第9章 气体保护焊接工艺
气体保护焊接工艺是长输管道工程主要的焊接方法之一，在长输管道工程环焊缝的焊接中所占的比例将不断增加。长输管道工程所采用的气体保护焊工艺包括钨极氩弧焊、熔化极实心焊丝气体保护焊、熔化极药芯焊丝气体保护焊等方法。
9.1 钨极氩弧焊焊接工艺
9.1.1 钨极氩弧焊原理
用钨作为电极，用氩气作为保护气体的气体保护电弧焊，称为钨极氩弧焊。
9.1.2 钨极氩弧焊的特点
钨极氩弧焊的特点如下。
①良好的保护效果。
②电弧稳定。
③易于控制焊缝成形。
④几乎可焊接所有的金属材料和各种焊接接头。
⑤抗风能力差，野外作业时必须采取防风措施。
⑥焊接成本高。
⑦焊接效率低。
9.1.3 钨极氩弧焊在长输管道工程中的应用
钨极氩弧焊主要应用于长输管道下列工程的焊接。
①场站工程小径管的焊接。
②场站工程中、大径管根焊道的焊接。
③对要求洁净度高的线路工程的焊接。
9.1.4 电源种类及极性
（1）直流正接 直流正接即钨极接弧焊电源的负极，焊件接弧焊电源的正极。焊接时电子向焊件高速冲击，钨极的发热量小，不易过热，因而可以采用较大的焊接电流。由于焊件的发热量大，因而熔深大，焊缝宽度较窄，生产率高。同时由于钨极为负极，热电子发射能力强，电弧稳定而集中，因此大多数的金属焊接都采用直流正接，常用于不锈钢、耐热钢、钛及钛合金、铜及铜合金等金属的焊接。
（2）直流反接 直流反接即钨极接正极，焊件接负极。焊接时由于钨极受电子高速冲击，钨极温度高，钨极损耗快，寿命短，所以很少采用。但是它具有一种去除熔池表面氧化膜的作用，通常称为“阴极破碎”现象。当焊接铝、镁及其合金时，熔池表面会生成一层致密难熔氧化膜，如不及时消除，焊接时会形成未熔合，并使焊缝表面形成皱皮或内部产生气孔、夹渣。当采用直流反接时，被电离的正离子会高速冲击作为负极的熔池，击碎熔池表面的氧化膜，因而能够得到表面光亮美观、无氧化膜、成形良好的焊缝。
（3）交流电源 交流钨极氩弧焊时，当焊件处于负半周时，同样会产生“阴极破碎”现象，适用于焊接厚度较大的铝及铝合金、镁及镁合金等易氧化金属，并且此时的钨极损耗要比直流反接小得多，所以一般选择交流钨极氩弧焊来焊接铝、镁及其合金等易氧化金属。
9.1.5 焊前清理
为了确保钨极氩弧焊的质量，对材料表面清理有很高的要求。在焊接前应严格清除填充焊丝及焊件坡口和坡口两侧表面至少20mm范围内的油污、水分、灰尘、氧化膜等。否则在焊接过程中将影响电弧的稳定性，产生气孔和未熔合等缺陷。常用的清理方法如下。
①去除油污、灰尘。可以用有机溶剂擦洗，常用的有机溶剂有汽油、丙酮、三氯乙烯、四氯化碳等。
②机械清理氧化膜。此方法只适用于焊件。通常是用不锈钢丝或铜丝轮刷，将坡口及其两侧的氧化膜清除。
③化学清除氧化膜。依靠化学反应的方法去除焊丝或焊件表面的氧化膜，清洗溶液因材料而异。如铝及其合金常用质量分数为10％～15％的NaOH溶液或体积分数为30％的HNO3溶液进行化学处理，再用清水冲洗后吹干。
9.1.6 钨极的直径和形状
钨极的直径和形状对钨极氩弧焊过程的稳定性和焊缝成形影响很大。
（1）钨极直径的选择 钨极直径可根据焊件厚度、焊接电流大小和电源极性进行选择。当焊接电流超过允许值时，钨极就会强烈地发热并使其熔化和挥发，引起电弧不稳定和焊缝产生夹钨等缺陷。
（2）钨极形状的影响 钨极端头的形状选择应根据焊件熔透程度和焊缝成形的要求来决定。一般在焊接薄板和焊接电流较小时可用小直径的钨极并将其末端磨成尖锥角，这样电弧容易引燃和稳定。但在焊接电流较大时仍用尖锥角会因电流密度太大而使末端过热、熔化烧损，电弧斑点也会扩展到钨极末端的锥面上，使弧柱明显地扩散飘荡不稳定而影响焊缝成形。因此在大电流焊接时要求钨极末端磨成钝锥角或带有平顶的锥形，这样可以使电弧斑点稳定，弧柱扩散减小，对焊件的加热集中，焊缝成形良好，如图2-9-1所示。
图2-9-1 钨极末端的形状
末端呈尖锥形在相同的焊接电流下尖锥角的变化将影响焊缝的熔宽和熔深，θ角小将引起弧柱扩散，导致焊缝熔深变小而熔宽增加。随着θ角的增大，弧柱的扩散减小，导致熔深增大而熔宽减小，而且焊接电流越大上述变化越明显。
当采用交流电源时，因钨极受热较快，其端部在焊接过程中会变成球状，因此就可以采用这种球状钨极。球状钨极使用时不必先磨好，只要将折断的钨极稍加修磨后装入焊枪进行焊接，焊接时被电弧烧成球状即可。
9.1.7 氩气保护效果
钨极氩弧焊时氩气连续地由喷嘴中流出，将周围的空气排开，将电弧和焊接区域保护起来。由于氩气保护层是柔性的，极易受外界因素干扰，其保护效果常受下列因素影响。
（1）氩气纯度 氩气的纯度对焊接质量影响很大，不纯的氩气易使焊缝氧化、氮化，使焊缝变脆变硬，破坏其气密性。不同的母材材质对氩气的纯度有不同的要求，化学性质活泼的金属和合金对氩气的纯度要求较高。
（2）氩气流量 当喷嘴直径一定，氩气流量增加时，氩气保护层抵抗流动空气影响的能力也增加。若氩气流量过大，不仅浪费氩气，而且使保护层产生紊流，反会使空气卷入，降低保护效果。另外当氩气的流量过大时，带走电弧区的热量也多，不利于电弧稳定燃烧，所以氩气流量要选择适当。
（3）喷嘴直径 喷嘴直径与氩气流量同时增加，则扩大保护区，保护效果更好，但喷嘴直径过大时不仅增加氩气的消耗，而且对有些位置，可能因喷嘴过大而不易焊接或影响焊工视线，因此常用的喷嘴直径取8～20mm为宜。
（4）焊接速度 氩气保护层是柔性的，当遇到侧向空气吹动或焊接速度过快，则氩气气流会弯曲，使保护效果减弱。另外由于焊接速度太快，会使正在凝固和冷却的焊缝金属和母材金属被氧化。因此用钨极氩弧焊焊接时应注意气流的干扰以及合适的焊接速度。
（5）喷嘴至焊件的距离 喷嘴与焊件越远，则空气越容易沿焊件的表面侵入熔池，保护气层也会受到流动空气的影响而发生摆动，使气体的保护效果降低。喷嘴与焊件的距离越近，保护效果越好，但是太近将影响焊工的视线，因此通常喷嘴至焊件的距离取5～15mm。
