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焊条电弧焊常见焊接缺陷及防止措施
（1）焊缝尺寸不符合要求
①形状　焊缝表面高低不平、焊缝波纹粗劣、纵向宽度不均匀、余高过高或过低、角焊缝单边以及焊脚尺寸不符合要求等。如图2-27所示。
图2-27 焊缝表面尺寸不符合要求

②危害　造成焊缝成形不美观，影响焊缝与母材金属的结合强度，易产生应力集中，降低接头承载能力等。
图2-28 焊接裂纹
③产生原因　焊件坡口角度不对、装配间隙不均匀、焊接参数选择不合适或运条手法不正确等。
④防止措施　选择适当的坡口角度和间隙，提高装配质量，正确选择焊接工艺参数和提高焊工的操作技术水平等。
（2）裂纹
焊接中的裂纹有很多类型，产生裂纹的原因也很多，关于裂纹的理论知识在以后的章节有介绍，这里不再多讲。常见裂纹形状见图2-28所示。
（3）咬边
图2-29 咬边

①形状　沿着焊趾的母材部位上被电弧熔化而形成成的凹陷或沟槽称为口角边。其形状如图2-29所示。
②危害　降低接头强度及承载能力，易产生应力集中，形成裂纹等。
③产生原因 焊接工艺参数选择不当，焊接电流过大，电弧过长，焊条角度不正确以及运条不适当等。
图2-30　未焊透

④防止措施　选择正确焊接电流和焊接速度，电弧不能拉得太长，掌握正确的运条方法和运条角度等。
（4）未焊透
①形状　焊接时，接头根部未完全熔合的现象称为未焊透。如图2-30所示。
②危害　易造成应力集中，产生裂纹，影响接头的强度及疲劳强度等。
③产生原因　坡口角度过小，间隙过小或钝边过大；焊接速度过快；焊接电流太小；电弧电压偏低；焊接时有磁偏吹现象；清根不彻底；焊条可达性不好等。
④防止措施　正确选择焊接参数、坡口尺寸，保证必须的装配间隙，认真操作，仔细清理层间或母材边缘的氧化物和熔渣等。
（5）未熔合
①形状　熔焊时，焊缝与母材之间或焊缝与焊缝之间，未能完全熔合的部分称为未熔合。主要产生在焊缝侧面及焊层间。如图2-31所示。
图2-31　未熔合

②危害　易产生应力集中，影响接头连续性，降低接头强度等。
③产生原因　层间及坡口清理不干净，焊接线能量太低，电弧指向偏斜等。
④防止措施　加强层间及坡口清理，正确选用焊接线能量，正确操作。
图2-32 烧穿

（6）烧穿
①形状　焊接过程中，熔化金属从坡口背面流出，形成穿孔的缺陷称为烧穿。如图2-32所示。
②危害　减少焊缝有效截面积，降低接头承载能力等。
③产生原因　焊接电流过大，焊接顺序不合理，焊接速度太慢，根部间隙太大，钝边太小等。
④防止措施 选择合适的焊接电流和焊接速度，缩小根部间隙，提高操作技能。
图2-33 焊瘤

（7）焊瘤
①形状　焊接过程中熔化的金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤，称为焊瘤，也称满溢。如图2-33所示。
②危害　影响焊缝美观，浪费材料，焊缝截面突变，易形成尖角，产生应力集中等。
③产生原因　焊件根部间隙过大，焊接电流太大，操作不正确或运条不当等。
④防止措施　提高操作技能，选择合适的焊接电流，提高装配质量等。
图2-34 弧坑

（8）弧坑
①形状　焊缝收尾处产生的下陷部分称为弧坑。如图2-34所示。
②危害　削弱焊缝强度，易产生弧坑裂纹等。
③产生原因　熄弧时间过短，收尾方法不当，未能填满弧坑。
④防止措施　选择正确焊接参数及合适的熄弧时间，掌握正确的收尾方法等。
①形状　在焊接过程中，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴，称为气孔。如图2-35所示。
②危害　减小焊缝截面积，降低接头致密性，减小接头承载能力和疲劳强度等。
③产生原因　焊件清理不干净，焊条受潮，电弧磁偏吹和焊接参数不合理等。
图2-36 夹渣

