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四、焊接连接焊接连接是管道中应用最广泛的连接方法，各种钢管、铜管、铅管等均可焊接。焊接连接是将管子接口处及焊条加热，达到使金属熔化的状态，而使两个被焊件连接成一整体。焊接的方法很多，但在燃气管道上最常用的是手工电弧焊、氧—乙炔气焊与氩弧焊。焊接的优点是焊口牢固、耐久，严密性好，焊缝强度一般可达到管子强度的85％以上，甚至超过母材强度；管段间直接焊接，不需要接头配件，构造简单，成本低，管路整齐美观，使用后运行可靠，不需要经常维修，施工进度快，劳动强度低。(一)气焊气焊是用氧、乙炔的混合气体燃烧进行焊接，其燃烧温度可达到3100～3300℃，工程上借助这个化合过程所放出的高温化学热熔化金属进行焊接。气焊常用的材料和设备如下：1．电石(CaC)。电石是石灰和焦炭在电炉中焙烧化合而成，电石与水作用分解产生乙炔气(C2H2)。电石在空气中能吸收水分而分解，所以要贮存在铁桶中并盖严密。2．氧气。要求纯度达到98％以上。氧气厂生产的氧气是以15MPa的压力注入氧气瓶内，以供使用。3．焊条。焊条的金属成分应与管材金属成分一致。焊条表面应干净无锈，无油脂和其他污垢。4．氧气瓶及减压器：(1)氧气瓶是储存和运输氧气的一种高压容器，一般采用低合金钢或优质炭素钢制成。满瓶氧气的压力为15MPa，可储存氧气7m3。(2)减压器是将瓶内高压氧气调节成工作需要的低压氧气，并保持输出的压力稳定。氧气瓶与减压器均忌沾油脂；不可放在烈日下曝晒，应存放在阴凉处并远离火源；与乙炔发生器要有5m以上距离，以防发生安全事故。5．乙炔发生器：钟罩式乙炔发生器(见图5—2—7)在工地应用较多，属于低压式(乙炔压力0．025～O．03MPa)发生器。钟罩中的电石篮子沉入水中后即产生乙炔气，乙炔气聚集在钟罩内并使钟罩浮起，电石亦由水中提起，停止产生乙炔。随着乙炔的消耗，钟罩内压力降低，钟罩与电石再次落入水中，电石与水接触又产生乙炔气。如此循环，直至电石反应完毕。钟罩上端装有橡胶防爆膜，当发生回火或温度太高时，防爆膜即爆破，以防发生爆炸事故。滴水式乙炔发生器是采取向电石滴水产生乙炔气，调节滴水量可以控制产气量。这种发生器既节省电石，又比较安全。当用气量大和用气点多时，可设集中式乙炔发生站，将乙炔气装入钢瓶，运至各用气点使用。图5-2-7钟罩式乙炔发生器乙炔是具有爆炸性的气体，使用时应严格遵守安全操作规程，防止发生爆炸事故。乙炔发生器距建筑物不应小于5m；周围要严禁烟火；要配置保险罐，防止焊炬回火；钟罩式发生器要经常更换清水，避免产气处温度过高而爆炸。6.橡胶管。橡胶管必须具有足够承受气体压力的能力，并应质地柔软、重量轻，以便于操作。目前使用的橡胶管是用优质橡胶夹着麻织物或棉织纤维制成的。氧气胶管能承受2MPa的气体压力，呈黑色或绿色，一般胶管内径为8mm，外径为18mm。乙炔胶管能承受0．5MPa的气体压力，表面呈红色，一般胶管的内径为8mm，外径为16mm。胶管长度一般为30m。橡胶管应可靠地固定在焊炬、减压器和乙炔发生器的接头处，并应经常作气密性试验检查。在用新的胶管时，应先将管内壁的滑石粉吹干净，防止焊炬被堵。胶管不得沾染油脂。7．焊炬。焊炬又称焊枪，它将氧气和乙炔气按一定比例混合，并以一定速度喷出燃烧，产生适合焊接要求的、燃烧稳定的火焰。应用最多的是吸射式焊炬。吸射式焊炬的构造原理：如图5—2—8所示，当开启氧气阀5，具有一定压力的氧气便经氧气导管进入喷嘴4，并高速喷入射吸管3，使喷嘴同空间形成负压，而将乙炔导管7中的乙炔(打开乙炔阀8时)吸入射吸管3，经混合气管2充分混合后由焊嘴1喷出点燃而成火焰。图5-2-8射吸式焊炬构造原理图1-焊嘴；2-混合气管；3-射吸管；4-喷嘴；5-氧气阀；6-氧气导管；7-乙炔导管；8-乙炔阀管道焊接多使用H01—6焊炬。该焊炬有5个焊嘴。1～5号焊嘴孔径分别为O．9mm、1．0mm、1．1mm、1.2nun、1．