第7章　焊條電弧焊焊接工藝

焊條電弧焊是最早應用的電弧焊接方法之一。目前的焊接已向機械化、自動化和智能化方向發展。焊條電弧焊應用的比例在逐年減少，但焊條電弧焊有著設備簡單、操作方便、焊材來源廣泛等優點。焊條電弧焊在焊接小工件、不規則工件、小批量工件等方面，有著其他焊接方法不可比擬的優勢。焊條電弧焊在管道的焊接中的應用比例也在逐年下降，但在焊接小徑管、小管件、管道施工的連頭和返修中，焊條電弧焊還在發揮著重要的作用。隨著科學技術的發展，管道焊接技術定會向自動化和智能化的方向發展。但焊條電弧焊在很長的一段時間內，在一定領域內還會得到很好的應用。

7.1　焊條電弧焊原理、特點及在管道工程中的應用

焊條電弧焊在長輸管道工程中分為焊條電弧上向焊、纖維素焊條下向焊和低氫焊條下向焊三種。

7.1.1　焊條電弧焊原理

焊條電弧焊通常也稱為手工電弧焊，它是利用焊條與工件之間建立起來的穩定燃燒的電弧，使焊條和工件熔化，從而獲得牢固的焊接接頭。焊接過程中，藥皮不斷分解、熔化而生成氣體及熔渣，保護焊條端部、電弧、熔池及其附近區域。焊條芯在電弧熱的作用下不斷熔化，進入熔池，構成焊縫金屬。有時也可通過焊條藥皮摻和金屬粉末，向焊縫提供附加填充金屬。

7.1.2　焊條電弧焊的特點

（1）操作靈活　焊條電弧焊之所以成為應用最廣泛的焊接方法，其主要原因是它的靈活性。焊條電弧焊不論在焊接車間，還是在野外施工現場均可采用。由于具有設備簡單、移動方便、電纜長、焊把輕巧等特點，焊條電弧焊既適用于平焊、立焊、仰焊等各種空間位置的焊接，又適用于對接、搭接、角接、T形接頭等各種接頭形式構件的焊接。可以說，凡是焊條能到達的位置的接頭，均可采用焊條電弧焊。

（2）焊接接頭裝配要求低　由于焊接過程是由焊工控制的，可以適時調整焊條角度、電弧位置和運條手法，修正焊接規范，以保證跟蹤焊縫和均勻熔透。因此，對焊接接頭裝配尺寸要求相對降低。

在長輸管道工程施工中，特別適用于連頭焊口（坡口質量、組裝質量很難達到合適的狀態）的焊接。

（3）焊接金屬材料廣泛　焊條電弧焊廣泛用于低碳鋼、低合金結構鋼的焊接。選配相應的焊條，焊條電弧焊也常用于不銹鋼、耐熱鋼、低溫鋼等合金結構鋼的焊接，用于鑄鐵、銅合金、鎳合金材料的焊接，以及耐磨損、耐蝕、耐熱等特殊使用要求的構件表面層堆焊。

（4）焊接效率低　焊條電弧焊和其他電弧焊方法（如熔化極氣體保護焊、埋弧焊等）相比，因為使用的焊接電流小，每焊完一根焊條后必須換焊條以及清渣而停止焊接等，所以焊接生產率低。

（5）操作難度大　雖然焊接接頭的力學性能可以通過選擇與母材性能相當的焊條來滿足，但焊縫質量在很大程度上是依賴于焊工的操作技能及現場發揮，甚至焊工施焊過程的精神狀態也會影響焊縫的質量。