（6）焊接接头形式 不同的接头形式会使气体产生不同的保护效果，焊接对接接头和T形接头时，由于氩气被挡住并反射回来，所以保护效果较好；焊接搭接接头和角接接头时，空气容易侵入电弧区，保护效果差，可在焊接区域设置临时挡板，以改进保护条件。
对于一些重要的焊件，由于要求较高，在焊接时为更有效地保护焊接接头，通常对焊件的背面也进行氩气保护。
综上所述，钨极氩弧焊应根据母材材质及结构等情况，合理选择焊接参数。
9.1.8 钨极氩弧焊操作技术
9.1.8.1 基本操作技术
（1）焊丝、焊枪与焊件之间的角度 用钨极氩弧焊焊接时，焊枪、焊丝与焊件之间必须保持正确的相对位置，这由焊件形状等情况来决定。平焊位置钨极氩弧焊焊枪、焊丝与焊件的角度如图2-9-2所示。
图2-9-2 平焊位置钨极氩弧焊焊枪、焊丝与焊件的角度
焊枪与焊件的夹角过小，会降低氩气的保护效果；夹角过大，操作及填加焊丝比较困难。钨极氩弧焊焊接环焊缝时焊枪、焊丝与焊件的角度如图2-9-3所示，角焊缝时的角度如图2-9-4所示。
图2-9-3 钨极氩弧焊焊接环焊缝时焊枪、焊丝与焊件的角度
图2-9-4 钨极氩弧焊焊接角焊缝时焊枪、焊丝与焊件的角度
（2）引弧 钨极氩弧焊的引弧方法有接触短路引弧、高频高压引弧和高压脉冲引弧三种，现在的钨极氩弧焊设备大部分采用高频引弧。
接触短路法是采用钨极末端与焊件表面近似垂直（70°～85°）接触后，立即提起引弧。这种方法在短路时会产生较大的短路电流，从而使钨极端头容易烧损、形状变坏，在焊接过程中使电弧分散，甚至飘移，影响焊接过程的稳定，甚至引起夹钨。
高频高压引弧和高压脉冲引弧是在焊接设备中装有高频或高压脉冲装置，引弧后高频或高压脉冲自动切断。这种方法操作简单，并且能保证钨极末端的几何形状，容易保证焊接质量。
（3）熄弧 熄弧技术的好坏将直接影响焊缝质量和成形的美观，熄弧时如操作不当，会产生弧坑，从而造成裂纹、烧穿、气孔等缺陷。操作时可采用如下方法熄弧：
①调节好焊机上的衰减电流值，在熄弧时松开焊枪上的开关，使焊接电流衰减，逐步加快焊接速度和填丝速度然后熄弧。
②减小焊枪与焊件的夹角，拉长电弧使电弧热量主要集中在焊丝上，加快焊接速度并加大填丝量，弧坑填满后熄弧。
③环形焊缝熄弧时，先稍拉长电弧，待重叠焊接20～30mm，不加或加少量的焊丝，然后熄弧。
（4）焊枪的运行形式 钨极氩弧焊的焊枪一般只做直线移动，同时焊枪移动速度不能太快，否则影响氩气的保护效果。
①直线移动。直线移动有三种方式：直线匀速移动、直线断续移动和直线往复移动。
a.直线匀速移动是指焊枪沿焊缝做直线、平稳和匀速移动，适合不锈钢、耐热钢等薄板的焊接，其特点是焊接过程稳定，保护效果好。这样可以保证焊接质量的稳定。
b.直线断续移动是指焊枪在焊接过程中需停留一定的时间，以保证焊透，即沿焊缝做直线移动过程是一个断续的前进过程。其主要应用于中厚板的焊接。
c.直线往复移动是指焊枪沿焊缝做往复直线移动，其特点是控制热量和焊缝成形良好，这样可以防止烧穿。主要用于焊接铝及其合金的薄板。
②横向摆动。它是为满足焊缝的特殊要求和不同的接头形式而采取的小幅摆动，常用的有三种形式：圆弧之字形摆动、圆弧之字形侧移摆动和r形摆动。
③焊枪的摆动。又称摇把，在焊接中，根据坡口角度选择合适的喷嘴，钨极伸出3～4mm，将焊枪放到坡口上，喷嘴不离开坡口左右均匀摆动，此操作方法适用于大管径根焊道的焊接。
（5）焊丝送丝方法 填充焊丝的加入对焊缝质量的影响很大。若送丝过快，焊缝易堆高，氧化膜难以排除；若送丝过慢，焊缝易出现咬边或下凹。所以送丝动作要熟练。常用的送丝方法有两种方法：指续法和手动法。
（6）焊丝送丝的要点
①熔透。根焊时，必须等坡口两侧熔化后才填丝，以免造成熔合不良；当焊到打磨处接头时，应稍作停留，加少量焊丝使接头处内外平整；在打磨处起弧时，待出现熔孔时再加入焊丝，保证接头处熔透。
②角度。填丝时，焊丝与试件角度应保证15°～20°，从熔池前送进，随后撤出，反复此动作，送丝时一定要准、稳、轻。
③速度。填丝要均匀，快慢适当。过快，焊缝熔敷金属加厚；过慢，易产生咬边和下凹；焊丝端部始终处于氩气的保护区内。
④摆动。根部间隙大于焊丝直径时，焊丝应随电弧同步做横向摆动，送丝速度和焊接速度相适应。
⑤打磨。焊接过程中，如钨极和焊丝相碰、钨极和试件相碰，都会发生瞬间短路，产生飞溅烟雾，这样就造成焊缝污染和夹钨。这时，应立即停止焊接，用砂轮机或锉刀去掉污染处，直至露出金属光泽。钨极也应重新进行打磨。
⑥氧化。焊接过程中，在退焊丝时，焊丝端部始终要在氩气的保护区中，如出来就会氧化，在下次送入进入熔池时，会造成氧化物夹渣或产生气孔。
（7）左焊法和右焊法 钨极氩弧焊根据焊枪的移动方向及送丝位置分为左焊法和右焊法。
①左焊法。焊接过程中焊接热源（焊枪）从接头右端向左端移动，并指向待焊部分的操作法称为左焊法。左焊法焊丝位于电弧前面。该方法便于观察熔池。焊丝常以点移法和点滴法加入，焊缝成形好，容易掌握，因此应用比较普遍。
②右焊法。在焊接过程中焊接热源（焊枪）从接头左端向右端移动，并指向已焊部分的操作法称为右焊法。右焊法焊丝位于电弧后面，操作时不易观察熔池，较难控制熔池的温度，但熔深比左焊法深，焊缝较宽，适用于厚板焊接，但比较难掌握。
9.1.8.2 各种位置焊接的特点
（1）平焊 平焊时要求运弧和焊丝送进配合协调、动作均匀，适合各种厚度和材料的焊接，根据焊件的厚度不同开相应的坡口，焊枪可做圆弧“之”字形运动或直线运动。当焊接不等厚的焊件时，电弧稍偏向厚板一边，焊枪可做直线或“r”形运动。如根部间隙较大时，可减少焊枪与焊件之间的夹角，加快焊接速度和送丝速度。
（2）立焊 立焊时为了防止熔池金属和熔滴向下淌，应控制熔池的温度，选用较小焊接电流和较细的填充焊丝，电弧不宜拉得太长，焊枪下倾角度不能太小，否则会引起各种焊接缺陷。
