊段接头较容易，操作熟练后可不必打磨，然后在收弧处上方20mm处引弧，当运条到熔孔处时，应将焊条轻轻向熔孔内送进，并稍停留，然后恢复正常焊接，打磨过的焊道接头停留时间可短些，没有进行打磨的接头停留时间可长一些。以此反复操作结束平焊段。

②立焊段的焊接。立焊段是整个焊口焊接速度较快的一个位置。焊接过程中由于液态金属垂直向下，加上液态金属本身的自重，熔池的运行速度和熔滴的过渡，只有通过表面张力和电弧的吹力来控制。所以在施焊过程中，人为的因素较大，合适的速度决定焊道的质量和成形。焊接速度太慢，易产生液态金属下淌现象，影响正常焊接，焊接速度太快，易造成未焊透、内咬边等缺陷。所以要求焊工在操作时，要均匀地控制好焊接速度，熔池和熔孔的几何形状，使焊道内部成形良好。立焊段焊接时的焊条角度比平焊段小一些，如图2-7-11所示，因为立焊段背面焊缝的余高主要是通过焊工在施焊时的焊条角度和电弧的高低决定的。一般情况下焊工在施焊时，液态熔池金属易产生下淌现象，而焊工习惯上愿意将焊条角度减小，来控制液态金属熔池的下淌。但在实际焊接操作时，焊条角度越小，熔池的温度越高，熔池的表面张力越小，下淌现象越严重，只靠电弧的吹力是控制不住液态金属下淌的，所以焊工在操作时焊条角度以70°～80°为最佳。

焊条焊完收弧时，角度的变化和灭弧方法与平焊段相同，焊道接头处必须进行打磨，然后再采用平焊段的方法接头，在熔孔内停留的时间稍短一些，焊工操作熟练后，立焊段操作较易掌握。

③仰焊段的焊接。由于空间位置所决定，焊工受视线和焊接位置的影响，所以操作较困难，操作不好，容易产生内咬边、接头脱节、内凹等缺陷。所以在施焊过程中一定要有合适的空间位置。6点处焊条角度如图2-7-12所示。在焊接过程中，电弧尽可能压低，焊速要适中，如果焊速过快，由于熔池液态金属重力的影响，会使焊道产生内凹、内咬边等缺陷，另外在焊接过程中，如果电弧压得过低，坡口两侧的熔化情况不易看清，所以焊接时焊条应采用前后小摆动，从而达到控制熔孔形状及焊道背面成形良好。收弧的操作方法与平焊段相同，如图2-7-13所示。接头处必须进行打磨，方法同上，焊道接头时焊条角度应在50°～70°，向内压送的时间稍长一些，最后一根焊条收弧，应超过6点位置10～30mm为佳，这样便于焊道接头，收弧很关键，收弧产生的熔孔过大，对焊道接头不利，所以变化焊条角度应大一些，12点处的冷接头，必须要用角向磨光机进行打磨，打磨的形状如图2-7-14所示，保证一定的坡口角度和宽度，使电弧能有效地吹到坡口的根部，防止产生层间未熔合、夹渣等缺陷。焊道接头时电流小一些，引弧在接头后10～20mm处，电弧引燃后，电弧不要压得过低，保证熔池均匀地熔化坡口两侧，到达打磨过的冷接头边缘时，压低电弧不停留，看到形成熔孔后，进入正常焊接状态。6点位置冷接头时，不能将收弧处打磨过薄，否则易产生内凹。以上讲述的是根焊道操作的全部过程，平焊段及6点处较难掌握，尤其是12点处和6点处的冷接头及其他位置的焊道接头，要根据技术的掌握情况，着重练习，因为焊道接头质量的好坏，人为的因素较大，所以施焊经验的积累很重要，通过反复练习，才能更好地掌握根焊道技术。

（2）热焊道的焊接　热焊道在施焊前，应将根焊道的熔渣用角向磨光机彻底清除干净，不留死角，如图2-7-15所示，然后再进行施焊。由于清渣的同时部分金属被打磨掉，所以根焊道焊缝金属的厚度较薄，热焊道时焊接速度应快一些，电弧高度应稍高些，这样不仅可以防止烧穿而且不易产生夹角，造成夹渣。