7.1.3　焊條電弧焊在管道工程中的應用

（1）焊條電弧上向焊　在長輸管道工程中焊條電弧上向焊適用于下列工程的焊接。

①場站工程中等管徑填充、蓋面焊道的焊接。

②部分連頭根焊焊道的焊接。

③部分山區管道工程根焊焊道的焊接。

④部分返修焊縫的焊接。

⑤非受壓接頭和非正式工程焊接接頭的焊接。

（2）纖維素焊條下向焊

①中等管徑、X70級以下鋼級根焊道的焊接。

②部分管道工程全部采用焊條下向焊。

③部分山區管道工程的焊接。

④部分返修焊縫的焊接。

⑤部分連頭焊縫的焊接。

（3）低氫焊條下向焊

①中等管徑管道工程填充、蓋面焊道的焊接。

②部分管道工程全部采用焊條下向焊。

③部分山區管道工程填充、蓋面焊道的焊接。

④部分返修焊縫的焊接。

⑤部分連頭焊縫的焊接。

7.2　焊條電弧上向焊

7.2.1　水平固定管的焊接

水平固定管的焊接是將管的軸線置于水平位置，管固定不動的環焊縫的焊接。

（1）焊接設備　長輸管道工程采用焊條電弧上向焊焊接，通常采用直流弧焊電源，焊接電源的額定功率不小于300A。

（2）焊前清理　焊接前應將坡口及兩側各100mm范圍內的污物清理干凈，坡口及兩側各20mm范圍內應見金屬光澤。

（3）坡口及組裝要求（見表2-7-1）

（4）焊接工藝參數

①焊道厚度和焊道寬度見表2-7-2。

注：當焊道寬度超過18mm時，應采用單層多道焊。

②焊接工藝參數見表2-7-3。

注：不同國家或廠家，生產的不同型號或相同型號的焊條，雖規格相同，但焊接電流或電弧電壓會存在較大的差別。

（5）定位焊

①線路工程的定位焊。長輸管道線路工程采用焊條電弧上向焊時，定位焊縫的長度應不小于管周長的1/2，且應均布在整個圓周長上。

定位焊縫的焊接應采用與正式焊接相同的焊接材料。

②場站工程的定位焊。長輸管道場站工程采用焊條電弧上向焊時，應每隔200～300mm焊接一處定位焊縫，定位焊縫的長度約50mm，且應均布在整個圓周長上。當焊口處受力較大時，應適當增加定位焊縫的長度。

定位焊縫的焊接應采用與正式焊接相同的焊接材料。

（6）焊接操作要點　管水平固定焊，是長輸管道工程焊接的主要位置，在焊接過程中需要經過仰焊、立焊、平焊等幾種位置。由于焊縫位置的變化，改變了熔池所處的空間位置，操作比較困難，焊接時焊條角度應隨著焊接位置的不斷變化而隨時調整，如圖2-7-1所示。

①根焊。第一層焊道稱為根焊焊道。

根焊道焊接時為敘述方便，假定沿垂直中心線將管子分成左右兩個半周，如圖2-7-2所示。先焊前半周，引弧和收弧部位要超過中心線5～30mm（根據管徑而定，管徑小超過量也小，管徑大超過量可適當增大）。

焊接從6點位置開始，起焊時采用劃擦法在坡口內引弧，待形成局部焊縫，并看到坡口兩側金屬即將熔化時，焊條向坡口根部壓送，使弧柱透過內壁的1/2，熔化并擊穿坡口的根部，此時可聽到背面電弧的擊穿聲，并形成了第一個熔池，第一個熔池形成后，立即將焊條抬起熄弧，使熔池降溫，待熔池變暗時，重新引弧并壓低電弧向上給送，形成第二個熔池，均勻地點射給送熔滴，向前施焊，如此反復。

在焊接6點位置時，焊條應向上頂送得深些，電弧盡量壓短，防止產生內凹、未熔合、夾雜等缺陷；焊接立焊及平焊位置時，焊條向試件坡口里面的壓送深度應比6點處淺些，弧柱透過內壁約1/3熔穿根部鈍邊，防止因溫度過高，液態金屬在重力作用下，造成背面焊縫超高或產生焊瘤、氣孔等缺陷。

收弧方法，當焊完一根焊條收弧時，應使焊條向管壁左或右側回拉電弧約10mm，或沿著熔池向后稍快點焊2～3下，以防止突然熄弧造成弧坑處產生縮孔、裂紋等缺陷。同時也能使收尾處形成緩坡，以利于下一根焊條的接頭。

更換焊條進行焊道中間接頭時，有熱接和冷接兩種方法。

熱接法更換焊條要迅速，在前一根焊條的熔池沒有完全冷卻時，即呈紅熱狀時，在熔池前面5～10mm處引弧，待電弧穩定燃燒后，即將焊條施焊至熔孔，將焊條稍向坡口里壓送，當聽到擊穿聲即可斷弧，然后按前面介紹的焊法繼續向前施焊。冷接法在施焊前，先將收弧處焊道打磨成緩坡狀，然后按熱接法的引弧位置、操作方法進行焊接。

6點位置接頭的焊接：在后半周焊道施焊前，先將前半周焊道起頭處打磨成緩坡，然后在緩坡前面5～30mm處引弧，預熱施焊，焊至緩坡末端時將焊條向上頂送，待聽到擊穿聲，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點位置接頭的施焊：在后半周焊縫施焊前先把前半周焊縫收尾熄弧處打磨成緩坡，當焊至后半周焊道與前半周焊道接頭封閉處時，將電弧略向坡口里壓送并稍停頓，待根部熔透，焊過前半周焊道5～30mm，填滿弧坑后再熄弧。