④防止措施　仔细清理焊缝两侧各10mm处的铁锈等污物，严格烘干焊条，选择合理的焊接工艺参数等。
（10）夹渣
①形状　焊后残留在焊缝中的熔渣称为夹渣。如图2-36所示。
②危害　减少焊缝截面积，降低接头强度、冲击韧性等。
③产生原因　焊接电流过小，焊接速度过快，坡口设计不当，焊道熔敷顺序不当等。
④防止措施　正确选择焊接参数，坡口角度不能太小，认真做好多层焊时的层间清理工作等。
（11）塌陷
①形状　熔化的金属从焊缝背面漏出，使焊缝正面下凹、背面凸起的现象称为塌陷。如图2-37所示。
图2-37 塌陷

②危害　减少接头承载面积，降低接头强度，影响焊缝美观等。
③产生原因　焊接电流过大，焊接速度过小，装配间隙过大等。
④防止措施　选择适当的焊接电流和焊接速度，控制焊件的装配间隙等。
（12）凹坑
图2-38 凹坑

①形状　在焊缝表面或焊缝背面形成的低于母材表面的局部低洼部分称为凹坑。如图2-38所示。
②危害　减少焊缝工作截面积，降低接头承载能力等。
③产生原因　电弧拉得过长，焊条倾角不当和装配间隙太大等。
④防止措施　选择合适的装配间隙，提高操作水平等

摘要：介绍了下向焊工艺技术特点及其在天津市外环线北半环城市管网工程中的应用，着重介绍了施工程序及操作工艺，并结合焊缝检测结果，对该工程中的常见焊接缺陷进行了分析。

