金属粉芯药芯焊丝焊接技术

16
DC-
Miller 450
16
DC-
4.7 根焊过程中焊缝质量控制
a、 在 0~1 点钟位置可适当增加焊丝干伸长，并可作适当的焊枪横
向摆动以防止在该位置烧穿。
b、 在整个焊接过程中应始终保持电弧在熔池前方燃烧，带着熔池
前行，运弧手法与 STT 根焊较为相似，切记硬行获得较厚熔池，
因为这样往往容易导致在平焊部位烧穿，而其它位置易使背面 焊缝内凹，正面易形成过凸焊道。 4.8 热焊道及填充盖面的焊接 在确保根焊质量的前提下进行热焊道焊接，在进行热焊道施焊前 应将程序设置为 Pulls，其余与根焊道设置相同。
㎜，控制好各项工艺参数，保持正确的操作方式及运弧方式以防止表
面缺陷的产生，在仰焊部位焊接时可将电流适当减少，以利于该部位
的焊接。
表 5：
试样 编号 1-1 1-2 1-3 1-4
试样尺寸
屈服强
a（mm） b（mm） 度
11.8
24.8
396
11.8
25
383
12.0
24.8
386
11.9
25
420
拉伸试验
图 7 焊接电流与电压的关系
同药芯自保护焊一样，热焊道在整个焊道中起着至关重要的作 用，其焊接过程中是采用如图 8 所示的焊枪后拖角，并且始终保持电 弧在熔池正前方燃烧，焊接过程中可作适当的焊枪横向摆动，且保持 焊枪和焊道轴线呈 90o 夹角，如图 8 所示。同时要保证不得将根焊焊 道烧穿或烧熔，因此尽可能采用快的送丝速度和与之相匹配的焊接电 压（电流与电压之间的关系见图 7）同时在保证质量的前提下尽量提 高焊速。
试样编 号 2-1 2-2 2-3
试样厚 度 10 10 10
较见图 1。
熔敷速度/
焊接电流/
图 1 金属粉型，熔渣型和实芯焊丝熔化速度的比较 — 金 属 粉 芯 药 芯 焊 丝 ； —熔渣型药芯焊丝； □ —实芯焊丝 （括号内数字为焊丝伸出长度）
b、较大的熔敷效率（三种焊丝熔敷率见表 3）
表 3:
工艺
规格（㎜） IPm
自保护（半自动）
2.0
98
金属粉芯（半自动） 1.2
值得注意的是由于金属粉型药芯焊丝在除根焊以外的各层是采 用脉冲喷射过度方式，电弧形态见 4-b，与我们常用焊接方法熔滴过 渡方式有较大区别，其操作方法和运弧手法及电弧指向也要随之改 变，否则易导致坡口侧壁未熔合。在仰焊部位焊接时，切忌向药芯自 保护焊那样，提高焊丝干伸长来衰减电流，此时应在送丝机上来进行
能指标，如 T/S-52K。但钢管的实物质量水平和国外同类产品相比，
韧性技术指标仍存在差别。由于制造焊管至今仍必须使用螺旋焊缝和
直焊缝，而建设输送管线又必须使用对接焊。因此国内外各大焊材厂
家也在为适应新的钢材的焊接积极研制新的焊接材料,(如自贡中国焊
条厂生产的 CHE507GX,HOBRT 生产的 TM71 焊丝).我国从 20 世纪
理工作，减轻焊工劳动强度。
e、焊缝成型好
因为金属粉型药芯焊丝良好的电弧特性及低的烟尘和飞溅量，焊接
操作可见度好，易于操作者更好的控制熔池形状，得到合格的焊接接
头，同时还可避免出现实芯焊丝焊接时,（富氩混合气保护)的指状熔 深，如图 2 示，从而对加工和装配尺寸的要求精度放宽。
实芯焊丝：窄熔深，对 接头装配尺寸公差要求 较高
a、更高的熔敷速度 由于金属粉型药芯焊丝也是由薄钢带包裹药粉组成，其电流密度
大，熔化速度快。同时金属粉型药芯焊丝的药粉中有大量铁粉，铁合
金和金属粉，非金属矿物质含量较少，而铁粉、铁合金和金属粉的熔
点相对于非金属矿物粉的熔点低，使得熔化药粉的能量降低，从而比
实芯焊丝和熔渣型药芯焊丝具有更高熔敷速度，三种焊丝熔敷速度比
C（CO2 气体保护）或 M（混合气体保护），在欧洲和日本等国家和 地区仍将金属粉型药芯焊丝划归于药芯焊丝一类，在保护气体的使用 上，日本大多采用 CO2 气体，少数情况下采用 80℅Ar+20℅CO2，而 在欧洲大多采用富氩混合气体保护焊。
在我国，金属粉型药芯焊丝应用还较少，尤其是油气输送管道建 造中几乎没有使用，只在一些大型造船厂的生产流水线上有所使用， 所以对金属粉型药芯焊丝的认识还很肤浅。 Ⅱ 金属粉型药芯焊丝焊接工艺 4.1 焊接位置：5G 4.1.2 管径及材质