（3）横焊 横焊比较容易掌握，但必须注意在操作时，掌握好焊枪的水平角度和焊丝送进的角度。
（4）仰焊 仰焊难度较大，为了避免熔池金属和熔滴在重力作用下产生下淌或产生内凹，在操作时焊接电流要小，焊接速度要快，坡口和根部间隙要适当小些。
9.1.8.3 V形坡口平焊位置单面焊双面成形
（1）焊前准备
①试件：125mm×300mm钢板，2块，厚度为6mm，材料为Q235-A。
②设备：NBA4-300型焊机一台，水冷式焊枪。
③焊接材料：填充焊丝ER50-4（TIG-J50），直径为2.0mm；电极为铈钨极，直径为2.5mm。
④辅助工具：角向磨光机、錾子、钢丝刷和焊缝量尺。
（2）装配
①按图2-9-5所示加工试件坡口，清除焊丝和试件坡口表面及其正背两侧20mm范围内的油、水、锈等污物，试件坡口表面及其正背两侧20mm范围还需打磨至露出金属光泽。
图2-9-5 V形坡口对接试件示意图
②根部间隙为1.2～2.0mm，反变形角度为3°，对接边缘偏差小于等于0.6mm。按表2-9-1中根焊道的焊接参数在试件背面两端进行定位焊接，定位焊缝长度为10～15mm。
（3）焊接参数（见表2-9-1）
表2-9-1 薄板V形坡口水平位置钨极氩弧焊焊接参数
（4）焊接操作
①将装配好的试件让其间隙大的一端处于左侧，按表2-9-1中根焊的焊接参数调节好设备，在试件的右端开始引弧。引弧用较长的电弧（弧长为4～7mm），使坡口处预热4～5s，当定位焊缝左端形成熔池，并出现熔孔后开始送丝。焊丝、焊枪与焊件的角度如图2-9-6所示。
图2-9-6 钨极氩弧焊时焊枪、焊丝与焊件的夹角示意图
1—喷嘴；2—钨极；3—熔池；4—焊丝；5—焊件
②焊接根焊道时，采用较小的焊枪倾角和较小的焊接电流，而焊接速度和送丝速度较快，以免使焊缝下凹和烧穿，焊丝送入要均匀，焊枪移动要平稳，速度要一致，焊接时要密切注意焊接熔池的变化，随时调节有关参数，保证背面焊缝良好成形。当熔池增大、焊缝变宽并出现下凹时，说明熔池温度过高，应减小焊枪与焊件夹角，加快焊接速度；当熔池减小时说明熔池温度较低，应增加焊枪与焊件的倾角，减慢焊接速度。
③当更换焊丝时，松开焊枪上的按钮开关，停止送丝，借助焊机的焊接电流衰减熄弧，但焊枪仍需对准熔池进行保护，待其冷却后才能移开焊枪。然后检查接头处弧坑质量，若有缺陷时，应将缺陷磨掉，并使其前端成斜面，然后在弧坑右侧15～20mm处引弧，并慢慢向左移动，待弧坑处开始熔化并形成熔池和熔孔后，开始送进焊丝进行正常焊接。
④当焊至试件左端时，应减小焊枪与焊件夹角，使热量集中在焊丝上，加大焊丝熔化量，以填满弧坑，松开焊枪按钮，借助焊机的焊接电流衰减熄弧。
⑤按表2-9-1中填充层的焊接参数，调节好设备进行填充层的焊接，其操作与根焊道相同。焊接时焊枪可做圆弧“之”字形横向摆动，并在坡口两侧稍停留。在试件右端开始焊接，注意熔池两侧熔合情况，保证焊道表面平整并且稍下凹。焊接中，平焊段和仰焊段填充时，焊接时停留时间不能过长，时间长的话，温度升高，也会造成平焊段超高、仰焊段内凹现象，所以，在填充时一定控制要好焊接电流和焊接速度。填充层的焊道焊完后应比焊件表面低1.0～1.5mm，以免坡口边缘熔化，导致盖面层产生咬边或焊偏现象。焊完后需清理干净焊道表面。
⑥按表2-9-1盖面层的焊接参数调节好设备，在试件右端开始焊接，操作与填充层相同。焊枪摆动幅度应超过坡口边缘1.0～1.5mm，要尽可能保持焊接速度均匀，熄弧时需填满弧坑。
（5）焊后清理及检验 焊接结束后，关闭设备，用钢丝刷清理焊缝表面；目测或用放大镜观察焊缝表面是否有气孔、裂纹、咬边等缺陷；用焊缝量尺测量焊缝外观成形尺寸。
上述工作完成后进行无损检测和力学性能检验。
9.1.8.4 插入式管板垂直固定俯位焊
（1）焊前准备
①试件：ф51mm×5mm管子1根，长度100mm，材料为20钢；100mm×100mm钢板1块，厚度为12mm，材料为Q235-A，在板上加工一个ф52mm孔。
②设备：NSA4-300型焊机1台；水冷式焊枪。
③焊材：填充焊丝为ER50-4（TIG-J50），直径为2.0mm；电极为铈钨极，直径为2.5mm。
④辅助工具：角向磨光机、錾子、钢丝刷和焊缝量尺。
（2）装配
①清除管子待焊端40mm处和板件孔壁及其周围20mm范围内的油、污、水、锈等，并打磨直至露出金属光泽。
②按图2-9-7所示进行装配，并定位焊1处，定位焊长度为10～15mm，焊接参数见表2-9-2，要求焊透并且不能有各种缺陷。
图2-9-7 插入式管板钨极氩弧焊垂直俯位焊的试件
表2-9-2 插入式管板垂直俯位钨极氩弧焊的焊接参数
（3）焊接参数（见表2-9-2）
（4）焊接操作
①按表2-9-2调节好设备，在定位焊缝相对应的位置引弧，焊枪稍做摆动，待焊脚的根部两侧均匀熔化并形成熔池后，开始送进焊丝。采用单道左焊法，即从右向左沿管子外圆焊接。焊枪角度如图2-9-8所示。
图2-9-8 管板垂直俯位钨极氩弧焊的焊枪角度示意图
②在焊接过程中，电弧以焊脚根部为中心线做横向运动，幅度要适当，当管子和孔板熔化的宽度基本相同时，焊脚才能对称。为防止咬边，电弧应稍偏离管壁，并从熔池上方填加焊丝，使电弧热量偏向孔板。
③当更换焊丝时，松开焊枪上的按钮开关，停止送丝，借助焊机的焊接电流衰减熄弧，但焊枪仍须对准熔池进行保护，待其冷却后才能移开焊枪。检查接头处弧坑质量，若有缺陷时，则须将缺陷磨掉，并使其前端成斜面，然后在弧坑右侧15～20mm处引弧，并将电弧迅速左移到收弧处，先不加填充焊丝，待焊处开始熔化并形成熔池后，开始送进焊丝进行正常焊接。
④待一圈焊缝快结束时，停止送丝，待原来的焊缝金属熔化与熔池连成一体后再加焊丝，填满熔池后松开焊枪上的按钮，利用焊机的焊接电流衰减熄弧。
（5）焊后清理及检验
