3.7　管料的焊条电弧焊操作

管件焊接按焊接时焊件的固定方式和焊件空间位置不同，可分为水平转动焊、垂直固定焊和水平固定焊等几种。

3.7.1　管料的水平转动焊

水平转动焊为管件焊接中较易掌握的一种。管件采用转动焊接，具有操作简便、易保证焊接质量、生产效率高等诸多优点，在管料焊接中使用广泛。

（1）管料转动焊的操作要点

管料转动焊的操作步骤与方法与板料焊条电弧焊平焊基本相同。具体操作时，应注意以下要点。

①对口及点焊　管道的焊接要求坡口端面的不平齐度小于0.5mm，焊口拼装错口不得大于1mm，对口处的弯曲度不得大于1/400。点焊时，对于管径小的（ф≤70mm），只需在管料对称的两侧进行点焊定位就可以了。管径大的可点焊三点或更多的焊点进行定位（图3-82）。点焊焊肉的尺寸应适宜，通常当管壁厚度小于等于5mm时，则点焊焊肉厚度可与管壁齐平；若管壁厚度大于5mm时，则点焊焊肉厚度约为5mm，点焊长度约为20～30mm。为便于接头熔透，点焊焊肉的两个端都必须修成缓坡形。

②根部的焊接　不带垫圈的管料转动焊，为了使根部容易熔透，运条范围选择在立焊部位，如图3-83所示。操作手法采用直线形或稍加摆动的小月牙形。如果对口间隙较大时，可采用灭弧方法焊接。

对于厚壁管，为防止因转动时震动而使焊口根部出现裂纹，并便于操作，在对口前应将管料放在平整的转动台或滚杠上。焊接时，最好每一焊段焊接两层后方可转动一次，同时点焊焊缝必须有足够的强度；靠近焊口的两个支点距离最好不大于管径的1.5～2倍，参见图3-84。

③多层焊的其他各层焊接方法　转动焊的多层焊接，运条范围是选择在平焊部位，如图3-85所示。

操作时，焊条应在垂直中心线两边15°～20°范围内运条，焊条与垂直中心线成30°角。采用月牙形手法，压住电弧做横向摆动，这样，可得到整齐美观的焊缝。或仍选用斜立焊部位进行焊接，这适用于现场无转动台的转动焊接法。

（2）操作方法

以下通过一规格为ф159mm×6mm，长度为250mm的大20钢热轧无缝钢管的焊接实例，简述管料水平转动焊的操作方法。

①焊前准备

a.焊机。交流或直流焊机。

b.焊条。E4303（J422）型，直径3.2mm，焊前焊条烘干100～150℃，1～2h。

c.焊件。20钢热轧无缝钢管，规格为ф159mm×6mm，长度为250mm，V形坡口，坡口面角度为30°，每组两段管件。

②装配及定位　使用正式焊接用焊条进行定位焊，三点定位，应保证两管件的同心度，如图3-86所示。

③打底焊　焊接电流为90～100A，采用灭弧焊法焊接，要求单面焊双面成形（具体参见“3.9.1单面焊双面成形焊接技术”），焊条角度如图3-87所示。起焊处为管件3点处，终焊点为12点处。待第一段焊缝焊完后，将管件转动90°，重新进行第二段焊缝的焊接，直至焊完一周焊缝。应该注意的是，管件焊接时，焊条角度在焊接过程中不断地进行改变为保证焊缝良好成形的关键。

将定位焊缝处作为始焊点（3点），在该点引弧，先用长弧加热，然后将焊条伸到坡口根部，压低电弧，作横向摆动，待坡口根部击穿形成第一个熔孔后立即灭弧，如此往复，直至焊至12点处。接头时先在收弧处前端15mm左右处引弧，然后将电弧移至接头处焊缝后侧10mm左右处用稍长的电弧进行横向摆动向前焊接，焊条到达接头焊缝前端坡口根部时将电弧压低击穿坡口根部。当焊接至环形焊缝最后接头处前端10mm左右时采用连弧焊接，待封闭接头完成后再继续向前焊接10mm左右再熄弧。

