下向焊
我國早期下向焊多為纖維素型下向焊。混合型下向焊接是指在長輸管道的現場組焊時，采用纖維素型焊條根焊、熱焊，低氫型焊條填充焊、蓋面焊的手工下向焊接技術。主要用于焊接鋼管材質級別較高的管道。
陜京管道是我國第一條采用下向焊工藝和進口鋼管及焊材建成的長距離管道。
20世紀90年代末期，大壁厚管材廣泛應用國內外油、氣和水電工業長輸管道中，水電工業的壓力管道中一般管徑達1m以上，壁厚達10～60mm，在我國北方寒冷地區油氣管道壁厚也達到10～24mm。與傳統的向上焊相比，由于下向焊熱輸入低，熔深較淺，焊肉較薄，隨著鋼管壁厚的增加焊道層數也迅速增加，焊接時間和勞動強度隨之加大，單純的下向焊難以發揮其焊接速度快、效率高的特點。而根焊、熱焊采用向下焊，填充焊與蓋面焊采用向上焊的復合下向焊技術則可發揮兩種焊接方法的優勢，達到優質高效的效果。在半自動下向焊接技術應用于管道建設之前，大壁厚管道多采用復合型下向焊接技術。如某工業園區輸水管道工程所用鋼管規格為1400mm×14mm，材質為Q235—A。焊接過程中根焊熱焊用纖維素焊條J425G(E6010)，填充焊和蓋面焊采用普通E4303焊條，使焊縫焊道層數由單一下向焊所需的7～8層，減少為4～5層，焊接時間可縮短30min，大大提高了生產效率。對此【洛陽吉力焊接技術有限公司】緊跟市場需求，開展纖維素-半自動藥芯自保焊下向焊專業。復合型下向焊是指根焊及熱焊采用下向焊接方法，填充焊及蓋面焊采用向上焊接方法的焊接工藝。其主要應用于焊接壁厚較大的管道。半自動化焊接技術在我國的管道建設中的應用是20世紀90年代逐步引進、發展起來的。由于半自動焊具有生產效率高、焊接質量好、經濟性好、易于掌握等優點，自引進中國管道建設中以來迅速地發展起來。半自動下向焊接技術主要分為兩種操作方法：第一是藥芯焊絲自保護半自動下向焊和活性氣體保護半自動下向焊；第二是半自動下向焊。
一、藥芯焊絲自保護半自動焊技術
藥芯焊絲適用于各種位置的焊接，其連續性適于自動化過程生產。工藝參數見表4(以X70鋼管焊接為例)。
該工藝的主要優點：
（1）質量好。焊接缺陷通常產生于焊接接頭處。同等管徑的鋼管手工下向焊接接頭數比半自動焊接接頭數多，采用半自動焊降低了缺陷的產生機率。通常應用的NR204、NR207，81n1,X80等焊絲屬低氫金屬，而傳統的手工焊多采用纖維素焊條。由此可知，半自動焊可降低焊縫中的氫含量。同時，半自動焊輸人線能量高，可降低焊縫冷卻速度，有助于氫的溢出及減少和防止出現冷裂紋。
（2）效率高。藥芯焊絲把斷續的焊接過程變為連續的生產方式。半自動焊溶敷量大，比手工焊道少，溶化速度比纖維素手工下向焊提高警惕15%～20%。焊渣薄，脫渣容易，減少了層間清渣時間。
（3）綜合成本低。半自動焊接設備具有通用性，可用于半自動焊，也可用于手弧焊或其他焊接法的焊接。以焊接厚度為8．7mm鋼管為例：手工焊至少需3組焊工完成，半自動焊只需2組焊工，至少可減少2名焊工，也相應減少了焊機數量和等輔助工裝數量。同時，藥芯焊絲有效利用率高，焊接坡口小，即節省填充金屬使用量，又提高了焊接速度，綜合成本只及手弧焊的一半。
二、【STT，RMD】半自動向下焊焊接技術