    序言
     随着城市建设的迅猛发展，天然气凭借高效、清洁、污染小的优点，为蓝天工程的实施创造了条件。近年来，天津市城市改燃项目的实施力度在不断加大，原有的管线已不能满足现有的需要。2003年，天津市燃气集团通过铺设外环线高压管线，与原有南半环管线形成环状管网，解决了供气需求紧张的问题，也为周边沿线企业的发展注入了动力。
    1. 技术应用
    目前，在城市燃气管网施工中，因为管道设计压力小（通常≤0.4MPa）、管径也不大（通常≤DN300），管线强度级别相对较低（通常选用钢管材质为Q235B），所以采用普通上向焊技术施工即可满足要求。而天津市外环线北半环工程全长40多公里，设计压力2.5MPa，采用L360双面螺旋埋弧焊管，钢管规格为φ711×9.5，三层PE防腐，这些都为下向焊的采用提供了条件；其次，下向焊技术在进行有上述特点的工程施工中，采用的焊缝间隙小，故填充金属少，焊接速度快，使得与传统上向焊工艺相比，显得高效、节能；另外，选用的纤维素焊条，焊条电弧吹力大、抗外界干扰能力强；连续焊接，焊接接头少，焊缝成型美观；采用的多层多道焊操作工艺，使得焊缝的内在质量好，无损检测合格率高；此外，该方法操作技能单一、易于学习与掌握，也便于流水作业施工。
    但在该工程施工过程中，与长输管线的野外施工不同，受到诸多外界因素限制。城市地网中，河流、公路、和频繁的地下障碍，都为施工带来很大难度。在管道铺设过程中，既有穿越工程，又有过河道明开工程，还有沉管工程等；此外，因为外环线两侧均为树木，导致作业空间小，这些无疑都增加了施工的难度。针对上述出现的问题，为保证工程质量，施焊时，根据外部环境有的管段采用分段施工，分段下管，也有的管段采用沟下组焊，围绕焊接质量从各角度加以控制。
    该工程中，选用的焊材为奥地利伯乐公司生产的FOXCEL E6010（AWS）焊条打底，国产E7010（AWS ）焊条填充、罩面；焊接设备选用美国米勒公司的XMT304焊机和国产ZX7-400B逆变焊机。
    正式施工前，按SY4052—2002《石油天然气金属管道焊接工艺评定》标准进行了焊接工艺评定，检验的项目有：外观检查、刻槽锤断试验、X射线探伤检验和力学性能试验。力学性能试验项目包括拉伸试验、弯曲试验。并在工艺评定后，制订了相关的焊接工艺规程。由监理人员对上岗焊工进行了资格审查及现场考试，这些为工程的开工提供了前提条件。
    为保证工程质量，在正式施工时，还应对现场加强控制，具体施工控制工作如下：
    1.1 焊前准备：
    钢管的组对及定位焊是保证焊接质量和焊缝背面成型良好的基础，依据《天津市外环线北半环高压天然气管道工程线路施工技术要求》规定，管材单边坡口角度为28°-32°，钝边厚度1.0-1.5mm，对口间隙1.2-2.0mm，最大错边量不大于管外径的3‰，且≤2mm。要求管道端面切口平整，不得有裂纹，且切口面与管轴线垂直，不垂直的偏差不得大于1.5mm；焊前分别用角磨机、电动钢丝刷将坡口两侧表面各50mm的油污、浮锈、水分、泥沙、气割后的熔渣、氧化皮等杂物以及坡口内侧机加工毛刺等清除干净，使坡口及两侧各大于10mm范围的内外表面露出金属光泽。
    采用E6010（AWS）、E7010（AWS）纤维素焊条打底时，在包装、保管良好的情况下，可不用烘干即可施焊，否则，应进行70℃~80℃烘干，保温0.5~1h，焊条重复烘干次数不多于两次。
    定位焊缝因作为正式焊缝的一部分，通常要求焊缝长度≤20mm，为利于接头，其两侧打磨成缓坡状。
    1.2 焊接工艺参数的选择：
    采用纤维素焊条下向焊，可分为：根焊、热焊、填充焊和罩面焊，每层焊缝均由两名焊工对称施焊，其焊接工艺参数（Welding Parameters）如表1：

表1 焊接工艺参数

    1.3 下向焊操作方法：
    1.3.1 根焊：
    根焊是整个管接头焊接质量的关键。操作时，要求焊工必须正确掌握运条角度和运条方法，并保持均匀的运条速度。施焊时，一名焊工先从管接头的12点往前10mm处引弧，采用短弧焊作直线运条，也可有较小摆动，但动作要小，速度要快，要求均匀平稳，做到“听、看、送”的统一，即既要“听”到电弧击穿钢管的“扑扑”声，又要“看”到熔孔的大小，观察判断出熔池的温度，还要准确地将铁水“送”至坡口根部。熄弧时，应在熔池下方做一个熔孔，应比正常焊接时的熔孔大些，然后还要迅速用角磨机将收弧处打磨成15~20mm的缓坡，以利于再次引弧。要求在根焊时，在根焊焊接超过50%后，撤掉外对口器，但对口支座或吊架应至少在根焊完成后撤离。
 1.3.2 热焊：
    热焊与根焊时间间隔应小于5min，目的是使焊缝保持较高温度，以提高焊缝力学性能，防止裂纹产生。