焊接结束后，先用钢丝刷清理焊缝表面；然后目测或用放大镜观察焊缝表面，不能有裂纹、气孔、咬边等缺陷；用焊缝量尺测量焊缝的焊脚尺寸；然后进行无损检测和解剖试件做宏观金相检验。
9.1.8.5 骑座式管板垂直固定俯位焊
（1）焊前准备
①试件：管试件规格：ф60mm×3.5mm×125mm；板试件规格：150mm×150mm×12mm；材质为12Cr1MoV。
②设备：NSA4-300型焊机1台；水冷式焊枪。
③焊材：填充焊丝为H08CrMoVA，直径为2.5mm；电极为铈钨极，直径为2.5mm。
④辅助工具：角向磨光机、錾子、钢丝刷和焊缝量尺。
（2）装配
①清除管子待焊端40mm处和板件孔壁及其周围20mm范围内的油、污、水、锈等，并打磨直至露出金属光泽。
②按图2-9-9所示进行装配，并定位焊1处，定位焊长度为10～15mm，焊接参数见表2-9-3，要求焊透并且不能有各种缺陷。
图2-9-9 骑座式管板钨极氩弧焊垂直俯位焊试件组对尺寸
表2-9-3 骑座式管板钨极氩弧焊垂直俯位焊接的焊接参数
（3）焊接参数（见表2-9-3）
（4）焊接操作
①根焊
a.骑座式管板试件垂直固定俯位焊时，采用外填丝左焊法。
b.将已装配和定位焊接好的试件置于垂直俯位的位置，如图2-9-10所示。其焊道分布如图2-9-11所示。调整钨极伸出喷嘴的长度，首先在试件的起焊处坡口根部引弧。在上坡口内起弧后，电弧将钝边熔化，这时焊丝熔化形成熔滴后要轻轻地将焊丝推一下，将液态金属带到管座上的坡口根部形成熔池。然后从第二滴液态金属开始，电弧从上坡口钝边把液态金属带到管座上稍作停留。依此循环。
图2-9-10 待焊试件位置示意图
图2-9-11 焊道分布
1～3—焊道
c.当焊至定位焊缝时，应少加焊丝或不填丝，它是根焊道的组成部分。具体操作要点是：焊前用锉刀或角向砂轮将定位焊缝两端打磨成斜坡状，当焊至定位焊缝打磨过的弧坑处要填加焊丝并提高焊枪高度，拉长电弧，加快焊速，使钨极垂直于焊件，对定位焊缝处进行加热，重叠处少加或不加焊丝，焊缝的宽窄高低应一致，保证此处的焊道接头熔合良好。
d.在根焊的过程中要注意观察熔池状况和熔孔大小，当焊枪均匀移动通过时，必须将交界处充分熔合。熔孔应深入母材0.5mm左右，熔池液态金属应清晰明亮。为了保证根部熔透，应压低电弧操作。根焊道的厚度不小于2mm。
e.焊完根焊后，需清理焊趾处的氧化物，然后进行盖面层的焊接。
②填充焊
a.根焊以后，盖面之前的焊道都称为填充焊道。
b.填充焊道的操作难度相对较小，主要是控制与根焊道及两侧坡口熔合良好。
③盖面焊
a.盖面层采用一层两道焊，焊接时，焊接方向仍自右向左进行施焊；焊丝、焊枪与试件的夹角与根焊道相同。
b.第一道焊缝应保证焊脚尺寸5～6mm。最后一道焊缝焊脚尺寸应在5～6mm的范围内，并注意管的焊趾处咬边深度不大于0.5mm。
c.盖面焊接时焊道接头应错开，焊接电流与根焊道相同，焊接速度要适当加快，送丝的频率也要加快，但要适当地减少送丝量，其余均与根焊道相同。
d.焊缝表面应呈凹形圆滑过渡。
9.1.8.6 小直径管水平固定单面焊双面成形
（1）焊前准备
①试件：ф42mm×5mm管子2根，长度100mm，材料为1Cr18Ni9Ti。
②设备：NSA4-300型焊机1台；水冷式焊枪。
③焊材：填充焊丝为H0Cr19Ni9，直径为2.5mm；电极为铈钨极，直径为2.5mm。
④辅助工具：角向磨光机、錾锉刀、金刚砂纸、钢丝刷、焊缝量尺和通球。
（2）装配
①按图2-9-12加工试件坡口，清除管子坡口及其端部内外表面20mm范围内的油、污、水、锈等，并打磨直至露出金属光泽。用丙酮清洗焊件和焊丝表面。
图2-9-12 管子水平固定钨极氩弧焊单面焊双面成形试件示意图
②按图2-9-12所示，根部间隙为2.0mm，对接边缘误差不超过0.5mm。按表2-9-4的根焊道焊接参数进行定位焊接1点，焊缝长度为10～15mm，定位焊应保证焊透并无各种缺陷，并将定位焊缝两端磨成斜坡。
（3）焊接参数（见表2-9-4）
表2-9-4 小直径管水平固定钨极氩弧焊的焊接参数
（4）焊接操作
①根焊
a.奥氏体不锈钢小径管水平固定对接焊采用内充氩两层两道焊法，如图2-9-13所示，焊接时将管子固定在水平位置，定位焊1处，位于时钟12点位置，该处根部间隙为2.5mm，间隙较小的一端置于6点位置，根部间隙为2mm左右，管子最下端离地面的距离为800～850mm，以适合操作。焊接分为左、右两个半周进行，焊接方向由下而上施焊，从仰焊位置起焊，在平焊位置收弧。首先焊接右半周。
图2-9-13 试件焊接位置示意图
焊接根焊道要控制钨极、喷嘴与焊缝的位置，即钨极应垂直于管子的轴线，喷嘴至两管的距离要相等，如图2-9-14所示。
图2-9-14 根焊时焊枪角度和焊丝相对位置
引弧点在仰焊部位过6点钟约5mm位置处，起焊时，在钨极端部逐渐接近母材至距离约2mm时，按下焊枪上的电源开关，利用高频高压装置引燃电弧。引燃电弧后，控制弧长为2～3mm，焊枪暂留在引弧处不动，待坡口根部两侧加热2～3s，使坡口两侧熔化，并获得一定大小的明亮、清晰的熔池后，才可往熔池填送焊丝，进行正常焊接。
焊接时，用左手送进焊丝，焊丝与通过熔池的切线成15°送入熔池前方，焊丝沿坡口的上方送到熔池后，要轻轻地将焊丝向熔池里推一下，并向管内摆动，使熔化金属送至坡口根部，以便得到能熔透坡口正反面的焊缝，从而提高焊缝背面高度，避免凹坑和未焊透。
当焊至平焊12点定位焊缝斜坡处时，应减少填充金属量，使焊缝与接头圆滑过渡，焊至定位焊缝，不填焊丝，自熔摆动通过，焊至定位焊缝另一斜坡处时也应减少填充金属量使焊缝扁平，以便后半圈接头平缓。
右半圈通过12点位置焊至11点位置处收弧。收弧时，应连续送进2～3滴填充金属，以免出现缩孔，并且将焊丝抽离电弧区，但不要脱离保护区。之后切断控制开关，这时焊接电流逐渐衰减，熔池也相应减小，电弧熄灭并延时切断氩气之后，焊枪才能移开。然后用角向砂轮将收弧处的焊缝金属磨掉一些并呈斜坡状，以消除仍然可能存在的缩孔。