④盖面焊　焊接电流为90A，采用连弧焊锯齿形运条或月牙形运条，焊接顺序与打底焊时相同。

焊接过程中要注意电弧运至坡口两侧边缘时应稍作停顿，以保证焊缝与母材熔合良好，焊接时要注意熔渣情况，如果出现熔渣超前，应迅速调整焊条角度。

接头时应先在弧坑前端10～15mm处引弧，用长弧烘烤后再进行接头；封闭接头应使焊缝超过起头焊缝（重叠）10mm然后灭弧。

⑤清理及检测　将完成的焊件焊缝表面及飞溅清理干净，至露出金属光泽。检测焊缝正反面质量。焊缝表面不得有焊瘤、气孔、夹渣、咬边等缺陷。

（3）操作注意事项

①定位焊缝应保证焊透。

②焊接时焊钳的握法可以采用正握法，也可以采用反握法。

③打底焊时为保证接头质量，可用角向磨光机将收弧处打磨成斜坡状，然后进行接头。

④接头间隙较大时不宜放置金属填充物。接头间隙（根部间隙）是保证焊缝熔透的重要条件。但如果接缝间隙过大或坡口过宽，焊接时在间隙中塞入圆铁棒或钢块，必然产生未焊透或使焊脚过高，影响焊件强度。对根部间隙过大的焊缝，可采用三点焊接法，并应注意焊道顺序，如图3-88所示。

3.7.2　管料的垂直固定焊

垂直固定管料的对接焊简称为管料横焊。

（1）管料横焊的操作要点

管料横焊的操作步骤与方法与板料的对接横焊基本相同。具体操作时，应注意以下要点。

①对口要求及点焊　当对口两侧管径不等时（错口），可以将直径较小的管料置于下方，并且保证沿圆周方向的错口数值均等；绝对避免偏于一侧集中错口，因为当错口值很大时，将不可能熔透，在根部必然产生咬口缺陷，这种缺陷会由于应力集中而导致焊缝根部破裂（图3-89）。

错口大于2mm时则必须加工，使其内径相同，其加工坡度为1:5（图3-90）。

为了使焊口对正，管料端面应垂直于管料轴线。焊接之前，坡口及其两侧10mm范围内应清除锈污，直至显露金属光泽为止。

点焊及焊点的修理都与钢板横焊的点焊相似。当管径直径ф（ф≤70mm）较小时，只需在管料对称的两侧点焊两点就行。管料较大时，可点焊三点或更多的焊点。

②根部焊接　根部焊接同横焊基本操作法。

③多层焊接　多层焊接同横焊基本操作法。

④单人焊接大直径管道的方法　当焊接直径较大的管道时，如果沿着圆周连续运条，则变形量较大，必须应用“逆向分段跳焊法”来焊接，如图3-91所示。

多层焊时，每层焊道的接头应错开20～30mm。

（2）操作方法

以下通过一规格为ф159mm×6mm，长度为250mm的20钢热轧无缝钢管焊接实例，简述管料横焊的操作方法。

①焊件要求　20钢热轧无缝钢管，规格为ф159mm×6mm，长度为250mm，V形坡口，单个管件的坡口面角度为30°，每组两段管件。其中管料垂直固定，接口在水平面内。

②焊前准备　管料的横焊要领与板对接横焊基本相同，但由于管料有弧度，焊接电弧应沿大管料圆周均匀转动。

a.焊机。直流或交流焊机。

b.焊条。E4303（J422）型，直径为2.5mm及3.2mm，焊前焊条烘干100～150℃，1～2h。

c.焊件清理。焊前要求在管料焊接处除锈去污。

③焊接步骤

a.定位焊。按焊接要求先装配定位焊，装配尺寸参见表3-36。间隙小的一边正对焊工，一个定位焊缝在左侧。

b.焊道分布。根据零件结构，采用四层七道焊完成焊接，如图3-92所示。

c.焊接工艺参数。焊接工艺参数的确定参见表3-37。

d.打底焊。要求焊透并保证背面焊道成形美观，无缺陷。大管料打底层焊条角度如图3-93所示。

打底层在管料的上坡口上引燃电弧，然后向管料的下坡口移动，待坡口两侧熔合后，焊条向坡口里压，同时稍作停顿，这时可以看到管料坡口根部已被熔化并被击穿，形成熔孔。此时焊条上、下摆动，作锯齿形运条连续向右施焊。