施焊過程中經過正式定位焊縫時，將電弧稍向里壓送，以較快的速度經過定位焊縫，過渡到前方坡口處進行施焊。

②填充焊。第一層焊道與蓋面焊焊道間的所有中間焊道都稱為填充焊道。

填充焊道所采用的焊接電流可以比根焊焊道和蓋面焊道大些。

第一層填充焊道既要保證與根焊焊道和兩側坡口熔合良好，又要防止產生燒穿。

第二層至倒數第二層填充焊道，主要考慮熔合良好和焊層厚度的一致。

最后一層填充焊道，除應考慮熔合良好外，還應為蓋面焊道打下良好的基礎。最后一層填充焊道應焊至距坡口上邊緣1～2mm，且焊道應平或有一定的下凹。

③蓋面焊。最后一層焊道稱為蓋面焊道。

要求焊縫外形美觀，無缺陷。

蓋面層施焊前，應將前層的熔渣和飛濺清除干凈，焊道接頭處打磨平整。前半周焊縫起頭和收尾部位同封底層，都要超過管子的中心線5～30mm，采用鋸齒形或月牙形運條方法連續施焊，但橫向擺動的幅度要大，在坡口兩側略停頓穩弧，防止產生咬邊。在焊接過程中，要嚴格控制弧長，保持短弧施焊以保證焊縫質量。

④其他技術要求

a.當管徑大于300mm時，應由兩名焊工對稱施焊；當管徑大于1000mm時，應由2～4名焊工對稱施焊。

b.焊道接頭處應磨成斜坡狀，以利于焊道的接頭。

c.層間的熔渣應清理干凈。

d.上層焊道的過高處應磨平，以便焊接后續焊道。

e.焊道間的接頭應錯開5mm以上。

f.焊接過程中，層間溫度要符合要求，層間溫度不應過低，也不應過高。

g.一道焊縫應連續焊完，當無法連續焊完時，應至少焊完3層，且不少于管壁厚度的1/3，重新焊接時間，應使焊道達到層間溫度的要求。

7.2.2　垂直固定管的接焊

垂直固定是將管的軸線置于垂直位置，管固定不動的環焊縫的焊接。

（1）焊接設備　焊接設備與水平固定管焊接相同。

（2）焊前清理　焊前清理與水平固定管焊接相同。

（3）坡口及組裝要求（見表2-7-4）

（4）焊接工藝參數

①焊接工藝參數見表2-7-5。

注：不同國家或廠家，生產的不同型號或相同型號的焊條，雖規格相同，但焊接電流或電弧電壓會存在較大的差別。

②焊道厚度和焊道寬度見表2-7-6。

注：當焊道寬度超過10mm時，應采用單層多道焊。

（5）定位焊　定位焊的要求與水平固定管相同。

（6）焊接操作要點　管垂直固定的焊接與板狀試件的橫焊基本相同。不同的是管子有弧度，焊條應隨弧度轉動。為獲得均勻的焊縫成形，焊工不僅需要掌握熟練的運條技術，還要保持焊條轉動均勻。

①根焊。根焊道的焊接，焊條前傾角為70°～80°，下傾角為10°～20°。弧柱要透過背面1/3，用點射法給送熔滴，擊穿施焊。小直徑管可采用一點擊穿法，先擊穿下坡口，后擊穿上坡口，保持下熔孔在前，上熔孔在后，錯開距離約3mm。施焊過程中，要使上、下坡口面各擊穿熔化掉1.5～2mm，如圖2-7-3所示。

②填充焊。填充焊道焊接時，均采用多層多道焊，即由下向上一道一道地排列焊接。為防止因熔化金屬下墜造成焊縫厚度不均（焊道上部薄、下部厚），除保持適宜的焊條傾角外，在每道焊縫焊接時，都不要清理熔渣，一直將該層焊道全部焊完，待下一焊層焊接前，再清除焊渣。這樣有利于改善焊縫成形，減小焊道之間的溝槽。焊接時，后焊道應該壓前焊道的1/3～1/2，并采用稍快的直線往返運條法，見圖2-7-4。運條要均勻以防止產生過大的溝槽。

③蓋面焊。蓋面層焊接應根據坡口的開口寬度決定蓋面的焊道數，焊道數與坡口開口寬度的關系見表2-7-7。

蓋面焊的第一條焊道的焊接應在坡口的下邊緣，焊條下傾角度為10°～15°；中間焊道的焊條角度基本保持水平或稍下傾；最后一條焊道焊接時，焊條上傾角度為5°～10°，以防產生咬肉，并有利于焊道與母材圓滑過渡。焊條的傾角見圖2-7-5。

