SMAW/FCAW下向焊是指根焊采用手工电弧焊，填充盖面采用自保护药芯焊丝熔化极半自动焊的一种焊接方法。它是目前国内外在管道施工，尤其在长输管线施工中一项重要的焊接工艺，与传统焊接方法（手工电弧上向焊）有其独特的优越性。我国在九十年代引进并开始应用到管道工程施工，我公司是首次在“西气东输”管道施工中应用。为了加快该新的焊接工艺推广应用，保证工程质量，提高工效，特制定本工法。
SMAW/FCAW的焊接方法为焊接流水作业创造了条件。
本工法是在总结了我公司在“西气东输”六标项目的管道焊接施工实践经验的基础上编制而成。 1 特点
1.1 本工法采取了纤维素焊条直流正接根焊，熔化极半自动焊填充盖面的施工方法。
1.2 采用纤维素型焊条直流正接进行根焊，具有操作灵活、抗风性能好、适应性强、焊速快、单面焊背面成型平缓、均匀、美观、内在质量保证。 1.3 填充盖面全部采用自保护药芯焊丝直流正接半自动焊方法具有较优越的技术经济指标，其熔敷效率高，焊接速度快，全位置成型好，环境适应能力强，焊工易于掌握，焊缝质量稳定。 2 适用范围
本工法可适用于长输管线工程中，直径≥300mm以上管道的焊接。
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3 工艺原理
3.1 根焊采用纤维素下向焊条，其药皮中含有15%以上的有机物（纤维物），具有极强的造气功能，焊接时分解出大量的CO和CO2气体，在保护熔池的同时增加了电弧吹力，保证了熔滴在全位置焊接时向熔池稳定过渡，并阻止铁水下淌，同时熔透能力强，焊缝背面成型好，气孔敏感性小，易获得高质量的焊缝。
3.2 填充盖面采用自保护药芯焊丝半自动下向焊，由于药芯在高温分解释放出大量气体对电弧及熔池进行保护，同时通过熔渣对熔池及凝固焊缝金属进行保护，故焊缝质量稳定，熔敷率高，焊接速度快。
3.3 纤维素下向焊条与自保护药芯焊条均应采取直流焊接，其不同极性连接方法会影响焊接过程及效果。
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4 工艺流程图
焊工培训、考试 焊 接 工 艺 评 定 指 导 书 焊 接 作 业 焊 接 施 工 管 口 组 对 焊 前 准 备 定 位 焊 合 格 焊 材 选 择 焊接设备选择 预 热 返 修 UT 焊 接 质 量 检 验 水 压 试 验 通 球 试 验 焊 缝 合 格 RT 不合格
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5 工艺要求
5.1 以合格的焊接工艺评定为依据，编制详细的焊接作业指导书。 a、指导焊工培训、考试合格后方能上岗。 b、指导现场的焊接施工作业。
5.2 焊接设备的选型上，必须适应于纤维素下向焊接的逆变直流焊机。其空载电压在80～98V。
5.3 焊接材料的选择，原则上应与管材的化学成份、机械性能相匹配，并便于操作。
5.4 不得使用受潮的纤维素焊条，如受潮应有专人负责进行烘干，并作好记录。烘干温度为70～80℃，恒温时间0.5h，并保温1h。焊条重新烘干不得多于二次。 5.5 施焊前应将管焊口两侧各不少于100mm表面上的泥土、油污、锈蚀、水份等脏物清理干净，其坡口及两侧10mm范围，还应露出金属光泽。 5.6 管口的组对与定位焊是保证下向焊焊接质量的重要部份，是促使管接口背面成型良好的关键。管口的坡口型式、间隙、钝边要求见图一。 60°±5°T1~1.52~2.5 图一 管口组对示意图 5.7 为保证错边量＜2mm，管道的对接接口组对时，应用管道专用外对口 4 器或内对口器。
5.8 焊前管道对接接口的预热，应根据不同的管材按规定进行预热，如X60其预热温度控制在120～150℃。
5.9 管口预热应采用环形火焰加热圈，或电热板（丝）均匀加热。 5.10 定位焊的施焊应在坡口内进行，是正式焊缝的组成部份。施焊时应注意保证焊接质量，焊后应将焊缝两端打磨成缓坡状，以利接头，定位焊点见图二。
12点
定位焊点
9点 3点
定位焊点
6点 图二 定位焊示意图
5.11 必须合理调节熔化极半自动焊焊接的电流、电压、送丝速度，使之
至最佳焊缝成形状态。
5.12 熔化极半自动焊的焊丝干伸长度宜在焊接过程中保持20～30mm。 5.13 管口的施焊应根据管径的大小，执行由二名或以上焊工同时自顶部向下施焊，采用薄层多道的原则。焊缝层道排列，见图三。
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图三 层道排列图
5.14 钢管接口定位焊的点焊长度和点数见表一
表一 钢管接口定位焊的点焊长度和点数表
公称管径（DN） 200 ～300 350 ～500 600 ～700 ≥800
点焊长度（mm） 40 ～50 50 ～60 60 ～70 80 ～90 点数（处） 4 5 6 7 5.15 施焊顺序
各种口径管道的施焊顺序见图四
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图四 a、b、c 施焊顺序
5.16 焊道层数
不同管壁厚度的焊道层数见表二