3mm，供焊接厚为2～6mm低炭钢板(或钢管)时更换使用。射吸式焊炬规格见表5—2—13。表5-2-13射吸式焊炬规格型号焊接钢板厚度(mm)压力(MPa)可换焊嘴个数焊嘴孔径范围(mm)焊炬总长度(mm)氧气乙炔H01-20.5～20.1～0.250.01～1.250.5～0.9300H01-62～60.2～0.450.9～1.3400H01-126～120.4～0.751.4～2.2500H01-2012～200.6～0.852.4～3.26008．气焊。管道气焊采用对接，当管壁厚度大于3．5mm时，必须开坡口，坡口形式与尺寸见表5—2—14。表5-2-14气焊对口型式及组对要求(mm)氧—乙炔焊一般适用于外径小于或等于57mm、壁厚小于或等于3．5mm的碳素钢管道焊接。焊接低碳钢气焊条常用H08、H08A等，气焊条的直径为2～4mm焊条的直径要根据焊件厚度而定，如果焊条直径太小，而焊件较厚，在焊接时焊件尚未熔化而焊条却已熔化下滴，这就会造成熔合不良。相反，如果焊条直径过大，则为了使焊条熔化就需较长的时间加热，从而焊件热影响区过大，降低了焊缝的质量。气焊的焊接方式，按操作位置的不同，可分为平焊、立焊、仰焊。管道固定焊口，气焊包括了这三种焊法，比较难焊，立焊宜由下向上焊，采用较细的焊条；仰焊较难，焊炬和焊条更要配合适当，同时焊炬要不断地离开熔池，严馅控制熔池温度，以使焊缝不过烧或形成焊瘤。应尽量减少固定焊口。采用滚动焊接，由于管子可以自由转动，焊缝熔池始终可以控制在方便的位置施焊。(二)电弧焊接电弧焊接可分为自动电弧焊接和手工电弧焊接。大直径管口的焊接用自动电弧焊可保证焊接质量和速度，又可节省劳动力。目前手工电弧焊应用较广。手工电弧焊采用直流电焊机或交流电焊机均可。用直流电焊机焊接时电流稳定，焊接质量好，但施工现场往往只有交流电源，如采用直流电焊接，需用整流机将交流电变为直流电。为了使用方便，故施工现场一般采用交流焊接。1．电焊机与工具。燃气管道工程常用交流电焊机，它的构造简单，结实耐用，价格便宜，容易检修。电焊机山变压器、电流调节器及振荡器等组成。电焊变压器是为了保证安全，将焊接电压降至安全电压。常用电源的电压为220V或380V，经过电焊变压器变压后输出电压降为55～65V的安全电压，供焊接使用。电流调节器。由于焊件的厚薄不同，需对焊接电流进行调节。焊接较薄的焊件用小电流和细焊条，焊厚焊件用大电流和粗焊条。焊薄焊件用过大电流时，容易将焊件烧穿；而焊较厚的焊件用过小的电流时，则焊不透。所以电流过大或太小均影响焊接质量。振荡器用以提高电流的频率，将电源的频率由50Hz提高到250kHz；使交流电的交变间隔趋于无限小，增加电弧稳定性，以利焊接和提高焊缝质量。电焊钳用来夹持焊条并传导电流。焊工手持电焊钳进行焊接，要求电焊钳必须有良好的导电性，长时间使用不发热，能在各个方向上夹住各种直径的焊条，绝缘性能好，重量轻等。常用电焊钳的规格见表5—2—15。表5—2—15常用电焊钳规格型号适用最大电流(A)适用焊条直径(mm)适用电缆规格(mm)全长(mm)重量(kg)G3523002～5直径0.213×1672根2400.45G5825004～8直径0.3×1700根2900.70电焊软线是连接电焊机与焊件、焊机与焊钳的，一般是紫铜线外包橡胶绝缘层而成。电焊软线应具有良好的导电性和绝缘性，并有足够的长度和适当的截面积。选用时依据焊接电源来选用，见表5—2—16。表5—2—16焊接软线选用表导线截面积(mm2)25355070最大允许电流(A)140175225280面罩的作用是用以挡住飞溅的金属和电弧中的有害光线，以保护眼睛和头部。面罩有头戴式和手握式两种。面罩上的护目玻璃是用来降低电弧光的强度和过滤红外线、紫外线；焊工通过护目玻璃观察熔池，掌握焊接过程。为了防止护目玻璃被飞溅金属损坏，应在护目玻璃前另加普通玻璃。护目玻璃常用牌号与性能见表5-2-17。