2024年4月23日发(作者：储高逸)
圜 幽Ｊ
天燃气高压管道焊接技术
常州工程职业技术学院机械系 （江苏２１３１６４） 史维琴
随着我国能源工业的发展和能源结构的调整，长输
管道成为远距离油气、燃气输送的主要方式，管道工程
建设也得到迅猛发展。管道焊接技术是施工中必须确保
的关键技术，不仅直接关系到工程的焊接质量、施工效
率和生产成本，而且对管线运行期间的安全可靠性和经
济效益都有着重要影响。
因此，开展管道工程的焊接技术研究，提高焊接技
术水平，是工程优质、高效施工的必然要求。目前，天
燃气管道采用的主要焊接方法有：焊条电弧向下立焊、
半自动自保护焊、ｓｒｒｒ技术Ｃ０：气体保护半自动向下立
焊技术和全自动气体保护向下立焊技术等。本文主要介
绍了焊条电弧向下立焊、半自动自保护焊的复合焊接工
艺，以及在管道材料为ＬＪ３６０、直径５０８ｍｍ、壁厚
１０．３ｍｍ的天燃气高压管道焊接中的应用。
一
、
焊接工艺
１．焊条电弧向下立焊
焊条电弧向下立焊是从管道顶部引弧，自上而下进
行管道全位置焊接的操作技术。在焊接过程中采用大电
流、多层和快速焊的操作方法来完成，适合于流水作
业。其特点如下：
（１）焊接速度快，生产效率高 因该种焊条铁液浓
度低，不淌渣，比由下向上施焊提高效率５０％。
（２）焊接质量好纤维素焊条焊接的焊缝根部成形
饱满，电弧吹力大，穿透均匀，焊道背面成形美观，抗
风能力强，适于野外作业。
（３）减少焊接材料的消耗与传统的由下向上焊接
方法相比，焊条消耗量减少２０％～３０％。
２．半自动自保护焊
半自动自保护焊药芯焊丝的焊接热是由药芯焊丝和
工件之间的电弧产生的，通过药粉燃烧和分解产生的气
体对电弧和焊接区进行保护，焊丝的药粉中含有稳弧
２００８年第２４期焊接与切割
ｗｗｗ．ｍａｃｈｌｎｉｓｔ．ｃｏｍ．ｃｎ
参磊 工热加工
剂。其特点如下：
（１）质量好半自动焊可降低焊缝中的氢含量。同
时，半自动焊热输入高，焊缝冷却速度慢，有助于氢的
溢出并减少和防止出现冷裂纹。
（２）效率高药芯焊丝把断续的焊接过程变为连续
的生产方式。半自动焊熔敷量大，比手工焊焊道少，熔
化速度比纤维素焊条向下立焊提高１５％～２０％。焊渣
薄，脱渣容易，减少了层问清渣时间。
（３）综合成本低半自动焊接设备具有通用性，可
用于半自动焊，也可用于手弧焊或其他焊接方法；药芯
焊丝有效利用率高，焊接坡口小，既节省填充金属使用
量，又提高了焊接速度，综合成本只有手弧焊的一半。
（４）全位置成形好、环境适应能力强、焊工易于掌
握此外，无需外加保护气体，而是通过自身的化学反
应达到脱氧、去氢和去氮的目的，提高了抗风效果，特
别适用于野外作业。
３．选择焊接设备
焊条电弧向下立焊焊接设备采用时代ｚｘ７—４００Ｂ直
流焊机，半自动自保护焊采用美国ＬＩＮｃ０ＬＮ公司的
ＤＣ—４ｏ０焊机。
４．焊接参数
焊接参数如下表所示。
焊接参数
道 焊接 焊条或 规格 焊接电 电弧电 焊接速度
层数
数 方向 焊丝牌号 ／ｍｍ 流／Ａ 压／Ｖ
根焊 １ 下向 Ｅ６Ｏｌ０ 击３．２ ８０～１Ｏ０ ２２～２６ ５ ７．５