打底层施焊时，为得到优质的焊缝和良好的背面焊缝成形，焊接电弧要控制短些，焊条摆动向前移动的间距不宜过大，焊至坡口两侧停留时，要注意在上坡口的停留时间比在下坡口停留的时间稍长。焊接电弧的1/3保持在熔池前，用来熔化和击穿坡口的根部，电弧的2/3覆盖在熔池上，并保持熔池的形状大小基本一致。

在焊接过程中，还要控制熔孔的大小，使上坡口面熔化掉约1～15mm，下坡口略小些。施焊时若发现下坡口出现较大的熔孔时，焊件焊缝背面易产生下坠或焊瘤。当焊条即将焊完，需要更换焊条收弧时，要将焊条向焊接的反方向拉回约10～15mm。使电弧拉长，直至熄灭。这样可以把收弧缩孔消除或带到焊道表面，以便在下一根焊条进行焊接时，将其熔化掉。

打底层焊缝的接头方法可采用热接和冷接法。

热接法要求换焊条的速度要快。在熔池尚未冷下来之前，呈红热状态时，立即在熔池后面约10mm处引燃电弧，焊条作上、下摆动向前施焊，焊至收弧的前沿时，将焊条向坡口根部压送，并稍作停顿。然后将焊条渐渐抬起至正常焊接的位置，并向前施焊。采用冷接法，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。

焊件的打底层即将焊完，需要进行接头封闭时，应事先将始焊处的焊缝端部打磨成缓坡形，然后再施焊，焊至缓坡处前端，焊条向坡口里压，并稍作停顿，然后继续向前焊过缓坡约10mm，待填满弧坑后，即可熄弧。

e.填充焊。填充焊应保证坡口两侧熔合好，焊道表面平整。

填充层施焊前，将前一层的熔渣及飞溅清理干净，并将打底层焊缝接头处打磨平整，再进行填充层焊接。填充层为上、下两道焊缝进行焊接，焊时由下至上施焊。焊条与工件的角度如图3-94所示。

下道填充层焊接时，应注意观察下坡口及封底层焊缝与管料的下坡口之间夹角处的熔化情况，焊上一道焊缝时，要注意封底层焊缝与管料上坡口之间夹角处的熔化情况。同时上道焊缝应覆盖住下道焊缝的1/3～1/2，避免填充层焊缝出现凹槽或凸起。填充层焊完后，下坡口应留出约2mm，上坡口应留出约0.5mm，坡口两侧的边缘棱边不要破坏，为盖面层施焊打好基础。

f.盖面焊。盖面层分三道由下至上焊接，施焊时焊条与试件的角度如图3-95所示。

（3）操作注意事项

①焊接时如前道焊缝有接头超高现象，可用錾子或锉刀进行修平。

②打底焊时接头尽量采用热接法。

③填充焊焊缝的表面高度应基本上与焊管表面高度取平或稍低于试件表面。

④焊缝不应出现未焊透、未熔合、焊瘤、咬边、夹渣等焊接缺陷。焊缝尺寸应符合表3-38所示的要求。

3.7.3　管料的水平固定焊

管料的水平固定焊又称为管料的全位置焊，属管料焊接中较难掌握的焊接位置。

（1）管料水平固定焊的特点及措施

管料的水平固定焊具有以下特点。

①施焊过程中，焊条位置变化很大，操作比较困难。

②熔化铁水在仰焊位置有向下（向焊道外）坠落的趋势，而在立焊及过渡到平焊位置时，则有向管料内部滴落倾向，因而有透度不均匀及外观不整齐的现象。

③仰缝施焊时，为了使铁水能熔化到坡口中去，并与基本金属很好地熔合在一起，主要依赖于电弧的吹力。若电弧吹力不够，则熔滴输送到熔池的力量因而减弱。所以，只有增大电流强度才能使电弧吹力增加，但电流过大，熔池面积增加，铁水容易下坠。由于熔件温度随着焊接过程的进行而递升，所以为了防止铁水下坠，必须使用合适的电流。