金属粉型药芯焊丝焊接技术
四川石油管理局管道焊接技术中心
杨祥海
Ⅰ、概述
石油、天然气是国民经济的重要能源之一，随着国民经济的发展，
石油、天然气作为基础能源和化工原料在国民经济中占有越来越重要
的地位，在天然气、石油资源的开发利用中，石油、天然气输送管线
占有显著的位置，由于焊管钢对各种力学，使用和焊接性能要求较高。
这样既可避免焊接过程中出现夹渣等缺陷，又可以大大减轻每道焊缝
的清理工作，从而提高了劳动效率，降低焊接成本。
d、焊接飞溅小，金属粉型药芯焊丝由于加入了一定量的稳弧剂(如
TiO2,K2O,Na2O 等)。电弧燃烧稳定，采用富氩混合气体保护焊时，可 得到柔软的喷射电弧。使得施焊过程中飞溅量大大降低，降低焊后清
70 年代开始，提出了石油工业“稳定发展东部，加快发展西部“的
战略方针，20 世纪 90 年代末又提出了”西气东输“的战略决策，开
始了西部油气输送到上海的 4000Km 的国内最长油气输送管道建设
工程。同时中国石油西南油气田分公司也提出了国内首个高酸性气田
的开发集输工程。由此可见，焊接技术，即焊接设备、焊接工艺和焊
金属粉型药芯焊丝：宽熔 深，对接头装配尺寸公差 要求不高
图2 实芯焊丝和金属粉型药芯焊丝的熔深形状
f、在厚壁焊接时可采用窄坡口（较常规 60o 坡口）减少焊接层道降低
生产成本。
熔渣（ 颗粒）
气嘴 导丝、导电管
凝固渣（ 颗粒）
保护气体 药芯焊丝
焊接方向
粉芯
凝固 焊缝金属
电弧及金属过渡 熔池
图 3 金属粉型药芯焊丝焊接原理
g、焊接烟尘量少
Ⅲ、金属粉型药芯焊丝焊接原理
3.1 金属粉型药芯焊丝焊接原理见图 3
3.2 金属粉型药芯焊丝熔滴过度方式。（脉冲喷射过度）见图 4-a
脉冲峰值电流 脉冲临界电流
脉冲基值电流
图 4-a
由图 4-a 可以看出脉冲喷射过度是一种有规律的断续性喷射过 渡。脉冲电流停息期间基值电流使焊丝末端预热并局部熔化，但不形 成熔滴脉冲电流作用期间则产生熔滴喷射过程。 3.2.1 脉冲喷射过渡电弧形态，图 4-b
所以从 20 世纪 70 年代开始国外钢材冶金企业一直积极研究开发的微
合金结构钢是主要目标。我国从“六五”国家科技攻关就开始了对石
油、天然气管道管线专用钢的开发研制，到“九五”国家科技攻关期
间，已逐步淘汰了自 20 世纪 50 年代以来一直沿用的普通钢材。生产
的焊接钢管的常规力学性能已达到 API-5L 标准规定的 X65 级以下性
接材料等在建造油气输送管线中的重要作用。 本文就开县罗家寨高含硫（H2S 6.44℅~16.2℅，CO21.49℅~10.4
℅）天然气集输工程所采用的新型（金属粉芯药芯焊丝），MIG 焊接 工艺进行了详细介绍。包括：①工程概况；②设备简介；③焊接工艺 等几方面内容。 一、 工程概况
川东北高含 H2S 天然气气田，地质储量丰富，从目前已钻获气 井的气质资料可知，渡口河气田天然气中 H2S 含量为 11.5％～17.1％， CO2 含量为 0.46％～8.62％；罗家寨气田天然气中 H2S 含量为 H2S 6.44℅~16.2℅，CO2 含量为 1.49℅~10.4℅。对于类似高酸性气田的 开发在国内尚属首次. 二、 设备简介
Ф 559×11.9 ㎜ API-5L X52 4.2 接头形式及层道设计，见图 5
图5
4.3 焊前准备
图 8 各部位焊枪角度
4.4 坡口清理
技术要求：要求去除坡口表面一切污物，同时要求去处坡口内外
两侧各 30 ㎜范围内一切杂质；对于螺旋焊缝要求打磨坡口内外两侧
各 50 ㎜以上与母材齐平，且呈 15o 角平缓过渡，见图 6。
电流的调整，以避免表面缺陷的产生。
其余各层道与之相同，在整个焊接过程中应当采用薄的焊接层
道，以避免层间未熔的产生。
4.9 盖面层焊接
在进行盖面焊接之间应视填充量情况作适当的立填焊，程序设置
及参数与填充层的相同。
4.9.1 盖面焊质量控制
盖面焊的关键是要求较坡口母材增宽 0.5~1.5 ㎜余高控制在 1~3
弧焰区 弧柱区
图 4-b
3.3 金属粉型药芯焊丝的应用及分类 目前金属粉型药芯焊丝已在世界许多发达国家得到广泛应用，其