热焊道 １ 下向 Ｅ７ｌ１１８一Ｋ６ 击２ ２２Ｏ～２４Ｏ ２２～２４ １７～２５
填充层 ２ 下向 Ｅ７１Ｔ８．Ｋ６ 击２ １８Ｏ～２ｌＯ ２Ｏ～２２ ｌ５～２５
盖面层 １ 下向 Ｅ７１ ｒ８．Ｋ６ ｌ６０～１８０ １９～２２ ｌ５～２５
５．焊前预热
预热的目的是通过减缓母材的应力状态和降低根焊
道的冷却速度来防止根部冷裂纹。管道焊接施工的预热
温度范围应考虑母材的强度、组织性能变化规律、管径
快，熔敷金属有良好的力学性能，并具有优良的抗气
孔和抗裂性能，是管线现场环缝全位置向下立焊接专
用焊条，采用直流反接。根焊时由两名焊工同时操
作，焊接顺序为１２—３—６点位置与１２—９—６点，如
图２所示。
和壁厚，以及焊接材料的氢含量等因素。对于厚壁钢管
的多层焊，还要考虑控制焊道层间温度来控制近缝区的
冷却速度。层问温度一般与预热温度相近。在避免近缝
根焊后在热态下（一般要求间隔＜５ｍｉｎ）立即
进行半自动自保护焊热焊道，热焊道不进行横向摆
区过热的前提下，较高的层间温度可防止多层焊时冷裂
纹的产生。
本次焊接采用的预热温度为１００～１５０℃，预热
完毕后清理干净立即施焊。预热后管口若污染，应清
除污染后重新预热。同时，保持层问焊接温度为１Ｏ０
～
１５０℃。
６．坡口制备与焊接
（１）坡口制备和焊前准备坡口制备是焊接前非常
关键的步骤，分为坡口角度、钝边和间隙三大要素，如
图ｌ所示。①组对前应将坡口及其内外侧表面≥２５ｍｍ
区域范围内的油、漆、垢、锈和毛刺等杂物用电动钢丝
刷清理干净，且不得有裂纹和夹层等缺陷，并呈现金属
光泽。②组对前要对坡口进行修磨，使坡口角度及钝边
等符合设计和焊接工艺要求。③焊接施工前应用砂轮机
将钢管两端１５ｍｍ内的螺旋焊缝磨成缓坡，以保证该处
焊道熔合良好。④管道组对装配尺寸要符合焊接工艺要
求
６ ±５。
图１管对接坡口
１．根焊２．热焊道３．填充层４．盖面层
（２）焊接根焊打底焊采用手工向下立焊法，填充
层和盖面层采用向下立焊自保护焊接法。管材的直径为
５０８ｍｍ，为了防止变形，我们采用两名焊工同时施焊的
操作方法。
根焊采用焊条电弧向下立焊，焊条为Ｅ６叭０高纤
维素钠型药皮向下立焊条。电弧吹力大，单面焊双面
成形，熔渣少，易清除，焊波成形美观，焊接速度
动，但要注意在焊接过程中焊丝干伸长不能太长。
中间层、盖面层焊接时焊丝应进行一定的横向摆
动。为了稳定熔化坡口的侧面边缘，摆动幅度不应
小于坡口宽度，同时应注意摆动频率。焊接的方向
见图２。
两 焊工
工
焊
Ｉ
１层 热焊道
图２根焊和热道焊焊接方向
二、向下立焊焊接缺陷及防止措施
１．气子Ｌ
气孑Ｌ在施工时主要表现为表面气孔、中间层的密集
性气孔和根部针形气孔。分析其产生的主要原因是：盖
面焊接时，熔池过热，可能吸附周边大量空气、焊工焊
接时摆动幅度太大，造成熔池保护不力、焊接角度不正
确，电弧拉得太长、坡口表面有污物、焊材受潮、焊接
环境不良以及根部间隙小，熔池中的气体无法逸出，容
易产生根部针形气孔。
所以其预防措施也是针对形成原因制定的，
在盖面焊时采用比中间层焊接略低的焊接电流，
采用短弧焊，焊接速度略快，防止表面气孔；减
