摘 要：根焊质量是管道焊道质量控制的重点，根焊的焊接质量和焊接效率直接关系到焊接机组的焊接质量和焊接进度。介绍河南油田油建公司在沙特沙漠水管道焊接施工中采用STT焊接技术进行根焊的主要操作方法和质量控制措施。
关键词：沙漠水管道 STT根焊技术 应用
中图分类号：TG456 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）002-027-02
1 前言
中石化河南油田油建公司于2010年8月―2011年3月承建的沙特阿美石油公司的UTHYMANIYAH 注水管线更换工程，管线总长19.865km，采用X60级56英寸（1422mm）大口径钢管。管线介质为初级处理过的海水，设计压力7Mpa，设计温度20-120℃。由于海水的强腐蚀性，管线的防腐要求高，该管线要求内外FBE防腐，而且焊口内防腐的要求根焊的余高不超过1.5mm,合同要求管线的管线根焊焊接必须使用气体保护焊接。所以根焊的焊接质量和焊接速度将直接关系到整个管道建设的质量和工程进度。
2 STT型CO2焊接技术介绍
STT焊接工艺特点：电弧燃烧稳定，引弧容易，烟尘和噪音小，飞溅极小，焊缝成型美观，焊接成本低，操作容易，焊接效率高，抗风能力差，焊接设备价格较高。
为提高焊接电弧的稳定性，我们采用了混合气体作为保护气体，气体的混合比率为80%Ar+20%CO2，使用混合好的气瓶，减少了气体混合比例不达标的缺点。
3 焊接设备介绍
LINCOLN INVERTEC STT II 将高频逆变技术及先进的波形控制技术结合 ，林肯STT 焊机采用了新技术控制了根焊到道的热输入，减小了焊接根部烧穿，焊道成型优良，为下一道工序热焊提供了好的焊接外型，为热焊前清理焊道层间杂物，减轻了劳动强度，节省了时间，提高了劳动效率。
该焊接电源通过调节焊接电流控制焊接热能量输入，同时保证了不影响焊接的送丝速度，即改变焊丝干伸长时，不会影响热输入。同时，该焊接工艺在提供低的热能输入的同时，避免了产生焊接过热和烧穿等焊接缺陷，同时焊接变形较小，而且该焊机在采用CO2与Ar混合气体时，焊接飞溅很小，焊接电弧很柔和。产生的焊接粉尘也很小。
STT-II型焊接电源，采用3相60HZ380伏的交流电输入，额定输入电流为20A，焊机输出为225A／29V／60%，输出范围：峰值0-450A，基值电流0-125A，最大空载电压85V，焊机尺寸为589mm?36mm?20mm，焊机重量为53kg。
施工焊机实际消耗电功率为每台7KW。我方使用了JCB发电机G45QX，满足了两台焊机和对口器使用空气压缩机的供电需求。
送丝机为美国林肯公司的LN-25 PRO Dual Power,该送丝机为最新产品，为焊接电弧电压控制提供按钮，带数码显示屏，为焊接过程参数控制提供方便，通过控制电缆提供电源。封闭式设计为野外焊接提供更好的保护，改变了焊接STT送丝机不能在野外环境使用的缺点。
焊接使用焊枪为MAGNUM-200 A，有效保证焊接电弧稳定。
4 焊接准备
(1)焊接材料。
焊丝为美国林肯公司生产的ER70S-G实芯焊丝,∮1.1mm,保护气体为80%Ar+20%CO2混合气体。
(2)焊接坡口尺寸。
管材壁厚11.91mm，双V型坡口，坡口角度30???；钝边高?-1.5mm。
(3)组对要求。
采用气动内对口器，组对间隙2.5mm-3.0mm；错边小于3mm,管道内外坡口两侧25mm范围的油污、铁锈清理干净，并按照要求进行喷砂除锈。
5 管线焊接工艺
5.1 焊接条件要求
管线STT根焊对风速的要求很大，要求风速必须小于2.2m/s,如果风速过大，必须使用防风棚，并对管口采取封堵，严格控制穿堂风，防止根部气孔的发生。
由于沙漠管道焊接，外界风速很大，超过了标准中要求的。所以我们自己预制了防风棚，保证焊接质量对风速的要求。
焊前对于坡口内外两侧进行喷砂除锈，去除铁锈和其他杂物。
5.2 焊接工艺参数(见表1)
表1 焊接工艺参数
5.3 STT焊接操作技术要求
(1)STT 根焊技术在管线焊接焊枪位于时钟12点到1点采用45?的后拖角，?点以后伴随着焊枪摆动幅度的减小，同时应该降低焊接后拖角，在停止焊枪的摆动时，规程要求使用10?焊接后拖角，同时保证焊接电弧处于焊接熔池前?/3处，从而使焊缝性能达到最佳，确保焊接的质量。
(2)应当关注焊丝干伸长的控制，若干伸长过长，就会产生未熔合等缺陷，会造成做焊接工艺评定时，做焊缝被弯试验时焊缝开裂。在进行焊接操作时要求焊丝伸出导电嘴6-8mm，焊接导电嘴伸出焊接气体喷嘴10mm，以保证焊道成型良好，内部熔合质量上佳。在焊接开始前要求焊工认真检查导电嘴是否位于喷嘴的中间，焊接导电嘴和保护气体喷嘴是否安装牢固无晃动，保护喷气孔是否畅通无堵塞。
(3)对焊接熔池的工艺要求；因为STT焊接是通过焊接电弧的熔透能力来进行熔化和焊接，一般焊条焊接主要靠焊接电弧的吹力来推动熔池，所以STT焊接时焊接电弧应位于焊接熔池正前方，而且焊接时焊接电弧是伴随着焊接熔池一切前移，而不是像焊条焊接，电弧推动熔池前进。
(4)为保证焊接熔合性所做的措施。为取得最佳的焊接熔合性，在焊接过程中，必须要求焊工根据焊缝坡口的间隙大小，相应调整焊接后拖角，在时钟12点到2点范围内，正常的焊接后拖角为45?，若间隙大?mm，则适当增大焊接后拖角，如果间隙小于2.5mm，则适当减小焊接后拖角。正常情况下，在焊接到2点到6点位置时，一般采用10??0?的焊接后拖角，以保证根焊获得良好的焊接性能。在这个位置，如果焊接后拖角过大，就会造成根焊背部成型不好，产生如产成咬变或内凹等缺陷，进而造成焊缝力学性能下降，做焊接工艺评定时，会造成背弯开裂。而按照工艺规程规定的焊接后拖角，在焊接过程中，熔池在焊接坡口两侧的母材会产生一个半月形的熔池，可以获得上佳的根焊内外成型和达到良好的力学性能?
