中衛(wèi)-貴陽聯(lián)絡(luò)線工程山區(qū)返修焊接工藝

袁吉偉

(大慶油田工程建設(shè)有限公司 培訓(xùn)中心，黑龍江 大慶 163453)

中衛(wèi)-貴陽聯(lián)絡(luò)線工程山區(qū)返修焊接工藝

袁吉偉

(大慶油田工程建設(shè)有限公司 培訓(xùn)中心，黑龍江 大慶 163453)

在山區(qū)，沿地表鋪設(shè)的長輸管道會產(chǎn)生不同程度的彎曲，彎曲的管道將給焊接返修帶來一定困難。當(dāng)返修點位于焊口拉應(yīng)力位置時，切開焊縫金屬極易在切口處產(chǎn)生新裂紋，可采用吊管機(jī)等起重設(shè)備減小管道彎曲程度從而減小返修處的拉應(yīng)力。在中衛(wèi)-貴陽聯(lián)絡(luò)線干線工程中，通過對X80管線鋼焊縫返修工藝的分析，總結(jié)了在山區(qū)進(jìn)行返修的焊接經(jīng)驗和技術(shù)方法，確定了改善焊縫受力狀態(tài)、清除焊接缺陷以及施焊的具體措施，提高了焊縫返修的合格率。

X80；山區(qū)；焊縫返修

0 前言

中衛(wèi)-貴陽天然氣聯(lián)絡(luò)線工程是國家重點建設(shè)工程和全國天然氣管網(wǎng)布局“十一五”專項規(guī)劃項目。該聯(lián)絡(luò)線干線起自寧夏中衛(wèi)市常樂鎮(zhèn)，途經(jīng)寧夏、甘肅、陜西、四川、重慶、貴州六省市區(qū)，止于貴州省貴陽市花溪區(qū)，全線長約1607km，管道材質(zhì)為X80鋼，管徑為φ 1016mm×15.3mm，設(shè)計壓力10 MPa。沿線主要經(jīng)過黃土梁峁溝壑或河谷川臺區(qū)，如圖1所示。在施工過程中，不可避免地會產(chǎn)生焊接缺陷，地勢起伏造成管道彎曲，會在管壁產(chǎn)生各種應(yīng)力，增加了返修難度，因此山區(qū)焊縫返修工藝是一個值得高度重視的課題，如圖2所示。

1 焊接缺陷和焊縫返修

1.1 焊接缺陷

焊接缺陷可分為焊縫外部缺陷和內(nèi)部缺陷。外部缺陷是指產(chǎn)生在焊縫金屬的外表面、肉眼可直接觀察到的缺陷，如咬邊(見圖3中F處)、未熔合、表面氣孔、根部未焊透(見圖3中A點)、余高過高等。內(nèi)部缺陷是指產(chǎn)生在焊縫金屬內(nèi)部、無法用肉眼直接觀察，需要借助X射線或超聲波等檢測方法才能發(fā)現(xiàn)的缺陷，如氣孔(見圖3中D點)、夾渣(見圖3中B、E點)、未熔合、裂紋(見圖3中C點)等。

圖2 返修現(xiàn)場

1.2 焊縫返修

焊縫返修可分為全壁厚返修和非全壁厚返修。當(dāng)焊接超標(biāo)缺陷產(chǎn)生在距焊縫蓋面層大于2／3壁厚位置時(見圖3中A、B、C點)，必須采用全壁厚返修。當(dāng)焊接超標(biāo)缺陷產(chǎn)生在距蓋面層小于2／3壁厚位置時(見圖3中D、E、F處)，可采用非全壁厚返修。

2 山區(qū)返修焊接特點

山區(qū)的管道由于沿地表面鋪設(shè)會發(fā)生彎曲，在焊口處產(chǎn)生拉應(yīng)力。如果缺陷位于焊口拉應(yīng)力位置，返修時切開焊縫金屬，極易在切口處產(chǎn)生新裂紋。為防止新裂紋的產(chǎn)生，可采用吊管機(jī)等起重設(shè)備減小管道彎曲程度，即減小返修處的拉應(yīng)力。

山區(qū)施工時拉應(yīng)力主要有以下兩種：位于下凹地形底部的返修焊縫和位于凸起地形頂部的返修焊縫。對于前種情況，可采用吊管機(jī)將返修焊縫處的鋼管吊起一定高度，以減小返修處拉應(yīng)力，如圖4所示。對于后種情況，可采用吊管機(jī)將返修處的一側(cè)或兩側(cè)吊起一定高度，以緩解返修處拉應(yīng)力造成的不良影響，如圖5所示。

圖4 位于下凹地形底部的返修焊縫

圖5 位于凸起地形頂部的返修焊縫

吊管時要慢起慢落，返修焊接完成后，需用保溫被將焊口保溫，如圖6所示，吊管機(jī)要等到焊口完全冷卻后方可撤離，否則可能會因拉應(yīng)力過大而在返修處產(chǎn)生新的裂紋。

圖6 保溫被

3 焊前準(zhǔn)備

3.1 焊接設(shè)備選擇

選用成都熊谷電器工業(yè)有限公司的MPS-500多功能焊電源(見圖7)進(jìn)行打底、填充、蓋面焊接，還需要角向磨光機(jī)、砂輪片以及鋼絲輪等輔助工具。

3.2 焊接方法和材料的選擇

采用焊條電弧焊進(jìn)行返修，在切口形狀或根部間隙不太標(biāo)準(zhǔn)的情況下，該方法操作靈活。采用E7016焊條進(jìn)行打底焊接，E10018-G焊條填充、蓋面，直徑均為φ 3.2 mm，要求焊條在350℃～400℃恒溫烘干1 h，隨用隨取。

