在现代各类焊接结构中，由于形状复杂，许多部件的施焊空间受到很大的限制，往往只能从单面进行焊接，但仍要求焊缝全焊透，这就必须采用单面焊双面成形的特种操作技术。在各种管道的铺设工程中，管子接头必须在水平固定或垂直固定的位置进行焊接，要求采用难度较大的全位置焊操作技术。在大直径输送管线现场安装施工中，管子接头大都处于水平固定位置，由于焊接工作量巨大，为提高焊接效率，通常要求采用向下立焊的特种操作技术。在实际的焊接生产中，可能还会采用其他一些特种操作技术，但下列三项特种操作技术是最具代表性的，本节将详细加以论述。

1.单面焊双面成形操作技术

单面焊双面成形是一种从单面施焊，焊缝正面、背面均能形成符合质量要求形状的操作技术，主要用于焊接空间位置只容许从单面焊的各种对接接头。

焊条电弧焊单面焊双面成形操作技术有间断灭弧焊接法（以下简称“灭弧焊”）和连续电弧焊接法（以下简称“连弧焊”）两种。按焊接过程中坡口根部的熔化状态，又可分不穿透法和穿透法两种。由于不穿透法容易使接头在半熔化状态下接合，往往会导致坡口根部的未熔合，因此在实际生产中主要采用穿透焊接法。

目前，单面焊双面成形操作技术主要用于V形或U形坡口对接接头。坡口形式和尺寸示于图4-64。坡口尺寸的推荐值见表4-36。

图4-64 适用于单面焊双面成形V形坡口形式和尺寸

α—坡口面角度 b—根部间隙 c—钝边高度 d—焊条直径

表4-36 V形坡口尺寸推荐值

（1）灭弧焊操作技术 灭弧焊是通过燃弧和灭弧的时间长短以及运条动作控制熔池形状和熔化金属厚度的一种单面焊双面成形操作技术，它具有容易控制熔池状态，对接缝的装配质量及焊接参数控制精度要求较低，适应性较强等特点。灭弧焊操作法分一点法、两点法和三点法，如图4-65所示。

图4-65 灭弧焊常用的操作方法

a）一点法 b）两点法 c）三点法

一点法适用于薄板，小直径管（φ≤60mm）及小间隙（1.5～2.5mm）条件下的焊接。两点法和三点法适用于厚板、大直径管、大间隙接头的焊接。实际生产中常采用一点法和两点法。

1）两点法基本操作要点。先在接头始焊端前10～15mm处的坡口面上引弧，然后将电弧拉至始焊点，稍作摆动，预热1～2s。当坡口根部局部熔化时，立即将电弧压低约1～1.5s，电弧即穿透坡口根部，并将坡口两侧熔化，形成第一个熔池时快速灭弧。待熔池金属尚未完全凝固，熔池中心还处于半熔化状态时，重新引燃电弧，并在该熔池的左前方，紧靠钝边的坡口上，以一定的焊条倾角穿透接头根部。穿透后先以短弧将根部加热1～1.5s，然后迅速地将焊条逆向移动。当电弧穿透接头根部，形成熔孔时，应立即将弧柱透过熔孔，使焊条熔滴与背面、正面的熔化金属分别形成背面和正面熔池，如图4-66所示。熔池一旦形成，应立即拉起焊条灭弧。

图4-66 熔孔的形状

当该熔池尚未完全凝固，仍处于红热状态时，再快速引燃电弧，并在第一个熔池的右侧穿透接头根部。重复上述操作步骤，即可完成单面焊双面成形封底焊缝。

2）一点法基本操作要点。一点法建立第一个熔池的方法与两点法相似，但应使电弧同时熔化坡口两侧的钝边。听到穿透声后，立即灭弧。为防止熔池产生缩孔，灭弧次数应保持在70～80次/min。

各种位置灭弧焊时的焊条倾角，坡口根部熔入深度应符合图4-67的规定。焊条操作手法如图4-68所示。

图4-67 各种位置灭弧焊时焊条倾角和坡口根部熔入深度

a）平焊位置 b）立焊位置 c）横焊位置 d）仰焊位置

图4-68 各种位置灭弧焊的操作方法

a）平焊位置 b）立焊位置 c）横焊位置 d）仰焊位置

V₁—引弧方向 V₂—灭弧方向 “·”—表示焊条稍作停留

立焊位置灭弧焊时，由于熔池的重力作用，熔化金属容易往下流动而形成焊瘤。焊接过程中要掌握好焊条倾角与灭弧次数。使用碱性焊条时，灭弧次数应控制在50～60次/min，再引弧点的位置要准确，如图4-69所示，灭弧迅速，避免拉长弧。焊接过程中，接头背面应保持1/3～1/2弧柱长度。