④焊接根部时，仰焊及平焊部位比较难于操作，通常仰焊部位背面出现焊不透或容易产生凹陷，表面因铁水下坠出现焊瘤、咬口、夹渣等缺陷。平焊部位容易产生焊不透以及因铁水下坠而形成的焊瘤。

⑤自立焊部位至平焊部位这一段焊缝，往往由于操作不当等原因，常产生气孔、裂纹等缺陷。

根据上述特点，因此在操作时，应针对性的采取以下措施。

①对口要求及点焊：组对时，管料轴线必须对正，以免形成弯折的接头；同时考虑到焊缝冷却时会引起对口间隙的收缩，所以对较大直径的管料，有必要于焊接前使平焊部位的对口间隙大于仰焊部位。

点焊基本上与转动焊相同。

②根部施焊：在施工现场，常见的为不带垫圈的V形坡口对接焊，其焊接方法基本上与钢板的焊接方法相似。

焊法有两种，第一种是分两半焊接，此法应用广泛，第二种是顺着管料圆周焊接。

③其他各层的焊接：其他各层也多分两半进行仰焊→立焊→平焊的施焊方法，操作要领基本上与相应位置的钢板焊接法相似。

（2）操作方法

以下通过一规格为ф159mm×6mm、长度为250mm的20钢热轧无缝钢管焊接实例，简述管料水平固定焊的操作方法。

①焊件要求　20钢热轧无缝钢管，规格为ф159mm×6mm，长度为250mm，V形坡口，单个管件坡口面角度为30°，每组两段管件。其中管料水平固定，接口在垂直面内。

②焊前准备

a.焊机。直流或交流焊机。

b.焊条。E4303（J422）型，直径为2.5mm及3.2mm，焊前焊条烘干100～150℃，1～2h。

c.焊件清理。焊前要求在管料焊接处除锈去污。

③焊接步骤

a.定位焊。按焊接要求先装配定位焊，装配尺寸参见表3-39。其中0点处位于最上方。

b.焊道分布。根据零件结构，采用四层四道焊完成焊接。

c.焊接工艺参数。焊接工艺参数参见表3-40。

d.打底焊。要求全部焊透，背面焊缝成形好。打底层焊缝的焊接，沿垂直中心线将管件分为两半周，称前半周和后半周，各分别进行：仰焊→立焊→平焊焊接。在焊接前半周焊缝时，在仰焊位置的起焊点和平焊位置的终焊点都必须超过试件的半周（超越中心线约5～10mm），如图3-96所示，焊条角度如图3-97所示。

前半周从仰焊位置开始，在7点处引燃电弧后将焊条送到坡口根部的一侧预施焊并形成局部焊缝，然后将焊条向另一侧坡口进行搭焊，待连上后将焊条向上顶送，当坡口根部边缘熔化形成熔孔后，压低电弧作锯齿形向上连续施焊。横向摆动到坡口两侧时稍作停顿，以保证焊缝与母材根部熔合良好。

焊接仰焊位置时，易产生内凹、未焊透和夹渣等缺陷。因此焊接时焊条应向上顶送深些，尽量压低电弧，弧柱透过内壁约1/2，熔化坡口根部边缘两侧形成熔孔。焊条横向摆动幅度较小，向上运条速度要均匀，不宜过大，并且要随时调整焊条角度，以防止熔池金属下坠而造成焊缝背面产生内凹和正面焊缝出现焊瘤。

焊接立焊位置时，焊条向试件坡口内的给送应比仰焊浅些。电弧弧柱透过内壁约1/3，熔化坡口根部边缘两侧，横向摆动的幅度比仰焊可稍大些。平焊位置焊条向试件坡口内的给送应比立焊再浅些，弧柱透过内壁约1/4，熔化坡口根部边缘的两侧，以防止背面焊缝过高和产生焊瘤、气孔等缺陷。