④其他技術要求

a.同一層焊道焊接，前一焊道的熔渣通常不清理就可焊接后續焊道。

b.其他技術要求與管水平固定焊相同。

7.2.3　45°傾斜固定管的接焊

45°傾斜固定管的焊接是將管的軸線置于與水平約成45°位置，管固定不動的環焊縫的焊接。

（1）焊接設備　焊接設備與水平固定管焊接相同。

（2）焊前清理　焊前清理與水平固定管焊接相同。

（3）坡口及組裝要求　坡口及組裝要求與垂直固定管焊接相同

（4）焊接工藝參數

①焊接工藝參數與管水平固定焊基本一致，見表2-7-2。

②焊道厚度和焊道寬度見表2-7-8。

注：當焊道寬度超過15mm時，應采用單層多道焊。

（5）定位焊　定位焊的要求與水平固定管相同。

（6）焊接操作要點　45°傾斜管的焊接與水平固定和垂直固定管的焊接有很多相同之處，但又有各自的特點。

①根焊。根焊道的焊接，其順序與水平固定管一樣，分前、后兩半周進行。從6點處起焊，引弧點在坡口一側，先用電弧預熱坡口根部，然后壓低電弧穿透鈍邊，形成熔孔，聽到擊穿聲后，給足鐵水，然后運條施焊。如熔池因溫度過高，鐵水下墜，應適當擺動焊條加以控制。

②填充焊。填充焊道的焊接，可采用橢圓形的斜拉運條法（即斜圓圈運條法）。在上坡口面斜拉劃橢圓形圓圈拉到下坡口面再返回上坡口面，如此反復，直至焊完所有填充焊道。

③蓋面焊。蓋面焊的運條方法與填充焊相似，在上坡口面邊緣斜拉劃橢圓形圓圈拉到下坡口面邊緣再返回上坡口邊緣，保持熔池壓上、下坡口各1～2mm。如此反復，一直到焊完。

接頭處的施焊方法，上部接頭方法只有一種，下部接頭方法有三種。

a.第一種接頭方法（Ⅰ法）：甲側焊縫從下接頭正斜仰位置的前焊層焊道中間引弧，再將電弧拉向下坡口面或邊緣（蓋面層焊接時），并越過中心線10～15mm，右向劃圈，小橢圓形運條，逐漸增大橢圓形向上坡口面或邊緣過渡，使甲側焊縫下起頭呈斜三角形，并使其形成下坡口處高和上坡口處低的斜坡形，然后進行右向橢圓形運條、焊接，保持熔池呈水平橢圓狀，一直焊到上接頭。到上接頭時要使焊縫呈斜三角形，并越過中心線10～15mm。上、下接頭斜三角形焊接法（Ⅰ法）見圖2-7-6。

乙側焊縫從甲側焊縫下起頭處前層焊道中間引弧，引弧后加熱焊道1～2s，然后在上坡口用橢圓形斜拉運條法拉薄熔敷金屬至下坡口面邊緣，將甲側焊縫的斜三角形起頭完全蓋住，然后一直用左向橢圓形斜拉運條法焊接，使熔池成水平狀。焊到上接頭時逐漸減小橢圓進行運條，與甲側焊縫收尾處圓滑相接。

b.第二種接頭方法（Ⅱ法）：甲側焊縫下起頭從上坡口開始過中心線10～15mm，然后向右斜拉至下坡口，以橢圓形的斜拉運條，使起頭呈上尖角形斜坡狀。乙側焊縫從尖角下部開始，用從小到大的左向橢圓形斜拉運條施焊，一直焊到上接頭為止。下接頭斜三角形焊接法（Ⅱ法）如圖2-7-7所示。

c.第三種接頭方法（Ⅲ法）：主要適用于大直徑、厚壁管件的接頭。方法是：在下坡口面邊緣引弧，連弧操作，壓坡口邊緣進行焊接（對于蓋面層，應壓坡口邊緣，中間層可在坡口面上焊接），壓下坡口邊緣的長度為25～35mm，壓下坡口邊緣的寬度為1～2mm。然后橫拉焊條運條至上坡口，壓上坡口邊緣1～2mm，焊成一個三角形或梯形底座。甲、乙兩側焊縫均從上坡口至下坡口做橢圓形斜拉運條施焊，將三角形底座邊緣蓋住，然后再一直焊到上部接頭為止。這種下接頭斜三角形焊接法（Ⅲ法）見圖2-7-8。