STT是“Surface Tension Transfer”的英文縮寫，即“表面張力過渡”，是一種控制熔敷金屬過渡方式的技術，由美國林肯公司開發。 RMD是“Regulated Metal Deposition”的英文縮寫，即“熔敷金屬控制技術”，也是一種控制熔敷金屬過渡方式的技術，由美國米勒公司開發。 這兩種根焊技術都屬于氣體保護焊，都致力于解決普通CO2氣體保護焊短路過渡產生大量飛濺，電弧不穩定，焊縫成型不好，根焊質量差的問題，都是通過控制熔敷金屬過渡行為來達到減小飛濺、穩定電弧、控制成型和達到較好的根焊質量的目的，同時提高焊接生產效率。STT型CO2半自動焊以其優異的性能拓寬了CO2半自動焊在長輸管道施工中的應用領域。中國石油天然氣管道局曾在蘇丹Muglad石油開發項目中首次使用了STT型CO2半自動下向焊接技術進行管道打底焊接。STT控制的焊接方法就是在形成短路“小橋”后焊接電流瞬間減小，在表面張力、重力和電磁力作用下，拉斷金屬“小橋”，使熔滴由短路過渡轉變為自由過渡。這種方法其實質就是利用電弧本身作為傳感器來檢測電弧電壓，根據電壓來判斷熔滴過渡的瞬時形態，從而根據檢測到的電弧電壓的變化，按照STT的要求控制瞬時電弧電流的變化，利用表面張力的作用達到熔滴平穩過渡的目的。RMD是美國Miller公司的專利技術，主要是通過對焊絲短路過程的高速監控，動態檢測焊絲短路，控制并減少焊接電流上升速度，從而控制熔滴過渡和電弧吹力的大小，使熔滴過渡迅速而有規律，形成高質量的穩定的熔池。是一種對短路過渡作出精確控制的一種技術，控制短路過程中各個階段的電流波形，從而控制多余的電弧熱量，提高電弧推力，結果在根部產生高質量的熔深，獲得好的焊接質量和焊縫成型。RMD軟件通過集成的強大的專家系統，每個程序各個階段的電流波形根據電流大小自動優化到最佳的電弧特性。STT和RMD技術都是通過對熔滴過渡過程進行監控，并作出相應的電流電壓變化來控制和減小產生飛濺，同時不對溶池產生較大的攪拌，以獲得較好的焊縫成型。從實際使用的情況看，STT表面張力過渡的電弧較RMD的電弧更柔，電弧挺度較小。
三、 參數調節方式
在參數調節上，STT的各個參數（峰值電流、基值電流、送絲速度、提前送氣時間、滯后關氣時間、電弧回燒時間、熱起弧、尾拖）需單獨設置；RMD集成了強大的焊接專家系統，規范大小只需設定送絲速度即可，其它參數自動匹配，參數調節更簡單，而且軟件升級容易，一旦對參數有更好的控制程序，只需輸入新程序即可獲得更好的焊接效果，無需更換新設備。焊絲的干伸長對焊接效果的影響，STT的干伸長一般控制在6－10mm左右，如太長，焊接較不穩定；RMD的干伸長適應性較好，在6－15mm左右電弧都較穩定。
焊縫成型及焊接質量
STT和RMD的焊縫成型都較好，相比之下，RMD的成型要更好一些。STT根焊易出現背面焊縫兩側的咬邊和立焊位置焊縫中間的內凹、正面焊縫仰焊部位中間凸起、兩側夾溝等現象。STT焊接出的成型正面焊縫較凸，背面成型較好，正面焊縫需進行適當打磨；RMD正面成型較平坦，背面成型較好，正面焊縫無需打磨即可正常焊接下一層。兩種根焊焊接技術目前都在西氣東輸二線工地中應用，其工藝對比如下表：STT和RMD工藝對比
從上述對比可以看出，STT根焊和RMD根焊在坡口形式、采用焊材等方面是一致的，現場應用STT一般選用實芯焊絲，RMD一般選用金屬粉芯焊絲，金屬粉芯焊絲較實芯焊絲熔深更深，熔敷率更高。STT根焊采用100％CO2成本較RMD采用80%Ar+20% CO2的混和氣成本低。兩者在焊接過程中因都需對熔滴過渡進行檢測和反饋，因此焊接過程都受反饋信號的影響。STT和RMD根焊都在熔滴控制上有獨特的優點，都是較好的根焊方法。STT，RMD型半自動焊與藥芯焊絲自保護半自動焊是目前國內常用的半自動下向焊接方法，展示了在管道焊接領域良好的應用前景。
管道全位置向下焊：管道全自動氣保護下向焊接技術使用可熔化的焊絲與主要焊金屬之間的電弧為熱焊來溶化焊絲和鋼管，在焊接時向焊接區域輸送保護氣體以隔離空氣的有害作用，通過連續送絲完成焊接。由于熔化極氣保護焊時焊接區的保護簡單，焊接區域易于觀察，生產效率高，焊接工藝相對簡單，便于控制，容易實現全位置焊接。
四、操作方法