横焊位置灭弧焊时，熔滴从焊条向熔池过渡过程中易偏离焊条轴线向下偏斜。因此焊条除应保持一定的前倾角外，还应保持一定的下倾角。又因上坡口面的受热条件优于下坡口面，熔池金属下淌易使下坡口面熔合不良，故应先穿透下坡口面的根部，再穿透上坡口面的根部，并使下坡口面上的熔孔始终超前于上坡口面熔孔0.5～1个熔孔直径。焊条倾角在坡口上下边缘的变化如图4-70所示。横焊时根部焊道与熔孔的形状如图4-71所示。焊接过程中，接头背面的弧长应保持约1/2弧柱。

图4-69 立焊时再引弧点的位置

图4-70 横焊位置灭弧焊时，焊条倾角的变化

在仰焊位置灭弧焊时，操作要点与立焊相同。根部焊道的形状如图4-72a所示。如果操作不当，易在焊道正面形成焊瘤，背面出现过量内凹，如图4-72b所示。为避免这些缺陷，除合理地设计坡口尺寸和正确选用焊接电流外，焊接过程中将焊条在坡口两侧作适当的停留，同时运条速度要快些，不应作大幅度的摆动。焊道厚度不宜超过临界值，焊接过程中，接头背面的弧长应保持约1/2弧柱。

如果采用碱性药皮焊条（E5015、E5016），为保持焊道成形良好，必须使用短弧操作法，否则易形成气孔。

图4-71 横焊位置灭弧焊时焊道和熔孔的形状

图4-72 仰焊位置灭弧焊时焊道的形状

a）良好的焊道成形 b）内凹过大的焊道形状

各种位置灭弧焊推荐的焊接参数列于表4-37。

表4-37 各种位置灭弧焊推荐的焊接参数

图4-73 预制熔孔的回焊动作

在灭弧焊过程中，更换焊条时的熄弧与焊道的接头也是单面焊双面成形操作技术的关键之一。为防止熔池缩孔，熄弧前应在熔池边缘快速连续点弧，使焊条端少许熔化，填满熔池，并使其缓慢冷却。然后再将电弧压低，并移至另一坡口面，再迅速灭弧。更换焊条后，先在距焊道接头端10～15mm处的任一坡口面上引弧，然后将电弧拉回，使电弧从坡口面侧绕至接头端，然后再将电弧移至根部，以形成新的熔池，随即转入正常的操作。为了防止背面焊道接头不良，也可从距接头端部10～15mm的焊道上引弧，然后将焊条拉至接头端前沿稍作左右摆动，当接头端部和坡口根部熔化后，将电弧向下压一下，然后转为正常焊接。

另一种接头方法是预制熔孔法，即在收弧前，先在熔池前方预制一个熔孔，熔孔形成后，应将焊条拉回10mm左右再熄弧，如图4-73所示。更换焊条后，在距接头端部20mm处引弧、将焊条移至距接头端部10mm处压低电弧、并快速移到接头端部，将焊条沿预制熔孔往下压，听到电弧穿透声后，停顿1～2s灭弧，随后以正常的操作方法焊接。

（2）连弧焊操作技术 连弧焊是通过连续有规律的焊条摆动进行短弧焊的操作技术。采用连弧焊操作的焊接过程中，由于采用较小的根部间隙与焊接参数，并在短弧条件下作规律的焊条摆动，因而建立了熔滴向熔池均匀过渡的良好条件，使焊道始终处于缓慢加热和缓慢冷却的状态，这不但使焊缝和热影响区温度分布均匀，而且能焊制成形均整、表面鳞纹细密的背面焊道。因此这是一种能保证焊缝质量的单面焊双面成形的操作技术。许多重要的焊接结构制造规程，一般都要求采用连弧焊操作技术。但为保证连弧焊操作的顺利进行，对接头的装配质量和焊接参数的控制提出了较严格的要求。