焊接过程中，采用较小的热输入，快速小摆动，严格控制层温不要过高，焊后焊缝表面呈银白色。
b.水平固定小管子焊完右半周一侧后，转到管子的另一侧位置，焊接左半周。引弧点应在时钟5点位置处，以保证焊缝重叠。焊接方式同右半圈，按顺时针方向通过11点焊至12点位置处收弧，焊接结束时，应与右半圈焊缝重叠4～5mm。根焊道的熔敷厚度约为2.5mm。
②填充焊
a.填充焊道的操作难度相对较小，主要是控制与根焊道及两侧坡口熔合良好。
b.最后一层填充焊道要至距坡口上边缘约1mm，以利于盖面焊道的焊接。
③盖面焊
a.焊枪摆动到两侧棱边处稍停顿，将填充焊丝和棱边熔化，控制每侧增宽0.5～1.5mm。
b.焊接过程中，焊枪横向摆动幅度较大，焊接速度稍快，需保证熔池两侧与管子棱边熔合好。焊道接头要采取正确的方法，其他操作要求与根焊相同。
9.2 CO2气体保护焊焊接工艺
9.2.1 CO2气体保护焊原理
用CO2作为保护气体的气体保护电弧焊，称为CO2气体保护焊。
9.2.2 CO2气体保护焊的特点
CO2气体保护焊的特点如下。
①生产效率高。
②对油锈不敏感。
③焊接变形小。
④抗风能力差。
⑤焊缝金属的力学性能较氩弧焊差。
⑥不能焊接化学性质活泼的金属材料。
9.2.3 CO2气体保护焊在长输管道工程中的应用
CO2气体保护焊在长输管道工程中应用的范围还比较小，主要应用如下。
①中等强度及以下钢管的焊接。
②管道全位置自动焊，热焊焊道的焊接。
9.2.4 CO2气体保护焊焊接工艺
9.2.4.1 坡口形式
CO2气体保护焊可以焊接的接头形式与空间位置与焊条电弧焊相同，是十分灵活的。但由于CO2气体保护焊使用的电流密度大，因此在焊接坡口的角度较小、钝边较大的情况下也能焊透；又由于焊枪喷嘴直径较焊条直径粗得多，因此焊厚板采用的U形坡口的圆弧半径较大，才能保证根部焊透。
9.2.4.2 焊接工艺参数的选择
合理选择焊接工艺参数，因焊接工艺参数是保证质量、提高效率的重要条件。CO2气体保护焊的工艺参数主要包括：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、干伸长度、气体流量、电源极性、焊枪倾角、喷嘴高度等。下面分别讨论每个参数对焊缝成形的影响及选择原则。
（1）焊丝直径 焊丝直径愈粗，允许使用的焊接电流愈大。通常根据工件的厚薄、施焊位置及效率等要求来选择。焊接薄板或中厚板的立、横、仰焊缝时，多采用直径1.6mm以下的焊丝。
焊丝直径对熔深具有一定的影响，电流相同时，熔深将随着焊丝直径的减小而增加。
同时，焊丝直径对焊丝的熔化速度也有明显的影响。当电流相同时焊丝越细则熔敷速度越高。目前，国内普遍采用的焊丝直径是0.8mm、1.0mm、1.2mm和1.6mm几种。直径3～4.5mm的粗丝近来也有些企业开始使用。
（2）焊接电流 焊接电流是重要工艺参数之一，应根据工件厚度、材质、焊丝直径、施焊位置及要求的熔滴过渡形式来选择焊接电流的大小。
每种直径的焊丝都有一个合适的电流范围，只有在这个范围内焊接过程才能稳定进行。通常直径0.8～1.6mm的焊丝，短路过渡的焊接电流在40～230A范围。细颗粒过渡的焊接电流在250～500A范围内。
焊接电流过大时，容易引起烧穿、焊漏和产生裂纹等缺陷，且工件的变形大，焊接过程中飞溅很大；而焊接电流过小时，容易产生未焊透、未熔合和夹渣等缺陷以及焊缝成形不良。通常在保证焊透、成形良好的条件下，尽可能采用大电流，以提高生产效率。
（3）电弧电压 电弧电压是重要的工艺参数之一。送丝速度不变时，调节电源外特性，此时焊接电流几乎不变，弧长将发生变化，电弧电压也会变化。
电弧电压对焊缝成形的影响如图2-9-15所示。
图2-9-15 电弧电压对焊缝成形的影响
为保证焊缝成形良好，电弧电压必须与焊接电流配合适当。通常焊接电流小时，电弧电压较低；焊接电流大时，电弧电压较高。在焊接根焊缝或空间位置焊缝时，常采用短路过渡方式，在立焊和仰焊时，电弧电压应略低于平焊位置，以保证短路过渡过程稳定。
短路过渡时，熔滴在短路状态一滴一滴地过渡，熔池较黏，短路频率为5～100Hz。随着焊接电流的增大，电弧电压也增大。电弧电压过高或过低对焊缝成形、飞溅、气孔及电弧的稳定性都有不利的影响。
（4）焊接速度 焊接速度是重要工艺参数之一。焊接时电弧将熔化金属吹开，在电弧下形成一个凹坑，随后将熔化的焊丝金属填充进去，如果焊接速度太快，这个凹坑不能完全被填满，将产生咬边或下陷等缺陷；相反，若焊接速度过慢时，熔敷金属堆积在电弧下方，使熔深减小，将产生焊道不匀、未熔合、未焊透等缺陷。
在焊丝直径、焊接电流、电弧电压不变的条件下，焊接速度增加时，熔宽与熔深都减小。
如果焊接速度过高，除产生咬边、未熔合等缺陷外，由于保护效果变坏，还可能会出现气孔；若焊接速度过低，除降低生产率外，焊接变形将增大。一般半自动焊时，焊接速度在5～60m/h范围内。
（5）干伸长度（焊丝伸出长度） 干伸长度是指从导电嘴端部伸出部分焊丝的长度，保持焊丝伸出长度不变是保证焊接过程稳定的基本条件之一。这是因为CO2气体保护焊采用的电流密度较高，伸出长度越大，焊丝的预热作用越强，反之亦然。
预热作用的强弱还将影响焊接工艺参数和焊接质量。
当送丝速度不变时，若焊丝伸出长度增加，因预热作用强，焊丝熔化快，电弧电压高，使焊接电流减小，熔滴与熔池温度降低，将造成热量不足，容易引起未焊透、未熔合等缺陷。相反，若焊丝伸出长度减小，将使熔滴与熔池温度提高，在全位置焊时可能会引起熔池铁水流失。
预热作用的大小还与焊丝的电阻率、焊接电流和焊丝直径有关。对于不同直径、不同材料的焊丝，允许使用焊丝伸出长度是不同的。