表二 不同管壁厚度的焊道层数表 壁 厚 （mm） 层 数 6 3～4 7～8 4～5 9～10 5～6 10～12 6～8
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6 操作要点
6.1 现场焊接时，管口组必须采用对口器，一般应采用内对口器，其管道下应放置枕木或土堆填实，防止产生附加应力。
6.2 现场焊接时，应在焊接区域内做好防风、防雨等措施。
6.3 管道使用内对口器时，全部根焊焊完后，才能撤除；当使用外对口器时，全部根焊焊完50%后，才能撤除。
6.4 为确保焊接质量，下向焊时应正确掌握焊条的运条角度，管道不同位置施焊时的焊条操作角度见图五。
12点
引弧处
75°~85° 80°~85° 9点 3点
85°~90°
85°~90° 6点
熄弧处
图五 焊条操作角度示意
6.5 根焊的操作，施焊时从管接头12点往前约10mm处引弧，形成一个熔
池后，焊条迅速压底，采用短弧焊接，焊条作直线状或往复小动作快速、均匀地向下运条，熔池大小控制在每侧坡口根部钝边熔化1~1.5mm为宜。
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6.6 根焊道焊完后，应尽快进行热焊道焊接，根焊道与热焊道焊接间隔时间不宜超过5min。
6.7 填充层焊接时采用自保护药芯焊丝半自动焊，应将每层的前道焊缝打磨干净，焊丝的干伸长度始终保持在20～30mm，焊接电弧可略高些，操
作时手把要稳，焊接速度要均匀，并采用多层多道直线向下运条焊接。 6.8 盖面焊同填充层焊应一致，但注意在5点～6点间的施焊过程中，焊接电流可略小10%～15%，以避免出现下坠和咬边现象。焊缝余高控制在比管平面高出1～1.6mm，焊缝表面成形应美观。 7 质量标准
长输管线管口的焊接应符合设计要求和下列相关的技术标准及验收规范。
SY/T 0401—98 输油输气管道线路工程施工及验收规范 SY/T 4103—95 钢质管道焊接与验收 SY/T 4052—92 油气管道焊接工艺评定方法 SY/T 4071—93 管道下向焊接工艺规范
SY 4056—93 石油天然气钢质管道对接焊缝射线照相质量分级 SY 4065—93 石油天然气钢质管道对接焊缝超声波探伤及质量
分级
9
8 主要机械设备（见表三）
表三 主要机械设备表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
9 安全措施
9.1 进入施工现场应严格执行安全生产规定和有关安全生产文件，做到安全生产与文明施工。
9.2 焊工必须持证上岗，并执行“十不烧”的规定。
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名 称 逆变手弧下向焊机 直流溶化极半自动焊机 管道外对口器 管道内对口器 焊条干燥箱 角向磨光机 环型火焰加热圈 管道清管器 管道爬行切割器 射线探伤仪 超声波探伤仪 测温仪 其 它 单 位 台 台 只 只 台 把 只 只 台 台 台 只 数 量 按工程量所需 按工程量所需 按工程量所需 按工程量所需 按工程量所需 按工程量所需 按工程量所需 按工程量所需 按工程量所需 按工程量所需 按工程量所需 按工程量所需 9.3 焊机应有专人保养、维修，并有可靠的接地。 9.4 使用角向磨光机应戴好防护面罩。
9.5 在潮湿管沟里施焊应穿上绝缘鞋。
9.6 在管沟里施焊时，应按规定在管沟两边打好钢板桩，做好防护措施，以免塌方，并有专人监护。
9.7 射线探伤时，应事先通知，在辐射范围内拉红白带、设警示牌。
10 效益分析
本工法具有操作易掌握，焊缝质量可靠稳定，焊接速度大大加快、焊缝金属熔敷率高，节约焊材成本，加快施工进度，野外施工作业适应性强，并可在长输管线焊接施工中进行流水作业。与手工上向焊相比，工效可提高一倍以上。 11 工程实例
工程项目： 西气东输管道六标
管材： X60 规格：φ813×15.9mm 全长25.078公里 焊接设备： ZX7---400B逆变直流手弧焊机
NB---500AMS自保护药芯焊丝、熔化极半自动焊机 DC---400+LN---23P送丝机
焊接材料： 根焊 BOHLER FOXCEL （E6010） φ4.0mm 填充盖面 HOBART 81NI φ2.0mm 焊接方法： SMAW+FCAW
检验要求： UT100% 执行SY 4065—93标准 Ⅰ级合格 RT100% 执行SY 4056—93标准 Ⅱ级合格
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西气东输六标管口焊接检验汇总见表四。
表四 西气东输六标管口焊接检验汇总表
焊口数拍片数Ⅰ级片Ⅱ级片返修片一次合格率% 99.3 返修合格率% 100 （只） （只） （张） （张） （张） 2427
24217 19619 4439 159 本工法运用于西气东输六标25Km管道的焊接施工，并获得试压、通球一次成功。
上安二分公司
金志宏
2003.11
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