1）连弧焊基本操作要点。采用连弧焊操作法时，引弧后应将电弧压到最低的程度，并在始焊处以小幅度的锯齿形运条法作横向摆动，对接头进行加热。当坡口根部达到半熔化状态时，将焊条压到坡口的根部，待电弧穿透并形成熔孔后，迅速将电弧移到任一坡口面上，随后在两坡口面间以一定的焊条倾角做微小的摆动，持续约2s，使电弧将两坡口根部各熔化1.5mm左右，然后将焊条拉起1～2mm，以小幅锯齿形运条法作横向摆动，使电弧边熔化熔孔前沿，边向前移动。连弧焊过程中，一定要使各熔孔端点位置保持一致，即用焊条中心对准熔池的前沿与母材交界处，使每个新熔池与前一个熔池相重叠。

连弧焊过程中，熔孔的大小对焊道背面成形有较大的影响。如果熔孔过大，则使背面焊道过高，甚至形成焊瘤；如果熔孔过小，则会产生未焊透或未熔合等缺陷。影响熔孔大小的因素较多，例如接头的根部间隙、焊接电流、运条速度和焊条倾角等。各种位置连弧焊操作的焊条倾角如图4-74所示。

图4-74 各种位置连弧焊时的焊条倾角和坡口根部熔入量

a）平焊 b）立焊 c）横焊 d）仰焊

图4-75 横焊位置连弧焊时的斜椭圆形运条法

立焊位置连弧操作的要点是：当做电弧穿透动作时，焊条倾角应稍大于90°，熔孔形成后应立即恢复到原角度（45°～60°），熔孔的尺寸应比平焊时稍大。在横向摆动时，向上运条的幅度不宜过大，否则易产生咬边。为保证背面成形良好，焊道不应过厚，否则易产生气孔。在焊道接头时，最好先用角向砂轮或扁铲将焊道端部修磨成斜坡形，以利接头时焊道背面成形良好。焊接过程中，接头背面应保持1/2弧柱长。(www.daowen.com)

横焊位置连弧焊时，应先在始焊部位上坡口面上引弧，待根部钝边熔化后，再将熔池引向下侧钝边。形成第一个熔池后，再穿透熔池，并立即采用斜椭圆形运条法运条。从坡口上侧向下侧的运条速度要慢一些，以保证熔敷金属与坡口面熔合良好。从坡口下侧向上侧的运条速度应略快一些，以防止熔化金属下淌，如图4-75所示。焊接过程中，接头背面应保持2/3弧柱长。熄弧时，应将电弧引到坡口上侧，并向后提起焊条收弧。

仰焊位置连弧焊时，为防止背面焊道产生内凹，应采用短弧焊，以利用电弧吹力托住熔池，并将一部分熔化金属送到接头的背面。应使新形成的熔池覆盖前一熔池约1/2。适当加快焊条移动速度，缩小熔池尺寸。此外应保持适当的焊条倾角，焊条与接头平面的夹角为90°，与焊接方向成70°～80°。焊接过程中，接头背面应保持2/3弧柱长。

各种位置连弧焊操作推荐的焊接参数见表4-38。

表4-38 各种位置连弧焊推荐的焊接参数

2）更换焊条时的收弧和接头方法。为更换焊条收弧时，应将焊条缓慢地向熔池后方的左侧或右侧移动一小段距离，随后将焊条提起收弧。接头时，先在距弧坑10～15mm处引弧，以正常的运条速度将焊条移至弧坑的中心，并压短电弧，当电弧穿透熔池后，作1～2s微小的摆动，然后将焊条拉高1～2mm，使其在熔化熔孔前沿的同时向前移动焊条。

在现代焊接生产中，目前也采用操作技术较简单的单面焊双面成形焊接法，即焊工一手握焊钳，另一手持焊接电流遥控器。焊接过程中可根据熔池的状态，随机调节焊接电流，以控制熔池的大小。在这种操作法中，弧长可始终保持不变。接头坡口间隙应等于焊条芯直径的一半。这种操作法对焊工技能要求较低，经短期的培训即可掌握。

2.管道对接环缝向下立焊操作技术

管道对接环缝向下立焊是指管道处于水平固定位置，采取自上而下运条操作方法的一种焊接技术。目前，这种操作技术都采用向下立焊专用的纤维素型焊条，可以用较高的焊接电流和较快的焊接速度完成焊接过程。这种焊条的药皮内含有大量的有机物质和较高含量的水分，电弧吹力很强，同时焊缝金属凝固速度很快，可以用向下立焊操作法高效、经济地进行管道对接环缝的焊接。此外，现代生产的纤维素型焊条，其焊缝金属具有很高的冲击韧度，因此也可以焊接低合金高强度钢制高压管道。