缓运条速度，增加熔池中的气体逸出时间，特别
是在焊接时熔池不能超前；加强坡口表面的清
理，特别是管口表面的油污、漆；对所用焊材按
规定防潮存放，按要求进行烘干并随用随领，严
禁焊材长期暴露在外和长期不用；在风雨天气增
加对焊接环境的保护措施，减少气体侵入熔池的
机会。
参磊 工热加工 竖蕉 塑 兰
ｗｗｗ．ｍａｃｎ『门ｆｓｆ．ｃＤｍ．ｃｎ
堡箜丝塑幽
ｌ蚕 圜 ；鲢壁里Ｊ
２．夹渣
在施工时主要在腰部和底部断续地产生夹渣。主要
原因是：①层间渣清理不彻底，致使半自动填充快速热
焊时，未能使根部熔渣完全溢出，导致产生夹渣。②根
焊后清根方法不当，使根部焊道两侧沟槽过深，呈现
“ｗ”形，在半自动焊接时，流到深槽的熔渣来不及溢
出而形成夹渣。
在生产中为了预防夹渣的产生，为清理焊渣工序配
焊透的焊缝其力学性能大大降低，特别是根部未焊透的
应力集中容易引起裂纹。
改进起弧处的焊接工艺，两焊工一前一后起弧，后
起弧的在前起弧的熔池上引弧，保证熔池温度的同时，
一
前一后起弧降低了起弧处的厚度，避免其产生余高超
高的情况。在５点和７点位置要严格控制对口间隙，改
变原来的直拉式，采用适当的运条方式保证坡口两边的
熔合，减慢焊接速度。
专门的打磨人员，加大清渣力度，保证焊道的洁净，接
头点一定要磨平，清根时形成“ｕ”形槽，避免形成
“ｗ”形槽。要求根焊焊工适当的运条。
三、结语
目前，手工向下立焊打底、半自动向下立焊填充和
盖面焊工艺在燃气工程上已经得到了普遍应用，在使用
过程中我们总结出两大优势：
３．未焊透
未焊透主要出现在起弧点和５点、７点的仰焊位置。
形成未焊透的主要原因是刚起弧熔池的温度还没达到坡
（１）效率高，与原来采用普通低氢型焊条焊接相
比，可以节省工时１／３。
口熔合的温度，但是害怕顶部焊道太厚、焊缝余高超
高，就开始运条下拉焊接造成未焊透；在仰焊位置是因
为焊接电流太小，运条速度太快，焊条角度不当或电弧
（２）合格率高，在燃气工程的生产中大部分是野外
作业，采用不用气体保护的自保护药芯焊丝焊接，一次
合格率达到９６％。
聱
发生偏吹，坡口角度或对口间隙太小，焊件散热太快，
氧化物和熔渣等阻碍了金属充分的熔合造成未焊透。未
随着管道焊接工艺技术的不断提高和完善，一定会在
今后的工程中得到越来越多的应用。ＭＷ （２ｏ０８１０１０）
攘
（上接第３８页）
扰下对焊缝的检测结果，图６所示为对薄板对接焊缝的
检测结果。
趟 鬈
隙农乍 ‰ 鏊 霹ｌ ｌ…
上述的技术成果已经成功应用到自动化焊接机器
人（国家８６３项目，见图７）、窄问隙自动弧焊设备
（铁道部重大科研项目，见图８）和自动化焊接小车
图９ 自动化焊接小车 图１０水下焊接
（见图９），并正准备向水下焊接（国家８６３重点项
目，见图１０）、管道自动化焊接（见图ｌ１）、集中箱
；０ －－ － 。ｌｌ０
自动化焊接（见图１２）方面拓展应用。随着焊接自
动化的发展，基于视觉传感的焊缝跟踪技术的应用将
越来越广泛。
图ＩＩ管道自动化焊接 图ｌ２集中箱自动化焊接
ＭＷ （２ｏ０８１２０５）
翟■２００８年第２４期焊接与切割
ｗｗｗ．ｍａｃｈｉｎｉｓｔ．ｃｏｍ．ｃｎ
参磊 工热加工