7.3　纖維素焊條下向焊

焊接電弧自上而下運動的焊接操作，就稱為下向焊。

采用纖維素焊條，并且采用自上而下的焊接方向，就稱為纖維素焊條下向焊。

7.3.1　纖維素焊條下向焊的特點

焊條下向焊與焊條上向焊比較有如下特點。

（1）焊接效率高　纖維素焊條下向焊時采用的焊條直徑、焊接電流和焊接速度均比上向焊要大得多，而焊縫寬度和余高則比上向焊要小，因此，纖維素焊條下向焊焊接生產率比焊條上向焊高20％～30％。

（2）焊接熱輸入小　纖維素焊條下向焊焊接電流要比上向焊大1/3～2/3，但纖維素焊條下向焊的焊接速度通常是上向焊的2～3倍，所以下向焊的焊接熱輸入要比上向焊小。

（3）焊縫成形好　纖維素焊條下向焊焊縫余高比上向焊小，焊趾處母材與焊道的過渡半徑比上向焊大，即應力集中下向焊比上向焊小。

（4）焊縫缺陷少　由于纖維素焊條下向焊焊道層的厚度比上向焊薄，所以纖維素焊條下向焊焊縫焊接缺陷少，一般不易產生尺寸較大的焊接缺陷。

（5）焊接操作簡單　纖維素下向焊焊條與焊條電弧上向焊相比操作難度小，焊工易于掌握。

（6）焊接煙塵大　纖維素焊條焊接時產生的煙塵大，所以要加強焊接環境的通風。

（7）焊接接頭的抗裂性能較差　由于纖維素焊條焊接的焊縫含氫量高，所以焊接接頭的抗裂性較差。

7.3.2　纖維素焊條下向焊工藝

（1）焊接電源　性能良好的直流弧焊電源，額定焊接電流應不小于350A。

（2）焊前清理　焊接前應將坡口及兩側各100mm范圍內的污物清理干凈，坡口及兩側各20mm范圍內應見金屬光澤。

（3）坡口及組裝要求（見表2-7-9）

注：1.當管壁厚度≥10mm時，坡口角度可以為45°±5°。

2.當管壁厚度≥14mm時，可以開復合型坡口。

（4）焊前預熱　當管材的強度高和（或）環境溫度較低時，應進行焊前預熱。預熱溫度不低于100～150℃。焊縫中心兩側100mm范圍內應達到要求的預熱溫度，預熱時，應均勻加熱，力求預熱溫度一致。

（5）焊接層數　纖維焊條下向焊焊層厚度為2～3mm，焊層數見表2-7-10。

（6）焊道寬度　纖維焊條下向焊焊道寬度小于等于12mm，當焊層寬度大于12mm時，應采用單層多道焊。

（7）焊接工藝參數　纖維素焊條焊接參數見表2-7-11

（8）焊工人數　管道下向焊一般采用流水作業法，即每位焊工只負責某一焊道的施焊。根據管徑大小配備焊工。當管徑大于300mm時，每層焊道應由兩名焊工對稱施焊；當管徑大于1000mm時，每層焊道應由2～4名焊工對稱施焊。

7.3.3　纖維素焊條下向焊操作技術

為了使大家更好地了解和掌握下向焊技能操作技術，我們將管件按時鐘位置分三個部位進行講述，即平焊段（11點→12點或1點→12點），立焊段（1點→5點或7點→11點），仰焊段（5點→7點），如圖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較難掌握的部位之一，掌握不好就可能出現內部余高過高、焊瘤、未焊透等缺陷，所以焊接時，不要忽視平焊段，焊工要靈活地掌握焊條角度和焊接工藝參數的調整及運用。準備好的管件應固定在焊接架上，管件底部與地面應留有一定的空間，一般為400～600mm。焊工在施焊前首先要進行焊接電流的調試，拿一塊試板進行試焊，然后根據焊接經驗和電流表的讀數，在焊接工藝規程規定的范圍內確定合適的焊接電流，平焊段的焊接電流應比其他段小一些，尤其是根焊施焊的第一根焊條，如果電流小了，可以停止焊接進行調整；如果電流大造成焊漏就不易進行修補。所以焊工要根據鈍邊的厚度、間隙的大小靈活地調節焊接電流。