該工藝可實現全位置多機頭同時工作，打底焊可從管內部焊接，也可從管外部焊接。打底焊可采用向上焊以防止熔透不夠成燒穿，易于單面焊雙面成型。焊接參數的調節一般在控制臺或控制面板上，主要調節參數有：電壓、送絲速度、每個焊頭移動速度、擺動頻率、擺動寬度及擺延遲時間。應當注意的是，因每條焊道焊接參數不同，整個焊縫的焊接參數應根據管材規格及現場條件，通過焊接試驗合格后方可應用于生產。
管道全自動氣保護焊技術以其焊接質量高，焊接速度快等優點，在國外已經普及，而國內則處于推廣階段，全自動氣體保護下向焊接技術是我國長輸管道及市政燃氣管道下向焊接技術發展的方向。
纖維素打底操作方法：
（1）、根焊：根焊是整個管接頭焊接質量的關鍵。操作時，要求焊工必須正確掌握運條角度和運條方法，并保持均勻的運條速度。施焊時，一名焊工先從管接頭的 12 點往前 10mm 處引弧，采用短弧焊作直線運條，也可有較小擺動，但動作要小，速度要快，要求均勻平穩，做到“聽、看、送”的統一，即既要“聽”到電弧擊穿鋼管的“撲撲”聲，又要“看”到熔孔的大小，觀察判斷出熔池的溫度，還要準確地將鐵水“送”至坡口根部。熄弧時，應在熔池下方做一個熔孔，應比正常焊接時的熔孔大些，然后還要迅速用角磨機將收弧處打磨成 15~20mm 的緩坡，以利于再次引弧。要求在根焊時，在根焊焊接超過 50% 后，撤掉外對口器，但對口支座或吊架應至少在根焊完成后撤離。
（2）、熱焊：熱焊與根焊時間間隔應小于5min ，目的是使焊縫保持較高溫度，以提高焊縫力學性能，防止裂紋產生。熱焊的速度要快，運條角度也不可過大，以避免根部焊縫燒穿。
（3）填充焊：第三、四遍焊接為填充焊，具體工作中，可根據填充高度的不同，適當加大焊接電流，稍做橫向或反月牙擺動。同熱焊一樣，焊前須用角磨機對上一層焊縫進行打磨，避免因清渣不干凈造成夾渣等缺陷。另外，合理掌握焊條角度、控制相應弧長也是防止缺陷產生的主要前提。
（4）蓋面焊：蓋面焊前的清渣及打磨處理應有利于蓋面層的焊接，通過焊條的適當擺動，可將坡口兩側覆蓋，克服坡口未填滿及咬邊等缺陷，通常覆蓋寬度按相關規范及工藝執。兩名焊工收弧時應相互配合，一人須焊過 6 點位置 5~10mm 后熄弧。
在上述各層焊縫施焊中，應注意焊接接頭不能重疊，應彼此錯開 20~30mm ，用角磨機對各層焊縫進行清理，清理的結果應能有利于下道焊縫施焊的焊接質量。
五、 焊縫檢測
（1）焊縫表面質量要求
施焊后的焊縫，按《管道下向焊焊接工藝規程》（ SY/T4071-93 ）規定，應清除熔渣、飛濺物等雜物，焊縫表面不得有裂紋、未熔合、氣孔和夾渣等缺陷；咬邊深度≤ 0.5mm ，在任何長 300mm 焊縫中兩側咬邊累計長度≤ 50mm ；焊縫余高 0.5~2.0mm ，個別部位（管底部處于時鐘5~7 時位置）不超過 3mm ，且長度不超過 50mm ；焊縫寬度比坡口每側增寬 0.5~2.0mm 為宜。
（2）無損檢驗
依據 SY4065-93 《石油天然氣鋼質管道對接焊縫超聲波探傷質量分級》和 SY4056-93 《石油天然氣鋼質管道對接焊縫射線照相及質量分級》對焊縫進行 100% 超聲波探傷和 100% 射線探傷，Ⅱ級為合格。
六、缺陷分析
在下向焊焊接施工中，存在的缺陷種類主要有：未焊透、未熔合、內凹、夾渣、氣孔、裂紋等缺陷。在立焊與仰焊位置，裂紋、內凹的出現幾率較多，尤其裂紋更集中地出現在仰焊位置，這與起初定位焊后過早撤除外對口器關系密切；而內凹則是因為根焊時，電弧吹力不夠，另外鐵水受重力作用而導致，這與焊工的技能水平有一定關系；多數的未焊透和未熔合與鋼管組對時的錯邊、焊接時工藝參數的波動、操作者的水平、運條方法的選用、工作時急于求成等因素有一定關聯；氣孔和夾渣除去與環境、選用規范、母材和焊材的預處理有關外，焊縫的冷卻速度對該缺陷的影響更大些。