2024年4月23日发(作者：储高逸)
圜 幽Ｊ
天燃气高压管道焊接技术
常州工程职业技术学院机械系 （江苏２１３１６４） 史维琴
随着我国能源工业的发展和能源结构的调整，长输
管道成为远距离油气、燃气输送的主要方式，管道工程
建设也得到迅猛发展。管道焊接技术是施工中必须确保
的关键技术，不仅直接关系到工程的焊接质量、施工效
率和生产成本，而且对管线运行期间的安全可靠性和经
济效益都有着重要影响。
因此，开展管道工程的焊接技术研究，提高焊接技
术水平，是工程优质、高效施工的必然要求。目前，天
燃气管道采用的主要焊接方法有：焊条电弧向下立焊、
半自动自保护焊、ｓｒｒｒ技术Ｃ０：气体保护半自动向下立
焊技术和全自动气体保护向下立焊技术等。本文主要介
绍了焊条电弧向下立焊、半自动自保护焊的复合焊接工
艺，以及在管道材料为ＬＪ３６０、直径５０８ｍｍ、壁厚
１０．３ｍｍ的天燃气高压管道焊接中的应用。
一
、
焊接工艺
１．焊条电弧向下立焊
焊条电弧向下立焊是从管道顶部引弧，自上而下进
行管道全位置焊接的操作技术。在焊接过程中采用大电
流、多层和快速焊的操作方法来完成，适合于流水作
业。其特点如下：
（１）焊接速度快，生产效率高 因该种焊条铁液浓
度低，不淌渣，比由下向上施焊提高效率５０％。
（２）焊接质量好纤维素焊条焊接的焊缝根部成形
饱满，电弧吹力大，穿透均匀，焊道背面成形美观，抗
风能力强，适于野外作业。
（３）减少焊接材料的消耗与传统的由下向上焊接
方法相比，焊条消耗量减少２０％～３０％。
２．半自动自保护焊
半自动自保护焊药芯焊丝的焊接热是由药芯焊丝和
工件之间的电弧产生的，通过药粉燃烧和分解产生的气
体对电弧和焊接区进行保护，焊丝的药粉中含有稳弧
２００８年第２４期焊接与切割
ｗｗｗ．ｍａｃｈｌｎｉｓｔ．ｃｏｍ．ｃｎ
参磊 工热加工
剂。其特点如下：
（１）质量好半自动焊可降低焊缝中的氢含量。同
时，半自动焊热输入高，焊缝冷却速度慢，有助于氢的
溢出并减少和防止出现冷裂纹。
（２）效率高药芯焊丝把断续的焊接过程变为连续
的生产方式。半自动焊熔敷量大，比手工焊焊道少，熔
化速度比纤维素焊条向下立焊提高１５％～２０％。焊渣
薄，脱渣容易，减少了层问清渣时间。
（３）综合成本低半自动焊接设备具有通用性，可
用于半自动焊，也可用于手弧焊或其他焊接方法；药芯
焊丝有效利用率高，焊接坡口小，既节省填充金属使用
量，又提高了焊接速度，综合成本只有手弧焊的一半。
（４）全位置成形好、环境适应能力强、焊工易于掌
握此外，无需外加保护气体，而是通过自身的化学反
应达到脱氧、去氢和去氮的目的，提高了抗风效果，特
别适用于野外作业。
３．选择焊接设备
焊条电弧向下立焊焊接设备采用时代ｚｘ７—４００Ｂ直
流焊机，半自动自保护焊采用美国ＬＩＮｃ０ＬＮ公司的
ＤＣ—４ｏ０焊机。
４．焊接参数
焊接参数如下表所示。
焊接参数
道 焊接 焊条或 规格 焊接电 电弧电 焊接速度
层数
数 方向 焊丝牌号 ／ｍｍ 流／Ａ 压／Ｖ
根焊 １ 下向 Ｅ６Ｏｌ０ 击３．２ ８０～１Ｏ０ ２２～２６ ５ ７．５