分类方法也各有不同，在美国金属粉型药芯焊丝因其构造同熔渣型药 芯焊丝相似，过去是归于 AWSA5.20 标准中的 T-1 型焊丝，但同时由 于金属粉型药芯焊丝在操作和使用性能上同实芯焊丝又有相似之处， 现在 AWS 将其化归为 A5.18-94 标准中的 E70C-3x 和 E70C-6xx 表示
2.1 Miller Pipepro 450 焊机，它是一种新型的焊接设备，较我们 常见的进口焊接设备如飞马特、林肯 DC400、SAE400 等有较大区别， 其主要特点表现在：
a 专为管道焊接而设计的新型焊接设备； b 先进的波形调整功能提供了新的可能性； c 改良了溶滴过渡方式； d 设备操作简单，参数设置精确； e 兼容了所有多功能焊机的特点; f 与我们常用的自保护药芯半自动焊接设备一样，由三部分组成， 包括主电源、焊丝送进装置和焊枪三部分组成。唯一不同在于焊丝送
210~225 23.8~23.9 1~n 盖 面 210~213 23.7~23.8
注:DC-表示焊丝接电源负极
85%Ar+15%CO2 20L/min
85%Ar+15%CO2 20L/min
85%Ar+15%CO2 20L/min
85%Ar+15%CO2 20L/min
焊缝金属综合力学性能见表 5；
刻槽锤断
试样宽 试样长
度
度
25
220
25
220
25
220
25
220
Q/SY XN 2010-2005
未熔合 未焊透 气孔
未见 未见 未见 未见
未见 未见 未见 未见
未见 未见 未见 未见
夹渣
未见 未见 未见 未见
结论
合格 合格 合格 合格
表面刻 槽深度 1.6mm 1.6mm 1.6mm 1.6mm
进装置设置了供气系统，实现了一台送丝机多种功能，且结构设置也
相当合理。
Ⅱ、焊接材料
2.1 金属粉型药芯焊丝 METALLOY71 该焊丝符合以下标准：
（E70C-6MH4）
AWSA5.18 ASMESFA5.18
2.1.2 化学成分见表一：
表一：E70C-6MH4 焊丝化学成分
C%
Mn%
Si%
0.05
300
实芯焊丝（半自动） 1.2
250
熔敷率 kg/hr 2.311 2.988 2.376
方向 下 下 下
速度 22 30 40
热输入 Kj/㎜ 1.36 0.71
c、焊缝表面渣的产生量少
焊缝表面渣的产生量不仅取决于药芯配方，而且同保护气体的成分
也有关系，当采用富氩混合气保护时，焊缝表面熔渣的产生量非常少，
TM71 Ф 1.2 ㎜ TM71 Ф 1.2 ㎜ TM71 Ф 1.2 ㎜ TM71 Ф 1.2 ㎜
185~198 IPM
352~371
380~390
360
干 伸 长 8~15
8~15
8~15
8~15
喷嘴 直径
电源种类 及极性
Miller 450
9
DC-
Miller 450
16
DC-
Miller 450
1.34
0.75
2.1.3 焊缝金属力学性能见表二
表二：
P% 0.009
抗拉强度
屈服强度
断面延伸率
81000psi
69000psi
27%
2.1.4 金属粉型药芯焊丝特点
S% 0.013
冲击韧性 46
金属粉型药芯焊丝它既有实芯焊丝的长处，又兼备高熔敷速度低
飞溅性等熔渣型药芯焊丝的优点，其最显著的优点在于：
抗拉 强度
检验标准
516 GB/T228-2002
511 GB/T228-2002 507 GB/T228-2002
530 GB/T228-2002
拉断位置及缺陷
距焊缝中心 26mm 距焊缝中心 21mm 距焊缝中心 21mm 距焊缝中心 19mm
试样编 号 4-1 4-2 4-3 4-4
试样厚 度 11.9 11.9 11.9 11.9
4.5 HOBART METALLOR71 (E70C-6MH4)金属粉型药芯焊丝焊接 技术
1
图6
4.5.1 E70C-6M H4 金属粉型药芯焊丝根焊技术
4.6 推荐的工艺参数见表 4
表 4：
层Baidu Nhomakorabea
道
电流
电压
保护气种类及流 量
焊材规 格牌号
送丝速度
1 145~175 15.1~15.9
热 焊 199~206 23.6~23.9 填