热焊道焊条角度如图2-7-16所示，由于热焊道的焊接速度快，焊条角度变化也快，所以要求学员反复练习。施焊过程中焊条不做横向摆动，上下小摆动运条，焊接时12点处的冷接头必须打磨，其他焊道接头均不用打磨。热焊道焊完后，用电动刷将熔渣清除干净，不必打磨。

（3）填充焊道的焊接　填充焊道焊接操作方法与热焊道相同，填充焊道熔敷金属的厚度，不能过高或过低，以免影响盖面层的焊道质量。填充金属厚度如图2-7-17所示。焊后将焊道内的熔渣用电动刷清除干净。

（4）盖面焊道的焊接　在焊接过程中，一般不做横向摆动，在立焊段可稍做横向摆动，防止产生咬边，6点处电流应减小15％，采用前后摆动运条的方法进行焊接，从而达到控制咬边和焊缝余高的目的，过6点位置收弧时，可采用衰减灭弧法收弧这样可以保证收弧的质量，有利于焊道接头。12点处的冷接头，接头前应用角向磨光机，将接头处打磨成缓坡状（见图2-7-18）。然后在打磨处前10～15mm处引燃电弧，回焊至接头处抬高电弧，将熔池吹开，填满弧坑后电弧恢复到正常焊接状态。6点处接头电弧高度应低一些，将弧坑填满后采用衰减法收弧，这样的收弧饱满，使焊道接头处焊缝金属不低于母材。

7.4　低氢型焊条下向焊

随着管道输送压力的不断提高和油气管道钢管强度的不断增加，对管道的强度和抗裂性的要求也越来越高。纤维素焊条已不能满足高压力、大管径、高钢级的焊接要求，低氢（型）下向焊焊条具有良好的力学性能，能够满足高压力、大管径、高钢级的焊接要求。

但低氢型下向焊焊条有焊接工艺性能差、操作难度大、抗风能力差等缺点。目前还没有能满足根焊焊道的低氢型下向焊焊条。根焊焊道只能用纤维素焊条或熔化极气体保护半自动焊进行焊接。

7.4.1　低氢型焊条下向焊的特点

低氢型焊条下向焊有如下特点。

（1）焊接效率高　低氢型焊条下向焊时采用的焊条直径、焊接电流和焊接速度均比上向焊要大得多，而焊缝宽度和余高则比上向焊要小，因此，低氢型焊条下向焊焊接生产率比焊条上向焊提高20％～30％，与纤维素焊条下向焊的焊接效率基本相同。

（2）焊接热输入小　低氢型焊条下向焊与焊条电弧上向焊相比，焊接热输入小。但低氢型下向焊焊条采用的焊接电流要比纤维素下向焊焊条大，焊层也较纤维素焊条下向焊稍厚，所以低氢型焊条下向焊的焊接热输入比纤维素焊条下向焊大。

（3）焊缝成形好　通常情况下低氢型下向焊焊条焊接的焊缝余高较焊条电弧上向焊小，焊缝与母材圆滑过度，所以焊接应力集中小。

（4）焊接操作难度较大　低氢型下向焊焊条焊接操作难度较纤维素下向焊焊条操作难度大，焊工需经严格培训，且在焊接过程中认真操作，方能焊出合格的焊口。低氢型下向焊焊条焊接操作难度与焊条电弧上向焊的操作难度基本相当。

（5）抗风能力较差　低氢型下向焊焊条焊接时，对环境风速要求较严格，通常情况下环境风速不应大于5m/s。

（6）焊接接头的抗裂性能好　低氢型下向焊焊条焊缝的含氢量低，焊接接头具有良好的韧性和抗裂性。

7.4.2　低氢型焊条下向焊工艺

（1）焊接电源　性能良好的直流弧焊电源，额定焊接电流应不小于350A。

（2）焊前清理　焊接前应将坡口及两侧各100mm范围内的污物清理干净，坡口及两侧各20mm范围内应见金属光泽。

（3）坡口及组装要求（见表2-7-12）

注：1.当管壁厚度≥10mm时，坡口角度可以为45°±5°。

2.当管壁厚度≥14mm时，可以开复合型坡口。

（4）焊前预热　当管材的强度高和（或）环境温度较低时，应进行焊前预热。预热温度不低于100～150℃。焊缝中心两侧100mm范围内应达到要求的预热温度，预热时，应均匀加热，力求预热温度一致。