热焊道 １ 下向 Ｅ７ｌ１１８一Ｋ６ 击２ ２２Ｏ～２４Ｏ ２２～２４ １７～２５
填充层 ２ 下向 Ｅ７１Ｔ８．Ｋ６ 击２ １８Ｏ～２ｌＯ ２Ｏ～２２ ｌ５～２５
盖面层 １ 下向 Ｅ７１ ｒ８．Ｋ６ ｌ６０～１８０ １９～２２ ｌ５～２５
５．焊前预热
预热的目的是通过减缓母材的应力状态和降低根焊
道的冷却速度来防止根部冷裂纹。管道焊接施工的预热
温度范围应考虑母材的强度、组织性能变化规律、管径
快，熔敷金属有良好的力学性能，并具有优良的抗气
孔和抗裂性能，是管线现场环缝全位置向下立焊接专
用焊条，采用直流反接。根焊时由两名焊工同时操
作，焊接顺序为１２—３—６点位置与１２—９—６点，如
图２所示。
和壁厚，以及焊接材料的氢含量等因素。对于厚壁钢管
的多层焊，还要考虑控制焊道层间温度来控制近缝区的
冷却速度。层问温度一般与预热温度相近。在避免近缝
根焊后在热态下（一般要求间隔＜５ｍｉｎ）立即
进行半自动自保护焊热焊道，热焊道不进行横向摆
区过热的前提下，较高的层间温度可防止多层焊时冷裂
纹的产生。
本次焊接采用的预热温度为１００～１５０℃，预热
完毕后清理干净立即施焊。预热后管口若污染，应清
除污染后重新预热。同时，保持层问焊接温度为１Ｏ０
～
１５０℃。
６．坡口制备与焊接
（１）坡口制备和焊前准备坡口制备是焊接前非常
关键的步骤，分为坡口角度、钝边和间隙三大要素，如
图ｌ所示。①组对前应将坡口及其内外侧表面≥２５ｍｍ
区域范围内的油、漆、垢、锈和毛刺等杂物用电动钢丝
刷清理干净，且不得有裂纹和夹层等缺陷，并呈现金属
光泽。②组对前要对坡口进行修磨，使坡口角度及钝边
等符合设计和焊接工艺要求。③焊接施工前应用砂轮机
将钢管两端１５ｍｍ内的螺旋焊缝磨成缓坡，以保证该处
焊道熔合良好。④管道组对装配尺寸要符合焊接工艺要
求
６ ±５。
图１管对接坡口
１．根焊２．热焊道３．填充层４．盖面层
（２）焊接根焊打底焊采用手工向下立焊法，填充
层和盖面层采用向下立焊自保护焊接法。管材的直径为
５０８ｍｍ，为了防止变形，我们采用两名焊工同时施焊的
操作方法。
根焊采用焊条电弧向下立焊，焊条为Ｅ６叭０高纤
维素钠型药皮向下立焊条。电弧吹力大，单面焊双面
成形，熔渣少，易清除，焊波成形美观，焊接速度
动，但要注意在焊接过程中焊丝干伸长不能太长。
中间层、盖面层焊接时焊丝应进行一定的横向摆
动。为了稳定熔化坡口的侧面边缘，摆动幅度不应
小于坡口宽度，同时应注意摆动频率。焊接的方向
见图２。
两 焊工
工
焊
Ｉ
１层 热焊道
图２根焊和热道焊焊接方向
二、向下立焊焊接缺陷及防止措施
１．气子Ｌ
气孑Ｌ在施工时主要表现为表面气孔、中间层的密集
性气孔和根部针形气孔。分析其产生的主要原因是：盖
面焊接时，熔池过热，可能吸附周边大量空气、焊工焊
接时摆动幅度太大，造成熔池保护不力、焊接角度不正
确，电弧拉得太长、坡口表面有污物、焊材受潮、焊接
环境不良以及根部间隙小，熔池中的气体无法逸出，容
易产生根部针形气孔。
所以其预防措施也是针对形成原因制定的，
在盖面焊时采用比中间层焊接略低的焊接电流，
采用短弧焊，焊接速度略快，防止表面气孔；减