焊丝伸出长度对焊缝成形的影响如图2-9-16所示。焊丝伸出长度小时，电阻预热作用小，电弧功率大，熔深大、飞溅少；焊丝伸出长度大时，电阻对焊丝的预热作用强，电弧功率小、熔深浅、飞溅多。
图2-9-16 焊丝伸出长度对焊缝成形的影响
（6）电源极性 CO2气体保护焊通常都是采用直流反接（反极性），工件接阴极，焊丝接阳极。焊接过程稳定、飞溅小、熔深大。
直流正接时（正极性），工件为阳极，焊丝接阴极，在电流相同时，焊丝熔化快（其熔化速度是反极性的1.6倍），熔深较浅，堆高大，稀释率较小，但飞溅较大。根据这些特点，正极性焊接主要用于堆焊、铸铁补焊及大电流高速CO2气体保护焊。
（7）气体流量 CO2气体的流量，应根据对焊接区的保护效果来选取。接头形式、焊接电流、电弧电压、焊接速度及作业条件对流量都有影响，流量过大或过小都影响保护效果，容易产生焊接缺陷。通常气体流量为10～25L/min。
（8）焊枪的倾角 焊枪的倾角也是不容忽视的因素。当焊枪倾角小于10°时，不论是前倾还是后倾，对焊接过程及焊缝成形都没有明显的影响；但倾角过大（如前倾角大于25°）时，将增加熔宽并减小熔深，还会增加飞溅。
当焊枪与工件成后倾角时（电弧始终指向已焊部分），焊缝窄、余高大，熔深较大，焊缝成形不好；当焊枪与工件成前倾角时（电弧始终指向待焊部分），焊缝宽，余高小，熔深较浅，焊缝成形好。通常焊工都习惯用右手持焊枪，采用左向焊法时（从右向左焊接），焊枪采用前倾角，不仅可得到较好的焊缝成形，而且能够清楚地观察和控制熔池，因此CO2气体保护焊时，通常都采用左焊法。
（9）喷嘴与工件间的距离 喷嘴与工件间距离通常保持在10～25mm。
9.2.5 CO2气体保护焊基本操作技术
9.2.5.1 焊枪操作的基本要领
（1）焊枪开关的操作 按焊枪开关，开始送气、送丝和供电，然后引弧、焊接。
焊接结束时，关上焊枪开关，随后停丝、停电和停气。
（2）喷嘴与焊件间的距离 喷嘴与焊件之间的距离要适当，过大时保护不良，电弧不稳。喷嘴高度超过30mm时，焊缝中会产生气孔。喷嘴高度过小时喷嘴易黏附飞溅，且难以观察焊缝。所以不同焊接电流，应保持合适的喷嘴高度。
（3）焊枪角度和指向位置 手工CO2焊时，常用左焊法，其特点是易观察焊接方向，熔池在电弧力作用下，熔化金属被吹向前方，使电弧不能直接作用到母材上，熔深较浅，焊道平坦且变宽，飞溅较大，但保护效果好。右焊法时，熔池被电弧力吹向后方，因此电弧能直接作用到母材上，熔深较大，焊道变得窄而高，飞溅略小。
（4）操作姿势 由于CO2气体保护焊的焊枪比焊条电弧焊钳重，焊枪后面又拖了一根沉重僵硬的送丝导管，焊工劳动强度较大。为了能长时间坚持生产，每个焊工都应根据焊接位置，选择正确的持枪姿势。用正确的持枪姿势，焊工既不感到别扭，又能长时间、稳定地进行焊接。正确的持枪姿势应满足以下条件。
①操作时用身体的某个部位承担焊枪的重量，通常手臂都处于自然状态，手腕能灵活带动焊枪平移或转动，不感到太累。
②焊接过程中，软管电缆最小曲率半径应大于300mm，焊接时可以随意拖动焊枪。
③焊接过程中，能维持焊枪倾角不变，还能清楚、方便地观察熔池。
④将送丝机放在合适的地方，保证焊枪能在需焊接的范围内自由移动。
图2-9-17为焊接不同位置焊缝时的正确持枪姿势。
图2-9-17 正确的持枪姿势
（5）焊枪的移动 焊接过程中，焊工可根据焊接电流的大小、熔池的形状、焊件的熔合情况、装配间隙等，调整焊枪前移速度。为了焊出均匀美观的焊道，焊枪移动时应该严格保持图2-9-18所示的焊枪角度，保持焊枪与焊件合适的相对位置。同时还要注意焊枪移动速度均匀，焊枪应对准坡口的中心线，保持横向摆动摆幅一致。焊枪的摆动形式及应用范围见表2-9-5。
图2-9-18 焊枪移动时的角度和位置
表2-9-5 焊枪的摆动形式及应用范围
为了减少热输入量，减小热影响区，减小变形，通常不希望采用焊枪大的摆动来获得宽焊缝，提倡采用多层多道细焊道来焊接厚板，当坡口小时，如焊接根焊缝时，可采用锯齿形较小的横向摆动。当坡口大时，可采用弯月形的横向摆动。
9.2.5.2 基本操作技术
（1）引弧 引弧时，焊工应首先将焊枪喷嘴与焊件保持正常焊接时的距离，且焊丝端头距焊件表面2～4mm。随后按焊枪开关，待送气、供电和送丝后，焊丝将与焊件相碰短路引弧，结果必然同时产生一个反作用力，将焊枪推离焊件。这时如果焊工不能保持住喷嘴到焊件间的距离，容易产生缺陷。焊工在引弧时应握紧焊枪和保持喷嘴距焊件的距离。
（2）焊接 焊接过程中的关键是保持焊枪合适的倾角和喷嘴高度，沿焊接方向尽可能均匀移动，当坡口较宽时，为保证两侧熔合好，焊枪还要做横向摆动。
焊工应能够根据焊接过程，判断焊接参数是否合适。依靠在焊接过程中看到的熔池的大小和形状、电弧的稳定性、飞溅的大小以及焊缝成形的好坏来调整焊接参数。
采用短路过渡方式进行焊接时，若焊接参数合适，则焊接过程中电弧稳定，可观察到周期性的短路过程，可听到均匀的、周期性的“啪、啪”声，则表示熔池平稳，飞溅较小，焊缝成形好。
如果电弧电压过高，熔滴短路过渡频率降低，电弧功率增大，容易烧穿，甚至熄弧。
若电弧电压太低，可能在熔滴很小时就引起短路，焊丝未熔化部分插入熔池后产生固体短路，在短路电流作用下，这段焊丝突然爆断，使气体突然膨胀，从而冲击熔池，产生严重的飞溅，破坏焊接过程。
喷射过渡熔滴较细，过渡频率较高，飞溅小，电弧较平稳，操作过程中应根据坡口两侧的熔合情况掌握焊枪的摆动幅度和焊接速度，防止出现咬边和未熔合。
（3）收弧 焊接结束前必须收弧，若收弧不当、容易产生弧坑，并出现弧坑裂纹（火口裂纹）、气孔等缺陷，操作时可以采取以下措施。
①CO2气体保护焊机带有弧坑控制电路，则焊枪在收弧处停止前进，同时接通此电路，焊接电路与电弧电压自动变小，待熔池填满时断电。