引弧應在坡口內部12點處，不允許在坡口外引弧，當電弧引燃后迅速將電弧壓低，送入坡口根部的間隙內，當熔孔形成后，焊條沿焊接方向均勻行走，電弧高度2mm左右，焊速不能過快或過慢，如果焊速過快，熔池跟不上，易產生焊道脫節和未焊透等缺陷。焊速太慢焊道背面余高易超高，所以要求焊工在焊接操作時，運條速度和熔孔的大小應保持均勻一致，因為電流恒定后，焊道背面成形和焊道余高，是由焊工通過運條速度和電弧長度及熔孔的幾何形狀來實現的。焊接過程中發現熔孔變形，通過運條及時進行調整，如熔孔偏向坡口的一側，應迅速將電弧移到坡口的另一側，直到恢復正常為止。當第一根焊條即將焊完收弧時，應將焊條角度增大到90°～100°，然后衰減滅弧，如圖2-7-10所示。這樣接頭處不易產生冷縮孔，同時又將背面的弧坑填滿。接頭時，用磨光機將收弧處打磨成緩坡狀，因為是平焊段接頭較容易，操作熟練后可不必打磨，然后在收弧處上方20mm處引弧，當運條到熔孔處時，應將焊條輕輕向熔孔內送進，并稍停留，然后恢復正常焊接，打磨過的焊道接頭停留時間可短些，沒有進行打磨的接頭停留時間可長一些。以此反復操作結束平焊段。

②立焊段的焊接。立焊段是整個焊口焊接速度較快的一個位置。焊接過程中由于液態金屬垂直向下，加上液態金屬本身的自重，熔池的運行速度和熔滴的過渡，只有通過表面張力和電弧的吹力來控制。所以在施焊過程中，人為的因素較大，合適的速度決定焊道的質量和成形。焊接速度太慢，易產生液態金屬下淌現象，影響正常焊接，焊接速度太快，易造成未焊透、內咬邊等缺陷。所以要求焊工在操作時，要均勻地控制好焊接速度，熔池和熔孔的幾何形狀，使焊道內部成形良好。立焊段焊接時的焊條角度比平焊段小一些，如圖2-7-11所示，因為立焊段背面焊縫的余高主要是通過焊工在施焊時的焊條角度和電弧的高低決定的。一般情況下焊工在施焊時，液態熔池金屬易產生下淌現象，而焊工習慣上愿意將焊條角度減小，來控制液態金屬熔池的下淌。但在實際焊接操作時，焊條角度越小，熔池的溫度越高，熔池的表面張力越小，下淌現象越嚴重，只靠電弧的吹力是控制不住液態金屬下淌的，所以焊工在操作時焊條角度以70°～80°為最佳。

焊條焊完收弧時，角度的變化和滅弧方法與平焊段相同，焊道接頭處必須進行打磨，然后再采用平焊段的方法接頭，在熔孔內停留的時間稍短一些，焊工操作熟練后，立焊段操作較易掌握。

③仰焊段的焊接。由于空間位置所決定，焊工受視線和焊接位置的影響，所以操作較困難，操作不好，容易產生內咬邊、接頭脫節、內凹等缺陷。所以在施焊過程中一定要有合適的空間位置。6點處焊條角度如圖2-7-12所示。在焊接過程中，電弧盡可能壓低，焊速要適中，如果焊速過快，由于熔池液態金屬重力的影響，會使焊道產生內凹、內咬邊等缺陷，另外在焊接過程中，如果電弧壓得過低，坡口兩側的熔化情況不易看清，所以焊接時焊條應采用前后小擺動，從而達到控制熔孔形狀及焊道背面成形良好。收弧的操作方法與平焊段相同，如圖2-7-13所示。接頭處必須進行打磨，方法同上，焊道接頭時焊條角度應在50°～70°，向內壓送的時間稍長一些，最后一根焊條收弧，應超過6點位置10～30mm為佳，這樣便于焊道接頭，收弧很關鍵，收弧產生的熔孔過大，對焊道接頭不利，所以變化焊條角度應大一些，12點處的冷接頭，必須要用角向磨光機進行打磨，打磨的形狀如圖2-7-14所示，保證一定的坡口角度和寬度，使電弧能有效地吹到坡口的根部，防止產生層間未熔合、夾渣等缺陷。焊道接頭時電流小一些，引弧在接頭后10～20mm處，電弧引燃后，電弧不要壓得過低，保證熔池均勻地熔化坡口兩側，到達打磨過的冷接頭邊緣時，壓低電弧不停留，看到形成熔孔后，進入正常焊接狀態。6點位置冷接頭時，不能將收弧處打磨過薄，否則易產生內凹。以上講述的是根焊道操作的全部過程，平焊段及6點處較難掌握，尤其是12點處和6點處的冷接頭及其他位置的焊道接頭，要根據技術的掌握情況，著重練習，因為焊道接頭質量的好壞，人為的因素較大，所以施焊經驗的積累很重要，通過反復練習，才能更好地掌握根焊道技術。

（2）熱焊道的焊接　熱焊道在施焊前，應將根焊道的熔渣用角向磨光機徹底清除干凈，不留死角，如圖2-7-15所示，然后再進行施焊。由于清渣的同時部分金屬被打磨掉，所以根焊道焊縫金屬的厚度較薄，熱焊道時焊接速度應快一些，電弧高度應稍高些，這樣不僅可以防止燒穿而且不易產生夾角，造成夾渣。