缓运条速度，增加熔池中的气体逸出时间，特别
是在焊接时熔池不能超前；加强坡口表面的清
理，特别是管口表面的油污、漆；对所用焊材按
规定防潮存放，按要求进行烘干并随用随领，严
禁焊材长期暴露在外和长期不用；在风雨天气增
加对焊接环境的保护措施，减少气体侵入熔池的
机会。
参磊 工热加工 竖蕉 塑 兰
ｗｗｗ．ｍａｃｎ『门ｆｓｆ．ｃＤｍ．ｃｎ
堡箜丝塑幽
ｌ蚕 圜 ；鲢壁里Ｊ
２．夹渣
在施工时主要在腰部和底部断续地产生夹渣。主要
原因是：①层间渣清理不彻底，致使半自动填充快速热
焊时，未能使根部熔渣完全溢出，导致产生夹渣。②根
焊后清根方法不当，使根部焊道两侧沟槽过深，呈现
“ｗ”形，在半自动焊接时，流到深槽的熔渣来不及溢
出而形成夹渣。
在生产中为了预防夹渣的产生，为清理焊渣工序配
焊透的焊缝其力学性能大大降低，特别是根部未焊透的
应力集中容易引起裂纹。
改进起弧处的焊接工艺，两焊工一前一后起弧，后
起弧的在前起弧的熔池上引弧，保证熔池温度的同时，
一
前一后起弧降低了起弧处的厚度，避免其产生余高超
高的情况。在５点和７点位置要严格控制对口间隙，改
变原来的直拉式，采用适当的运条方式保证坡口两边的
熔合，减慢焊接速度。
专门的打磨人员，加大清渣力度，保证焊道的洁净，接
头点一定要磨平，清根时形成“ｕ”形槽，避免形成
“ｗ”形槽。要求根焊焊工适当的运条。
三、结语
目前，手工向下立焊打底、半自动向下立焊填充和
盖面焊工艺在燃气工程上已经得到了普遍应用，在使用
过程中我们总结出两大优势：
３．未焊透
未焊透主要出现在起弧点和５点、７点的仰焊位置。
形成未焊透的主要原因是刚起弧熔池的温度还没达到坡
（１）效率高，与原来采用普通低氢型焊条焊接相
比，可以节省工时１／３。
口熔合的温度，但是害怕顶部焊道太厚、焊缝余高超
高，就开始运条下拉焊接造成未焊透；在仰焊位置是因
为焊接电流太小，运条速度太快，焊条角度不当或电弧
（２）合格率高，在燃气工程的生产中大部分是野外
作业，采用不用气体保护的自保护药芯焊丝焊接，一次
合格率达到９６％。
聱
发生偏吹，坡口角度或对口间隙太小，焊件散热太快，
氧化物和熔渣等阻碍了金属充分的熔合造成未焊透。未
随着管道焊接工艺技术的不断提高和完善，一定会在
今后的工程中得到越来越多的应用。ＭＷ （２ｏ０８１０１０）
攘
（上接第３８页）
扰下对焊缝的检测结果，图６所示为对薄板对接焊缝的
检测结果。
趟 鬈
隙农乍 ‰ 鏊 霹ｌ ｌ…
上述的技术成果已经成功应用到自动化焊接机器
人（国家８６３项目，见图７）、窄问隙自动弧焊设备
（铁道部重大科研项目，见图８）和自动化焊接小车
图９ 自动化焊接小车 图１０水下焊接
（见图９），并正准备向水下焊接（国家８６３重点项
目，见图１０）、管道自动化焊接（见图ｌ１）、集中箱
；０ －－ － 。ｌｌ０
自动化焊接（见图１２）方面拓展应用。随着焊接自
动化的发展，基于视觉传感的焊缝跟踪技术的应用将
越来越广泛。
图ＩＩ管道自动化焊接 图ｌ２集中箱自动化焊接
ＭＷ （２ｏ０８１２０５）
翟■２００８年第２４期焊接与切割
ｗｗｗ．ｍａｃｈｉｎｉｓｔ．ｃｏｍ．ｃｎ
参磊 工热加工