(5)焊接过程焊丝运弧的要求：STT 根焊焊接运弧为半月形，同时要求在焊道坡口而不是靠近间隙处启弧，在做横向的半月形的摆动时，不在坡口两侧做任何停留。采取直接横向半月形摆动有助于增加焊接熔深。同时要求在焊接熄弧时，熄弧位置要选择在焊道坡口上，而不是在停留在坡口正中的间隙处，避免焊接烧穿的产生。
5.4 焊接过程易出现的问题以及应对措施
5.4.1 焊接飞溅大
解决措施：(1)要求两台焊接的信号反馈线要分一定距离到管线接地点，要求信号反馈线与各自焊接电弧距离越近越好。
(2)把两台焊机的信号线分开，到达焊接底线接入点，最好隔开1米，检查焊接电弧信号反馈线是否磨损或断开，检查焊接电缆线的正负极性连接是否正确或接线柱损坏。
(3)保证焊接电弧信号反馈线和管道焊接地是否保证焊接电路的畅通、是否靠近焊接电弧。
(4)检查焊接工艺参数，比如基值电压和峰值电压设置是否恰当，同时要检查送丝速度的设定，看是否与焊接工艺指导书一致。
5.4.2 根焊焊缝表面出现各类气孔
解决方案：(1)检查焊接保护气体型号、混合配比以及纯度和流量是否满足焊接工艺指导书。
(2)检查焊枪导丝管和焊接导电嘴是否被脏污或飞溅物堵塞。
(3)检查焊接工艺参数，要关注送丝速度是否与焊接工艺指导书相符合。
(4)适当降低焊接速度。
(5)焊接中严格防止风的介入，使用防风效果好的防风棚，使用盲板把管口两端封堵。
5.4.3 焊道出现熔合不良
解决措施：(1)检查焊接工艺参数是否设置恰当，满足焊接工艺规程
(2)检查焊丝类型规格，开关和极性是否设置恰当。
5.4.4 焊接熔池不稳定
解决措施：(1)焊接气体选用不当。
(2)焊丝类型开关设置错误。
(3)焊接峰值电流设置过高。
5.4.5 接头未熔合
解决措施：每次重新起弧时，将接头打磨成平滑过渡。
5.4.6 焊机性能不好或焊接气体控制不好
解决措施：注意对于焊机、送丝机以及焊枪的日常维护和保养，定期清洁焊枪和焊机送丝机，由于野外风沙较大，平时要做好机械设备的防沙工作，焊枪不要随便放在地上。
6 STT焊接工艺的优势
目前我国大多数长输管道的焊接工艺规程，根焊主要使用的是纤维素焊条根焊，内部成型要求高的一般就是氩弧焊，而氩弧焊主要是手工氩弧焊。
STT 焊的焊接效率是氩弧焊的3到5倍，并且STT焊保护气体比氩弧焊气体便宜。与纤维素焊条根焊相比，STT不产生熔渣和飞溅，焊接打磨工作量少，焊接效率高。从效率和成本上比较，STT焊接技术都占有绝对优势。 一个焊接机组、2个焊工，单日平均根焊完成56英寸焊口可以达到15道。
7 结论
STT是一种成熟的焊接技术，西气东输工程已成功应用。通过在沙特56英寸大管道中的应用，提高了工程的效率，减小了劳动强度，保证了工程质量，焊接合格率达到99.5%。STT焊接技术必然成为长输管道焊接技术发展的大方向。
参考文献：
[1] 杨燕.STT根焊技术在管道焊接中的应用[J].电焊机,2010,40(1):93-96.
[2] 鲍云杰,朱志明,郭爱东.STT型CO2 半自动焊在管道焊接中的应用[J].焊接技术,2000,29(3):16-17.