（1）管道对接环缝向下立焊操作技术要点

1）坡口形式及尺寸。管道对接环缝通常采用单面30°V形坡口。为实现封底焊道单面焊双面成形，接头的装配间隙和坡口钝边均应控制在1.6mm±0.3范围内。

2）管端边缘的清理。为保证焊缝质量，防止产生各种焊接缺陷，管端边缘在焊接前应仔细清理表面残留的油漆、涂料、环氧树脂等。清除接头表面的水分和冷凝水。管端内外表面25mm内应用砂轮打磨，露出金属光泽。

3）管道对接环缝的组装。为保证管道对接环缝的组装质量，使接缝的装配间隙和错边都在容许的范围之内，通常使用内撑式装配夹具，待根部焊道全部焊完后拆除。如果使用外圆夹紧装置，则应在封底焊道完成50％以上时拆除，且封底焊道每段长度应近似相等，在管道圆周上均布。

4）管道对接环缝的焊接顺序。管道对接环缝向下立焊采用多层多道焊技术，焊缝的层数取决于壁厚。当壁厚在3～12mm范围内时，焊缝层数为3～9层。焊接顺序示于图4-76。按其分布位置可分根部焊道、余热焊道、填充焊道和盖面焊道。

（2）管道对接环缝向下立焊操作方法 管道对接环缝向下立焊操作方法分根部焊道、余热焊道、填充焊道和盖面焊道操作方法。

图4-76 管道对接环缝焊接顺序

1—根部焊道 2—余热焊道 3、4—填充焊道 5—盖面焊道

1）根部焊道操作方法。根部焊道焊接时，应从管子中心线向右偏移5～10mm处起焊，从坡口面上引弧，然后将电弧引至起焊点。焊条在起焊点稍作停留，穿透钝边后以正常的速度向前移动。按经验，通常采用φ4mm焊条。直流反接，以拖焊操作法，即将焊条靠在坡口上向下拖行进行焊接。焊条在不同位置倾角的变化如图4-77所示。

如果接缝装配间隙符合要求，焊接电流适中，则在焊接过程中可以看到一个小的熔孔紧跟在焊条后面。如果看不到此熔孔，说明电弧未穿透坡口的钝边，则应采取下列措施：调高焊接电流，压低电弧电压，降低焊接速度和调整焊条倾角。如果熔孔尺寸太大，难以控制，则应降低焊接电流，加快焊接速度，调整焊条倾角和电弧长度（吹力）。

根部焊道常用的焊接电流范围为125～165A，可按操作熟练程度进行选择。

2）余热焊道操作法。采用向下立焊操作技术焊接的根部焊道通常成凸形，焊道两侧的槽沟极易嵌入熔渣。按常规，根部焊道焊接后，对其外表进行修磨，并清除槽沟内的熔渣，这就大大增加了辅助时间，降低了生产效率。

余热焊道是根部焊道焊完后立即在其上熔敷的次层焊道，相隔不应超过5min，其目的是利用根部焊道的余热，并选用较高的焊接电流（160～200A），以充分熔化根部焊道两侧可能存在的熔渣。

图4-77 管道对接环缝向下立焊时焊条倾角的变化

a）焊根处焊道的焊条倾角 b）焊盖面焊道的焊条倾角

余热焊道可采用直径φ4.0mm的纤维素型焊条，直流反接，焊接电流应高于160A。但不宜过高，否则会使焊条过热、影响熔化深度。运条方法可采取向下直拖，或稍作摆动。以短弧操作，焊条倾角与根部焊道焊接时相同（图4-77a）。

3）填充层焊道操作法。填充层是在余热焊道上填满坡口的焊道。焊道数取决于接头的壁厚。填充层焊道的焊接可以采用较大直径的焊条，通常选用φ5mm焊条，焊接电流可在160～200A范围内选取。运条方式可采取直线运条或稍作摆动，保持短弧操作。如果对焊缝金属提出较高的冲击韧度要求，应采用窄焊道技术，每层焊两道，以细化焊缝金属的组织。填充层应焊到与坡口边缘齐平，或略低于坡口边缘，使盖面层更容易操作。填充层焊接时的焊条倾角与根部焊道焊接的焊条倾角基本相同（图4-77a）。

4）盖面层焊道操作法。盖面层焊道的操作是决定焊缝外观质量的关键。通常采用φ5mm焊条和较低的焊接电流（150A），以获得均整的焊道外形。按坡口的宽度，焊条应作适当的摆动，焊道宽度应比坡口宽度每侧大1.5～2.0mm。更换焊条收弧时，焊条应慢慢抬起，以保证焊道接头平滑过渡。盖面层焊接时焊条在不同位置倾角的变化如图4-77b所示。