②气体保护焊机没有弧坑控制电路，或因焊接电流小没有使用弧坑控制电路时，在收弧处焊枪停止前进，并在熔池未凝固时，反复断弧、引弧几次，直至弧坑填满为止。操作时动作要快，若熔池已凝固再引弧，则可能产生未熔合及气孔等缺陷。
不论采用哪种方法收弧，操作时需特别注意，收弧时焊枪除停止前进外，不能抬高喷嘴，即使弧坑已填满，电弧已熄灭，也要让焊枪在弧坑处停留几秒钟才能移开。因为灭弧后，保证一段时间滞后停气可以保证熔池凝固时能得到可靠的保护，若收弧时抬高焊枪，则容易因保护不良引起缺陷。
（4）接头 为保证焊道接头质量，在多层多道焊时接头应尽量错开。建议对不同的焊道采用不同的接头处理方法。
①对单面焊双面成形的根焊道接头的处理 按下述步骤操作。
a.将待焊接头处用角向磨光机打磨成斜面，如图2-9-19所示。
图2-9-19 接头处的准备
b.在斜面顶部引弧，引燃电弧后，将电弧移至斜面底部，转一圈返回引弧处后再继续向左焊接，如图2-9-20所示。
图2-9-20 接头处的引弧操作
注意：这个操作很重要，引燃电弧后向斜面底部移动时，要注意观察熔孔，若未成熔孔则接头处背面焊不透；若熔孔太小，则接头处背面产生缩颈；若熔孔太大，则背面焊缝太宽或焊漏。
②对其他焊道接头的处理方法
a.直线焊接时，在前方10～20mm处引弧，然后将电弧引向弧坑，到达弧坑中心时，待熔化金属与原焊缝相连后，再将电弧引向前方，进行正常焊接。
b.摆动焊枪时，先在弧坑前方10～20mm处引弧，然后以直线方式将电弧引向接头处，从接头中心开始摆动，在向前移动的同时逐渐加大摆幅，转入正常焊接。
③相对接头的接法 在环缝的焊接过程中，不可避免地要遇到封闭接头，该接头一般称为相对接头。其接头的接法如下。
a.先将封闭接头处用角向磨光机打磨成斜面。
b.连续施焊至斜面底部时，根据斜面形状，掌握好焊枪的摆动幅度和焊接速度，保证熔合良好。
9.2.6 管水平固定焊
管件水平固定对接焊，焊接过程中管子固定在水平位置，不转动，焊接时包括仰焊、立焊和平焊几种位置。焊接时要随时调整焊枪角度和指向圆周位置。下面以管ф133mm×10mm，材质20无缝钢管的水平固定对接焊为例介绍，见表2-9-6。
表2-9-6 管水平固定焊作业指导书
（1）根焊
①根焊时焊枪角度如图2-9-21所示。在管子圆周的时钟7点钟位置处定位焊缝上引弧，焊枪沿逆时针方向做小幅度锯齿形摆动。
图2-9-21 焊枪角度
②焊接过程应控制好熔孔大小，通常熔孔直径比间隙大0.5～1mm较为合适，熔孔与间隙两边对称才能保证根部熔合良好。
③焊至不便操作的位置时灭弧，将灭弧处的弧坑磨成斜面，由此引弧，形成熔孔后，仍按逆时针方向焊至12点钟位置处。
④在时钟7点、12点处打磨成缓坡，在缓坡顶端引弧，按顺时针方向焊至12点处。在接头处根据缓坡形状及时变化摆幅和焊接速度，保证相对接头良好。清除熔渣、飞溅，磨掉根焊接头局部凸起处。
（2）填充焊 按照根焊步骤焊完填充焊道。焊接过程中，焊枪摆动幅度应稍大，并在坡口两侧适当停留，保证焊道两侧熔合良好，焊道表面平整，稍下凹，不能熔化管子外表面坡口的棱边。
（3）盖面焊 按照填充焊道的顺序焊完盖面焊道。焊枪的摆动幅度应比填充焊时大，保证熔池边缘超出坡口上棱0.5～1.5mm。焊接速度要均匀，并注意使焊道两侧边缘熔合良好，防止咬边、焊道中间凸凹度超标。保证焊道外形美观，余高合适。
9.2.7 管垂直固定焊
管件垂直固定对接焊，主要是液态金属下坠，容易在焊缝上部产生咬边，下部熔合不良。焊接过程中，焊枪要随着焊缝随时有弧度方面的变化。下面以ф133mm×10mm、材质20无缝钢管的垂直固定对接焊为例介绍，见表2-9-7。
表2-9-7 管件垂直固定焊作业能指导书
（1）根焊 用左焊法，根焊时焊枪角度如图2-9-22所示。
图2-9-22 根焊时的焊枪角度
①在试件右侧定位焊缝上引弧，由左向右开始焊接的过程中，焊枪做小幅度的锯齿形摆动，保证熔孔直径比间隙大0.5～1mm，两边对称。
②焊至不便观察处立即灭弧，然后转一个角度，再引弧进行焊接，直到焊完根焊道。
（2）填充焊
①适当加大焊枪摆动幅度，保证坡口两侧熔合好，焊枪角度与根焊时相同。
②不准熔化坡口的棱边，保证焊缝表面平整并低于管子表面1～2mm。
（3）盖面焊 盖面层焊道分两道，焊枪角度和指向角度如图2-9-23所示。焊接过程中，要保证焊缝两侧熔合良好，熔池边缘超过坡口棱边0.5～1mm，保证焊道平齐。
图2-9-23 盖面焊时的焊枪角度
9.3 混合气体保护焊焊接工艺
9.3.1 混合气体保护焊原理
用混合气体作为保护介质的气体保护电弧焊，称为混合气体保护焊。目前长输管道工程所用的混合气体主要是Ar和CO2气体的混合气体。
9.3.2 混合气体保护焊的特点
Ar和CO2气体的混合气体保护焊有如下特点。
①生产效率高。
②焊接电弧稳定性好。
③焊接飞溅小。
④焊接接头力学性能好。
⑤可通过调节混合气的比例来调节熔池的流动性和熔深。
⑥抗风能力差，野外作业需采取防风措施。
⑦焊接成本较CO2气体保护焊高。
9.3.3 混合气体保护焊在长输管道工程中的应用
长输管道工程采用的熔化极气体保护自动焊和半自动焊所用的保护气体绝大部分是Ar和CO2气体的混合气体，可应用于各种管道工程的焊接。
9.3.4 混合气体保护焊工艺
混合气体保护焊焊接工艺在焊接设备和工艺方法上与CO2气体保护焊基本相同，这里不再叙述，只介绍几种典型的混合气体保护焊焊接工艺规程。
①西气东输（西一线）管道工程混合气体保护焊焊接工艺规程见表2-9-8。
表2-9-8 西气东输（西一线）管道工程焊接工艺规程
②西气东输二线管道工程混合气体保护焊焊接工艺规程见表2-9-9。
表2-9-9 西气东输二线管道工程焊接工艺规程
9.4 STT焊接工艺
9.4.1 STT焊接技术的原理及特点
9.4.1.1 STT焊接技术的工作原理
STT是一种以表面张力为熔滴主要过渡力的熔化极气体保护电弧焊。