表5—2—17护目玻璃牌号与性能玻璃片号颜色深浅用途11最暗供电流大于350A时焊接用10中等供电流在100～350A焊用9较浅供电流小于100A时焊接用手套是用来保护焊工的双手不受弧光和飞溅金属的损伤，并有绝缘作用，一般用皮革、帆布制成。另外，还有尖头榔头、钢丝刷等，用以清理焊渣等。2．手工电弧焊。在购-电极之间的气体中，长时间的强烈放电称电弧。电弧放电时会产生大量的热量并发出强烈的光线。电弧焊就是利用电弧放热来熔化焊条和焊件而进行焊接的。电弧由阴极、弧柱和阳极组成。见图5—2—9。电弧产生于焊条1与焊件2之间，阴极部分3位于焊条末端，阳极4位于焊件表面，弧柱部分5呈锥形，弧柱四周被弧焰6包围。弧柱中心温度可达6000℃～7000℃。常用的引弧方法有；接触引弧法：将焊条垂直与焊件碰击，然后迅速将焊条离开焊件表面4～5mm，即产生电弧。擦火引弧法：将焊条像擦火柴一样擦过焊件表面，迅速将焊条提起，距焊件表面4～5mm，产生电弧。图5-2-9焊接电弧示意图1-焊条；2-焊件；3-阴极部分；4-阳极部分；5-弧柱部分；6-弧焰熄弧：熄弧时应将焊条端部逐渐往坡口边斜前方拉，同时逐渐抬高电弧，以逐渐缩小熔池，从而减少液体金属和降低热量，使熄弧处不产生裂纹、气孔等。焊件本身的金属称为基本金属，焊条熔滴过渡熔池的金属称为焊着金属；由于电弧的吹力，使焊件底部形成一个凹坑叫熔池。焊。着金属与基本金属在高温下熔合，冷却后形成焊缝。焊缝表面覆盖的一层渣壳叫焊渣。焊条熔化末端到熔池表面的距离称弧长。基本金属表面到熔池底部的距离称作熔深。如图5—2—10所示。图5-2-10电弧焊过程1-焊件；2-焊渣；3-焊缝；4-熔池；5-焊条；6-电弧长；7-熔深运条方法：焊接时焊条同时存在3个基本动作，即直线动作，横向摆动、焊条送进动作。如图5—2—11所示。横向摆动几种简单的横摆形象动作图形，如图5—2—12所示。在实际操作中，应根据熔池形状、大小的变化，灵活调整运条动作，使三者协调好。将熔池控制在所需的形状与大小范围内，不应受上述图形的约束。直线动作的快慢代表焊接速度，焊接速度的变化主要影响焊缝金属横截面积。焊条送进动作代表焊条熔化的快慢，可通过改变电弧长度来调节熔化的快慢。弧长的变化将影响焊缝的熔深和熔宽。图5-2-11运条三动作Va—横向摆动速度；Vb—直线焊接速度；Vc—焊条送进速度；图5-2-12横向摆动(a)—多用于各种位置焊接的第一层及薄板焊接；(b)、(c)—多用于平焊、立焊、仰焊的表面焊接；(d)—适用于平焊的表面焊接；(e)—适用于横缝接3.焊接工艺的选择。首次使用的钢，若无齐全的该钢材焊接性能试验报告，应进行焊接性能试验。焊接性能试验可参照现行的有关标准。在确定钢材的焊接性能后，应验证拟定的焊接工艺能否获得预定的焊接接头机械性能，应进行焊接工艺评定。管道的焊接工艺评定宜参照现行的《压力容器焊接工艺评定》(JB3964)执行。施焊前，应根据工艺试验结果编制焊接工艺说明书。焊接工作应根据焊接工艺说明书进行，其主要内容包括：焊接材料、焊接方法、坡口型式及制备方法、焊口组对要求及公差、焊缝结构型式、焊接电流种类和极性、指定检验方法等。4．焊条。焊条应与钢管的化学成分及机械性能相近，工艺性能良好。焊条的存放应做到防潮、防雨、防霜、防油类侵蚀。焊条在使用前应按出厂证明书的规定或下列要求烘干：(1)低氢型焊条烘于温度为350～400℃，恒温时间应为1h；(2)超低氢型焊条烘干温度为400～450℃，恒温时间应为1h；(3)纤维素型下向焊条烘干温度为70～80℃为宜，不得超过100℃，恒温时间应为0．5～lh；(4)经过烘干的低氢型焊条，应放入温度为100～150℃的恒温箱内，随用随取；(5)现场用的焊条，应放在保温筒内；(6)经烘干的低氢焊条(不包括在恒温箱内存放的焊条)，次日使用时应重新烘干，重新烘干次数不得超过两次；若发现焊条有药皮裂纹和脱皮现象，不得用于管道焊接。纤维索型下向焊焊条施焊时，一旦发现焊条药皮严重发红，该段焊条应报废。5.电源种类及极性。当使用钛钙型结422、低氢型结506焊条时