热焊的速度要快，运条角度也不可过大，以避免根部焊缝烧穿。
    1.3.3 填充焊：
      第三、四遍焊接为填充焊，具体工作中，可根据填充高度的不同，适当加大焊接电流，稍做横向或反月牙摆动。同热焊一样，焊前须用角磨机对上一层焊缝进行打磨，避免因清渣不干净造成夹渣等缺陷。另外，合理掌握焊条角度、控制相应弧长也是防止缺陷产生的主要前提。
    1.3.4 盖面焊：
      盖面焊前的清渣及打磨处理应有利于盖面层的焊接，通过焊条的适当摆动，可将坡口两侧覆盖，克服坡口未填满及咬边等缺陷，通常覆盖宽度按相关规范及工艺执。两名焊工收弧时应相互配合，一人须焊过6点位置5~10mm后熄弧。
      在上述各层焊缝施焊中，应注意焊接接头不能重叠，应彼此错开20~30mm，用角磨机对各层焊缝进行清理，清理的结果应能有利于下道焊缝施焊的焊接质量。
    1.4 焊接环境：
    因该工程施工跨度较大，焊接环境也随季节的不同变化较大，所以，要求在雨、雪天气；风速超过8m/s或出现扬沙天气；相对湿度超过90%；环境温度低于-5℃时，采取有效措施后方可施焊。
    1.5 焊缝检测：
    1.5.1焊缝表面质量要求：
      施焊后的焊缝，按《管道下向焊焊接工艺规程》（SY/T4071-93）规定，应清除熔渣、飞溅物等杂物，焊缝表面不得有裂纹、未熔合、气孔和夹渣等缺陷；咬边深度≤0.5mm，在任何长300mm 焊缝中两侧咬边累计长度≤50mm；焊缝余高0.5~2.0mm，个别部位（管底部处于时钟5~7时位置）不超过3mm，且长度不超过50mm；焊缝宽度比坡口每侧增宽0.5~2.0mm为宜。
    1.5.2无损检验：
      依据SY4065-93《石油天然气钢质管道对接焊缝超声波探伤质量分级》和SY4056-93《石油天然气钢质管道对接焊缝射线照相及质量分级》对焊缝进行100%超声波探伤和100%射线探伤，Ⅱ级为合格。
    1.6 缺陷分析与控制：
    本工程中，对DN700钢管共检测焊口3801道，以焊口计算，一次焊缝合格率在93%以上，与历年的检测工程相比，焊接质量明显提高。在该工程中，存在的缺陷种类主要有：未焊透、未熔合、内凹、夹渣、气孔、裂纹等缺陷，其焊接缺陷位置分布(Distribution of Weld Defects)相片如表2：
表2 焊接缺陷位置分布

      从上述表格中不难看出，在立焊与仰焊位置，裂纹、内凹的出现几率较多，尤其裂纹更集中地出现在仰焊位置，这与起初定位焊后过早撤除外对口器关系密切；而内凹则是因为根焊时，电弧吹力不够，另外铁水受重力作用而导致，这与焊工的技能水平有一定关系；多数的未焊透和未熔合与钢管组对时的错边、焊接时工艺参数的波动、操作者的水平、运条方法的选用、工作时急于求成等因素有一定关联；气孔和夹渣除去与环境、选用规范、母材和焊材的预处理有关外，焊缝的冷却速度对该缺陷的影响更大些。
      在城市燃气地下管网施工中，地下环境复杂，势必造成固定口较多、管件较多。为避免产生较大的应力集中，选择从管道中间向两侧施焊，或先安装闸后，再从闸开始向两侧施工，尽量保持钢管的一侧为自由端；同时，通过观察地理状况，对钢管的坡度、是否能弹性敷设做到心中有数；进行管沟下组焊时，通过加大沟槽宽度，使焊工能在相对舒服的条件下施焊；另外，在钢管的选配上、操作工艺的控制上、对不利环境条件的控制措施上，均加强管理；对有连续出现缺陷和典型缺陷的状况，及时分析原因与纠正，从各方位加强焊接质量的管理工作。
    在具体的工程施工中，由于参建人员较多，作业面较大，上岗焊工多，还从保证工程质量出发，在施工条件允许的前提下，尽量采用流水施工作业，对根焊、热焊、填充焊、盖面焊均由专门人员施工，实践证明，该部分焊缝合格率较其他部分合格率高，这也为以后的施工积累了经验。
    2. 后记
    下向焊技术在我市燃气管网施工中的应用为该技术的普及迈出了坚实的一步。实践证明，该方法不仅能有效提高工程进度，工程质量也能得到有效保证，且该方法易于掌握，可在条件许可情况下，在城市管网建设中推广使用。