更换焊条进行焊缝中间接头时，采用热接法或冷接法均可。

热接法更换焊条时要迅速，在熔池尚没有完全冷却，呈红热状态时，在熔孔前方10mm处引弧施焊，引燃电弧后，退至原弧坑处焊条稍作横向摆动待填满弧坑焊至熔孔时，将焊条向试件坡口内压，并稍作停顿，当听到击穿声形成新熔孔时，焊条再进行横向摆动向上正常施焊。采用冷接法，在接头施焊前，先将收弧处打磨成缓坡，然后按热接法的引弧位置、操作方法进行施焊。

后半周焊缝下接头仰焊位置的施焊：在后半周焊缝施焊前，先将前半周焊缝起焊处易产生的气孔、未焊透等缺陷清除掉，然后打磨成缓坡。施焊时在前半周焊缝前约10mm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时，即可正常运条向前施焊。其他位置焊法均同前半周。

焊缝上接头水平位置的施焊。在后半周焊缝施焊前，应将前半周焊缝在水平位置的收弧处打磨成缓坡形，当后半周焊缝与前半周焊缝接头封闭时，要将电弧稍向坡口内压送，并稍作停顿，待根部熔透超过前半周焊缝约10mm，填满弧坑后再熄弧。

在整周焊缝焊接过程中，经过正式定位焊缝时，只要将电弧稍向坡口内压送，以较快的速度通过定位焊缝，过渡到前方坡口处进行施焊即可。

e.填充焊。填充焊要求坡口两侧熔合好，填充焊道表面平整。填充层施焊前应将打底层的熔渣、飞溅清理干净，并将焊缝接头处的焊瘤等打磨平整。施焊时的焊条角度与打底层相同，采用锯齿形运条方法，焊条摆动的幅度较打底层宽，电弧要控制短些，两侧稍作停顿稳弧，但焊接时应注意不能损坏坡口边缘的棱边。

仰焊位置运条速度中间要稍快，形成中间较薄的凹形焊缝，如图3-97（a）所示。立焊位置运条采用上凸的月牙形摆动，防止焊缝下坠。平焊仍改用锯齿形运条，使填充焊道表面平整或稍凸起，如图3-97（b）所示。

填充层焊完后的焊道，应比坡口边缘稍低1～1.5mm，保持坡口边缘的原始状态，以便在盖面层施焊时能看清坡口边缘，以保证盖面层的焊缝齐、直。

填充层焊缝中间接头，更换焊条要迅速，在弧坑上方约10mm处引弧，然后把焊条拉至弧坑处，按弧坑的形状将它填满，然后正常焊接。进行中间焊缝接头时，切不可直接在焊缝接头处直接引弧施焊，这样易使焊条端部的裸露焊心在引弧时，因无药皮的保护而产生的密集气孔留在焊缝中，而影响焊缝的质量。

f.盖面焊。盖面焊要求保证焊缝尺寸，外形美观、熔合好、无缺陷。盖面层施焊前应将填充层的熔渣和飞溅清除干净。清除后施焊时的焊条角度与运条方法均同填充焊，但焊条水平横向摆动的幅度应比填充焊更宽，当摆至坡口两侧时，电弧应进一步缩短，并要稍作停顿以避免咬边。从一侧摆至另一侧时应稍快一些，以防止熔池金属下坠而产生焊瘤。

处理好盖面层焊缝中间接头是焊好盖面层焊缝的重要一环。当接头位置偏下时，接头处过高；偏上时，则造成焊缝脱节。焊缝接头方法如填充层。

（3）操作注意事项

①根据个人习惯，焊钳采用正握和反握均可。

②无论哪种焊，盖面平焊（封头焊）收尾时，要和另一头至少重叠10～15mm，运条采用连灭弧结合，最后以灭弧焊并逐步降低频率和焊接时间，有耐心地焊出一个漂亮的铆钉形接头。封头焊的焊条角度有两种：细管角度可不变，粗管变成与原来相反的方向（图3-98）。

③焊缝连接处不应出现接头下陷、过高和脱节缺陷。由于结构的原因和焊条长度的限制，出现了焊缝的连接问题。焊缝连接不当会产生接头过高、下陷、脱节和宽窄不一等缺陷。因此焊缝连接一定要清除焊渣，并根据焊缝连接的具体情况采取相应措施（图3-99）。