（5）焊接层数　低氢型焊条下向焊焊层厚度较纤维素焊条下向焊稍大，通常为2.5～3.5mm，焊层数见表2-7-13。

（6）焊道宽度　低氢型焊条下向焊焊道宽度不超过12mm，当焊层宽度大于12mm时，应采用单层多道焊。

（7）焊接工艺参数　纤维素焊条焊接工艺参数见表2-7-14

（8）焊工人数　管道下向焊一般采用流水作业法，即每位焊工只负责某一焊道的施焊。根据管径大小配备焊工。当管径大于300mm时，每层焊道应由两名焊工对称施焊；当管径大于1000mm时，每层焊道应由2～4名焊工对称施焊。

7.4.3　低氢型焊条下向焊操作技术

（1）根焊　当根焊道的焊接采用纤维素焊条时，焊接操作方法与纤维素焊条根焊操作方法相同。

当采用焊条电弧上向焊焊接根焊焊道时，焊接操作方法见焊条一向焊根焊焊接操作。

当采用熔化极气体保护半自动焊焊接根焊道时，焊接操作方法见熔化极气体保护半自动焊根焊操作技术。

如果采用低氢型下向焊焊条焊接热焊焊道，根焊道的厚度不应小于3mm。

（2）热焊道　可采用纤维素焊条焊接热焊焊道，也可以采用低氢型焊条焊接热焊焊道。

当采用纤维素焊条焊接热焊焊道时，焊接操作方法见纤维素焊条热焊焊道操作技术。

当采用低氢型焊条焊接热焊焊道时，由于低氢型下向焊焊条所采用的焊接电流要比纤维素焊条大，所以焊接热焊焊道时，除应保证熔合良好外，应特别注意防止烧穿。

（3）填充焊　填充焊道在施焊前，应将热焊道的熔渣用角向磨光机清除干净，接头过高处打磨平整，然后进行焊接。由于低氢型焊条电弧的吹力较小，电弧保护性能较差，所以在焊接过程中及焊道接头时，容易产生气孔。因此在焊接时必须控制好合适的焊条角度，电弧的高度采用短弧焊接，焊条角度见图2-7-19，热焊道具体的操作方法是电弧引燃后应迅速压低电弧，电弧的高度应控制在2～4mm的范围内，一般采用锯齿形运条方法，焊接速度要均匀，控制好坡口两侧的熔化情况，使熔池均匀地熔化坡口的两侧，焊条摆动的目的是控制焊道的宽度和熔池的几何形状，使焊道两侧熔合良好，所以焊工在施焊时要根据熔池的几何形状灵活掌握，当一根焊条焊完收弧时，将电弧控制在熔池的中心稍做停留，然后向焊道后方快速收弧。这样收弧处不容易产生冷缩孔，见图2-7-20。焊道接头时必须将接头处打磨好，然后再进行焊接。由于低氢型焊条引弧端涂有引弧剂，一次引弧就要成功，否则造成焊条浪费，所以在引弧时一定要找准引弧点，采用撞击法引弧。电弧引燃后由于电流密度较大，弧光的亮度增加，焊工的视线受到影响，不易看清接头的状态，完成接头的时间很短，只有1～2s的时间，所以在焊工培训时要反复认真练习，焊缝接头方法见图2-7-21。为了保证盖面焊道的质量，填充焊应控制熔敷金属的厚度，不能过高或过低，填充金属厚度如图2-7-22所示。焊后将焊道内的熔渣用电动刷清除干净。

（4）盖面焊道　在焊接过程中，一般不做横向摆动，在立焊段可稍做横向摆动，防止产生咬边，6点处电流应减15％，采用左右小摆动运条的方法进行焊接，从而达到控制咬边和焊缝余高的目的，过6点位置收弧时，可采用在熔池中心收弧法，这样可以保证收弧的质量，有利于焊道接头，12点处的冷接头处，接头前应用角向磨光机打磨成缓坡状，如图2-7-23所示。然后在打磨处前8～10mm处引燃电弧，后迅速压低电弧，操作方法见图2-7-24。将熔池吹开，填满弧坑后电弧恢复到正常焊接状态，6点处焊道接头电弧高度应低一些，将弧坑填满后采用回焊衰减法收弧。这样的焊道接头收弧饱满，使接头处焊缝金属不低于母材金属，造成外观缺陷影响焊接接头质量。