STT是美国林肯公司20世纪90年代开发的焊接电源，STT电源具有波形控制功能，根据熔滴的不同过渡过程，控制电流、电压的波形，即焊接电源能自动调节焊接电流和电弧电压达到电弧所需的瞬时热量，确保焊接电弧的稳定燃烧和有效控制焊缝成形。STT焊接电源电流、电压波形如图2-9-24所示。
图2-9-24 STT焊接电源电流、电压波形图
STT焊接技术是利用了波形控制技术，在熔滴的短路过渡的从熔滴短路到断开的过程中逐渐降低短路电流，是原来靠电流密度增大使短路小桥爆断而实现熔滴过渡，现改变为主要靠表面张力而实现熔滴过渡。这样就实现了熔滴的平稳过渡，从而避免了飞溅的产生。
9.4.1.2 STT焊接技术的特点
STT焊接技术与常规的CO2气体保护焊的最大区别是基本消除了焊接时的飞溅，实现了电弧的稳定燃烧。
STT焊接可以采用CO2气体作为保护介质，也可采用Ar和CO2的混合气体作为保护介质。采用CO2气体作为保护介质焊接，熔池的流动性和熔透性较好，但焊缝的力学性能稍差；当采用Ar和CO2的混合气体作为保护介质时，熔池的流动性较差，但焊缝的力学性能好。
STT焊接工艺特点如下。
①电弧燃烧稳定。
②引弧容易。
③烟尘和噪声小。
④飞溅极小。
⑤焊缝成形美观。
⑥焊接成本较低。
⑦操作容易。
⑧抗风能力较差。
⑨焊接设备价格较高。
9.4.2 STT操作方法及焊接工艺
9.4.2.1 坡口准备
STT焊接方法适用于V形坡口、U形坡口和复合坡口。各种坡口尺寸见图2-9-25。焊接前应将坡口及坡口两侧100mm范围内的铁锈、油污、水等清理干净，坡口及坡口两侧20mm范围内应见金属光泽。
图2-9-25 STT坡口形式
当管壁厚度小于等于10mm时，一般采用V形坡口；当管壁厚度大于10mm时，采用U形和复合坡口较为合理。
9.4.2.2 焊前预热
焊前是否预热，预热方法和预热温度，应根据焊接性试验、焊接工艺评定而编制的焊接工艺规程来决定。当焊接工艺规程要求焊前预热时，应按焊接工艺规程的要求进行预热。预热温度、加热速度、预热宽度和预热温差等均应符合焊接工艺规程的要求。
9.4.2.3 根焊焊道的焊接
由两名焊工对称施焊，焊工甲从12点起焊，焊工乙从9点起焊，焊接顺序见图2-9-26。焊枪轴线应垂直于钢管轴线［见图2-9-27（a）］，焊枪轴线与钢管的切线应成90°～120°的夹角［见图2-9-27（b）］。将焊丝对在坡口的中心，焊枪匀速运行，对口间隙在正常范围内焊枪不摆动。当间隙较大时，焊枪可做小幅度的左右或前后摆动，摆动幅度应控制在4mm内。如果存在错边，则焊枪应倾斜5°～15°，使电弧对准较低一侧的钝边，见图2-9-28。
图2-9-26 两名焊工对称施焊顺序
图2-9-27 STT根焊焊道焊接焊枪角度
图2-9-28 错边时的焊枪位置和角度
除12点、6点和9点的不可避免的接头外，应尽量减少焊道的接头，通常焊工甲可在4～5点停弧增加一个焊道接头（如果操作熟练可以从12点直接焊到6点位置）。焊道接头处必须用砂轮机磨成斜坡，方能保证焊道接头的质量，见图2-9-29。
图2-9-29 根焊焊道接头打磨示意图
9.4.2.4 填充焊道的焊接
填充焊道焊接前应将根焊道的表面氧化层用电动钢丝刷清理干净，对焊道接头和根焊道表面凸起较高的焊道部分采用砂轮机磨平。注意使用砂轮机时，应尽量不伤及坡口。根焊道经清理、检查合格后，方可进行填充焊道的焊接。
填充焊道与根焊焊道或填充焊道间的接头应错开30mm以上，填充焊道的层间也应清理干净，表面凸起较高的焊道部分采用砂轮机磨平。根据坡口宽度焊枪应做适当摆动，摆动幅度见图2-9-30。
图2-9-30 填充焊摆幅示意图
最后一层的填充焊道应焊至距坡口表面1mm左右，填充焊道的厚度应力求一致，但在5～7点处，填充焊道应填至距坡口表面1.5～2.0mm，这样有利于盖面焊道的表面质量。
9.4.2.5 盖面焊道的焊接
盖面焊道与最后一层填充焊道的接头同样应错开30mm以上。焊枪摆到两侧时应做适当的停留，焊枪的摆动幅度见图2-9-31。先焊一侧（甲焊工）的盖面焊道应焊过6点位置30～50mm，这样有利于6点处的接头质量，见图2-9-32。
图2-9-31 盖面焊摆幅示意图
图2-9-32 盖面焊道6点处接头示意图
9.4.2.6 焊接工艺参数
STT焊接工艺参数有送丝速度、基值电流、峰值电流、电弧电压、电源极性、焊接速度、气体种类、气体流量、提前供气时间、滞后供气时间、焊丝牌号、焊丝规格、干伸长度、坡口形状、坡口尺寸、组装间隙等。由于STT焊接电源的焊接电流分为基值电流和峰值电流，且两电流可分别调节。基值电流、峰值电流和送丝速度三者均可独立调节，三者间必须达到良好的配合，电弧才能稳定燃烧。对不同材质、不同规格的焊件焊接工艺参数均应进行焊接试验和焊接工艺评定，经试验和评定得到合适的焊接工艺参数。常用低碳钢、低合金钢（焊接材料以ER55为例）的焊接工艺参数见表2-9-10。
表2-9-10 焊接工艺参数
9.5 RMD焊接技术简介
9.5.1 RMD的控制原理及特点
RMD焊接技术是一种对熔滴短路过渡的精确控制技术。它是检测短路电流发生时间来及时改变焊接电流和电弧电压，它是一种动态的控制技术。RMD的电流波形图见图2-9-33。
图2-9-33 RMD熔滴过渡电流波形图
Pipepre 450RFC管道焊接设备，标准配置可以实现多种管道焊接工艺，适合于厂内和野外作业。标准焊接工艺包括RMD和精确控制脉冲技术及传统的气体保护焊和自保护药芯焊。RMD和精确控制脉冲技术对碳钢、低合金钢和不锈钢管道的焊接性能优越。
Pipepre 450RFC管道焊接设备可以使用实心及管状焊丝在多种管道上焊接。使用的保护气体、焊丝类型和焊丝直径及所焊钢管材质等均已程序化，内置于系统之中，焊接时可直接调用。
9.5.2 RMD焊接工艺参数（见表2-9-11）
表2-9-11 焊接工艺参数