熱焊道焊條角度如圖2-7-16所示，由于熱焊道的焊接速度快，焊條角度變化也快，所以要求學員反復練習。施焊過程中焊條不做橫向擺動，上下小擺動運條，焊接時12點處的冷接頭必須打磨，其他焊道接頭均不用打磨。熱焊道焊完后，用電動刷將熔渣清除干凈，不必打磨。

（3）填充焊道的焊接　填充焊道焊接操作方法與熱焊道相同，填充焊道熔敷金屬的厚度，不能過高或過低，以免影響蓋面層的焊道質量。填充金屬厚度如圖2-7-17所示。焊后將焊道內的熔渣用電動刷清除干凈。

（4）蓋面焊道的焊接　在焊接過程中，一般不做橫向擺動，在立焊段可稍做橫向擺動，防止產生咬邊，6點處電流應減小15％，采用前后擺動運條的方法進行焊接，從而達到控制咬邊和焊縫余高的目的，過6點位置收弧時，可采用衰減滅弧法收弧這樣可以保證收弧的質量，有利于焊道接頭。12點處的冷接頭，接頭前應用角向磨光機，將接頭處打磨成緩坡狀（見圖2-7-18）。然后在打磨處前10～15mm處引燃電弧，回焊至接頭處抬高電弧，將熔池吹開，填滿弧坑后電弧恢復到正常焊接狀態。6點處接頭電弧高度應低一些，將弧坑填滿后采用衰減法收弧，這樣的收弧飽滿，使焊道接頭處焊縫金屬不低于母材。

7.4　低氫型焊條下向焊

隨著管道輸送壓力的不斷提高和油氣管道鋼管強度的不斷增加，對管道的強度和抗裂性的要求也越來越高。纖維素焊條已不能滿足高壓力、大管徑、高鋼級的焊接要求，低氫（型）下向焊焊條具有良好的力學性能，能夠滿足高壓力、大管徑、高鋼級的焊接要求。

但低氫型下向焊焊條有焊接工藝性能差、操作難度大、抗風能力差等缺點。目前還沒有能滿足根焊焊道的低氫型下向焊焊條。根焊焊道只能用纖維素焊條或熔化極氣體保護半自動焊進行焊接。

7.4.1　低氫型焊條下向焊的特點

低氫型焊條下向焊有如下特點。

（1）焊接效率高　低氫型焊條下向焊時采用的焊條直徑、焊接電流和焊接速度均比上向焊要大得多，而焊縫寬度和余高則比上向焊要小，因此，低氫型焊條下向焊焊接生產率比焊條上向焊提高20％～30％，與纖維素焊條下向焊的焊接效率基本相同。

（2）焊接熱輸入小　低氫型焊條下向焊與焊條電弧上向焊相比，焊接熱輸入小。但低氫型下向焊焊條采用的焊接電流要比纖維素下向焊焊條大，焊層也較纖維素焊條下向焊稍厚，所以低氫型焊條下向焊的焊接熱輸入比纖維素焊條下向焊大。

（3）焊縫成形好　通常情況下低氫型下向焊焊條焊接的焊縫余高較焊條電弧上向焊小，焊縫與母材圓滑過度，所以焊接應力集中小。

（4）焊接操作難度較大　低氫型下向焊焊條焊接操作難度較纖維素下向焊焊條操作難度大，焊工需經嚴格培訓，且在焊接過程中認真操作，方能焊出合格的焊口。低氫型下向焊焊條焊接操作難度與焊條電弧上向焊的操作難度基本相當。

（5）抗風能力較差　低氫型下向焊焊條焊接時，對環境風速要求較嚴格，通常情況下環境風速不應大于5m/s。

（6）焊接接頭的抗裂性能好　低氫型下向焊焊條焊縫的含氫量低，焊接接頭具有良好的韌性和抗裂性。

7.4.2　低氫型焊條下向焊工藝

（1）焊接電源　性能良好的直流弧焊電源，額定焊接電流應不小于350A。

（2）焊前清理　焊接前應將坡口及兩側各100mm范圍內的污物清理干凈，坡口及兩側各20mm范圍內應見金屬光澤。

（3）坡口及組裝要求（見表2-7-12）

注：1.當管壁厚度≥10mm時，坡口角度可以為45°±5°。

2.當管壁厚度≥14mm時，可以開復合型坡口。

（4）焊前預熱　當管材的強度高和（或）環境溫度較低時，應進行焊前預熱。預熱溫度不低于100～150℃。焊縫中心兩側100mm范圍內應達到要求的預熱溫度，預熱時，應均勻加熱，力求預熱溫度一致。