壁厚8～13mm大直径管线对接环缝向下立焊各层焊道的典型焊接参数示例于图4-78。

图4-78 壁厚8～13mm大直径管线对接环缝向下立焊典型焊接参数 （焊条型号：E4310、E5010）

3.水平固定管道对接全位置焊操作技术

水平固定管道对接接头焊条电弧焊是焊接工程中操作难度最大的工作。两个相焊的管子水平固定时，接头处于5G位置。焊接过程中管子不能旋转，焊接位置在不断变化，并可分成平焊区段、立焊区段和仰焊区段，如图4-79所示。因此这种接头的焊接称为水平固定管道对接全位置焊。

水平固定管道对接，按其运行条件，可以采用不加衬垫V形坡口对接或加衬垫V形坡口对接。无疑，前一种V形坡口对接比后一种操作难度要大得多，故本节只论述不加衬垫V形坡口对接接头全位置焊操作技术。

（1）水平固定管对接接头的焊接特点 水平固定管对接接头的焊接位置环绕管子的外圆而不断地变化，焊接过程中，焊工需随时调整焊条的角度，分区段调节焊接电流，操作难度较大。焊接熔池形状和大小不易控制，容易出现塌腰，焊瘤和根部未焊透等缺陷。

（2）水平固定管对接接头的组装和定位焊 水平固定管对接接头组装时应保证两管件中心线对准，装配间隙应按焊接操作法控制在规定的范围之内。如果采取先焊接头下半部的焊接顺序，则应将接头上半部间隙放大0.5～1mm，以抵消焊接收缩量。组装合格后应进行定位焊。定位焊缝的数量按管径大小而定，如图4-80所示。

由于定位焊缝处容易产生缺陷，为保证焊缝质量，降低操作难度、最好采用管件接头装配定位夹具。

图4-79 水平固定管道对接接头的焊接位置区段划分

S1—平焊 S2、S4—立焊S3—仰焊

图4-80 水平固定管对接接头定位焊缝的数目和部位

a）管径φ≤42mm b）φ＝42～76mm c）φ＝76～133mm

（3）水平固定管对接接头焊接操作方法

1）封底焊道的焊接。管件对接接头通常要求全焊透，因此封底焊道必须采用单面焊双面成形焊接技术。按经验，水平固定管对接接头封底焊道应从仰焊区段中心前移5～15mm处起焊（按管径大小选择，管径越小，前移量越大）。一般从仰焊区段的坡口面上引弧移至始焊点。当坡口根部局部熔化时，迅速压短电弧，将焊条端伸入坡口根部顶端，当电弧穿透钝边后，立即采用灭弧焊或连弧焊操作法向上焊接。应将坡口两侧钝边熔透，使焊道背面成形，并按仰焊、立焊、上坡焊、平焊的顺序将接头半个圆周焊完。为保证焊道接头质量，前半圈焊道应在水平位置最高点前移5～15mm熄弧，并使弧坑成斜坡形，便于后半圈焊道接头。焊接前半圈焊道时的焊条倾角如图4-81所示。

封底焊道后半圈的焊接顺序与前半圈相同，即从仰焊区段起焊。关键的操作技术是与前半圈焊道起始端和收尾端的接头。对于质量要求严格的管线，最好在焊接后半圈焊道之前将前半圈焊道的首、尾端用砂轮修磨成合乎要求的斜坡形，以使两半圈焊道的接头达到图4-82所示的良好状态。封底焊道的典型焊接参数见表4-39。

图4-81 前半圈焊道焊接时焊条倾角

图4-82 水平固定管接头两半圈焊道理想的接头状态

表4-39 水平固定管接头V形坡口封底焊典型焊接参数

注：表列焊接电流为平焊区段的焊接电流，仰焊区段的焊接电流应低5％～10％，立焊区段的焊接电流应低10％～15％。为便于焊接电流的调节，应使用带遥控器的焊接电源。

2）填充焊道和盖面焊道的焊接。填充焊道和盖面焊道焊接时，应采用与封底焊道相同的焊接顺序，并分两个半圈进行焊接。为易于控制焊接熔池，仍应选用小直径焊条，焊接电流可略大于封底焊道，一般控制在115～135A范围内。焊条横摆的幅度取决于坡口的宽度，并在坡口边缘稍作停留，以保证焊道与坡口侧壁熔合良好。为使盖面层焊道均整，应控制好最后一道填充层的焊缝外形，使其表面呈内凹形或平直形。