（5）焊接層數　低氫型焊條下向焊焊層厚度較纖維素焊條下向焊稍大，通常為2.5～3.5mm，焊層數見表2-7-13。

（6）焊道寬度　低氫型焊條下向焊焊道寬度不超過12mm，當焊層寬度大于12mm時，應采用單層多道焊。

（7）焊接工藝參數　纖維素焊條焊接工藝參數見表2-7-14

（8）焊工人數　管道下向焊一般采用流水作業法，即每位焊工只負責某一焊道的施焊。根據管徑大小配備焊工。當管徑大于300mm時，每層焊道應由兩名焊工對稱施焊；當管徑大于1000mm時，每層焊道應由2～4名焊工對稱施焊。

7.4.3　低氫型焊條下向焊操作技術

（1）根焊　當根焊道的焊接采用纖維素焊條時，焊接操作方法與纖維素焊條根焊操作方法相同。

當采用焊條電弧上向焊焊接根焊焊道時，焊接操作方法見焊條一向焊根焊焊接操作。

當采用熔化極氣體保護半自動焊焊接根焊道時，焊接操作方法見熔化極氣體保護半自動焊根焊操作技術。

如果采用低氫型下向焊焊條焊接熱焊焊道，根焊道的厚度不應小于3mm。

（2）熱焊道　可采用纖維素焊條焊接熱焊焊道，也可以采用低氫型焊條焊接熱焊焊道。

當采用纖維素焊條焊接熱焊焊道時，焊接操作方法見纖維素焊條熱焊焊道操作技術。

當采用低氫型焊條焊接熱焊焊道時，由于低氫型下向焊焊條所采用的焊接電流要比纖維素焊條大，所以焊接熱焊焊道時，除應保證熔合良好外，應特別注意防止燒穿。

（3）填充焊　填充焊道在施焊前，應將熱焊道的熔渣用角向磨光機清除干凈，接頭過高處打磨平整，然后進行焊接。由于低氫型焊條電弧的吹力較小，電弧保護性能較差，所以在焊接過程中及焊道接頭時，容易產生氣孔。因此在焊接時必須控制好合適的焊條角度，電弧的高度采用短弧焊接，焊條角度見圖2-7-19，熱焊道具體的操作方法是電弧引燃后應迅速壓低電弧，電弧的高度應控制在2～4mm的范圍內，一般采用鋸齒形運條方法，焊接速度要均勻，控制好坡口兩側的熔化情況，使熔池均勻地熔化坡口的兩側，焊條擺動的目的是控制焊道的寬度和熔池的幾何形狀，使焊道兩側熔合良好，所以焊工在施焊時要根據熔池的幾何形狀靈活掌握，當一根焊條焊完收弧時，將電弧控制在熔池的中心稍做停留，然后向焊道后方快速收弧。這樣收弧處不容易產生冷縮孔，見圖2-7-20。焊道接頭時必須將接頭處打磨好，然后再進行焊接。由于低氫型焊條引弧端涂有引弧劑，一次引弧就要成功，否則造成焊條浪費，所以在引弧時一定要找準引弧點，采用撞擊法引弧。電弧引燃后由于電流密度較大，弧光的亮度增加，焊工的視線受到影響，不易看清接頭的狀態，完成接頭的時間很短，只有1～2s的時間，所以在焊工培訓時要反復認真練習，焊縫接頭方法見圖2-7-21。為了保證蓋面焊道的質量，填充焊應控制熔敷金屬的厚度，不能過高或過低，填充金屬厚度如圖2-7-22所示。焊后將焊道內的熔渣用電動刷清除干凈。

（4）蓋面焊道　在焊接過程中，一般不做橫向擺動，在立焊段可稍做橫向擺動，防止產生咬邊，6點處電流應減15％，采用左右小擺動運條的方法進行焊接，從而達到控制咬邊和焊縫余高的目的，過6點位置收弧時，可采用在熔池中心收弧法，這樣可以保證收弧的質量，有利于焊道接頭，12點處的冷接頭處，接頭前應用角向磨光機打磨成緩坡狀，如圖2-7-23所示。然后在打磨處前8～10mm處引燃電弧，后迅速壓低電弧，操作方法見圖2-7-24。將熔池吹開，填滿弧坑后電弧恢復到正常焊接狀態，6點處焊道接頭電弧高度應低一些，將弧坑填滿后采用回焊衰減法收弧。這樣的焊道接頭收弧飽滿，使接頭處焊縫金屬不低于母材金屬，造成外觀缺陷影響焊接接頭質量。