3.3 確定最佳返修方案

返修前，要確定焊接缺陷在焊道上所處的位置、長度和深度。返修處的長度應(yīng)大于50 mm，相鄰兩個返修處的距離如果小于50 mm，可按一處缺陷進(jìn)行返修，同一焊縫位置只允許返修一次。當(dāng)返修長度大于200 mm且缺陷深度距蓋面層大于2／3壁厚時，必須分段返修，如圖8所示。先返修b段，再返修a、c段，這樣可防止因一次打開的焊道過長而產(chǎn)生新裂紋。如果焊接缺陷處有拉應(yīng)力，必須采取相應(yīng)的措施來消除拉應(yīng)力。

圖7 熊谷MPS-500

圖8 分段返修

4 焊前預(yù)熱和層間溫度

4.1 非全壁厚返修

非全壁厚返修時，須對返修部位及其上下各100 mm范圍內(nèi)進(jìn)行局部預(yù)熱，預(yù)熱寬度為返修部位切口兩側(cè)各50mm。采用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度150℃～200℃，層間溫度100℃～200℃，如圖9所示。

圖9 火焰加熱

4.2 全壁厚返修

全壁厚返修時，須對整口進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱寬度為切口兩側(cè)各50 mm。預(yù)熱溫度150℃～200℃，層間溫度100℃～200℃。為節(jié)省時間，通常采用環(huán)形火焰加熱器、電加熱帶或中頻加熱器進(jìn)行預(yù)熱，如圖10所示。

圖10 全壁厚返修預(yù)熱方式

5 焊接缺陷打磨

5.1 打磨要求

預(yù)熱后才能對返修部位進(jìn)行打磨，如圖11所示。打磨過程中的溫度應(yīng)保持在100℃以上，當(dāng)溫度低于100℃時需要重新加熱，以防止產(chǎn)生新裂紋。

4.2 打磨技術(shù)措施

打磨時，先選用較厚的砂輪片，打磨寬度要大于原坡口寬度2 mm，便于發(fā)現(xiàn)缺陷。當(dāng)打磨深度超過2／3壁厚時，更換為較薄的切片，防止切口根部間隙過大而增加根焊難度。切口完成后，可以用焊條制作的小鉤子將兩側(cè)的毛刺清理干凈，防止根焊時產(chǎn)生單側(cè)或雙側(cè)未熔合。

在清除位于根部的缺陷時，可能會造成切口根部間隙過大，為此可以在切口根部兩側(cè)進(jìn)行補(bǔ)焊。先用打底焊條在切口根部兩側(cè)沿切口底邊各補(bǔ)焊一道，再用磨光機(jī)打磨平整。如果間隙仍過大，按照相同方法繼續(xù)補(bǔ)焊，直到根部間隙合適為止，該過程要防止產(chǎn)生平位過瘤或仰位內(nèi)凹。

圖11 缺陷打磨

6 主要焊接工藝參數(shù)

φ 1 016 mm×15.3 mm的X80管線鋼的返修工藝參數(shù)如表1所示。

表1 X80主要焊接工藝參數(shù)

7 返修根焊

根焊的整個焊接過程必須采用壓低電弧、小鋸齒形運條的方法，否則容易出現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷。

7.1 起弧

在切口一側(cè)處引燃電弧后，將電弧引至根部間隙處并下壓焊條，當(dāng)聽到“噗噗”聲，說明電弧已擊穿鈍邊，每側(cè)鈍邊熔化0.5～1.0 mm時形成熔孔，此時完成引弧進(jìn)入正常焊接階段。

7.2 收弧

收弧時電弧下壓，先增大熔孔，然后慢慢向后方一側(cè)切口帶弧約10 mm，衰減熄弧，形成一個緩坡形的弧坑，有利于下一根焊條的接頭并能夠防止出現(xiàn)冷縮孔。

7.3 接頭

更換焊條采用冷接法起弧。先將收弧處焊縫打磨成緩坡狀，在收弧坑后方10 mm處引弧，焊條角度60°～70°，作橫向鋸齒形向回運條，進(jìn)行預(yù)熱。電弧到達(dá)收弧中心時，下壓電弧稍做擺動，當(dāng)焊條端部將到達(dá)切口底部時，停留時間稍長，然后將電弧稍做提起，再進(jìn)行正常焊接。

8 填充和蓋面

8.1 返修填充

填充焊采用鋸齒形運條方法，焊條角度與根焊層相同，擺動幅度比根焊寬，電弧要短些，運條時兩側(cè)稍作停頓穩(wěn)弧，注意不能損壞坡口邊緣的棱邊。填充焊接時要迅速更換焊條，在弧坑上方約10 mm處引弧，然后把焊條拉至弧坑處，按弧坑的形狀將它填滿，再正常焊接。決不允許直接在焊條接頭處引弧，因為焊條端部裸露的焊心在剛引弧時，藥皮保護(hù)效果不好，最容易在引弧處產(chǎn)生密集氣孔。

每層施焊前應(yīng)將前一層的熔渣、飛濺、油污等清理干凈，并將焊條接頭處的焊瘤等打磨平整。填充層的填充厚度以低于切口邊緣1.0～1.5 mm為準(zhǔn)。

8.2 返修蓋面

蓋面層施焊前，應(yīng)將填充層的熔渣和飛濺等清理干凈。焊條角度和運條方法與填充焊相同，只是焊條水平橫向擺動的幅度更寬，當(dāng)擺至切口邊緣兩側(cè)時，電弧應(yīng)進(jìn)一步縮短，并要稍作停頓以避免咬邊。蓋面層的焊接要避免接頭處過高或焊縫脫節(jié)等缺陷。

9 結(jié)論

中衛(wèi)-貴陽聯(lián)絡(luò)線工程在施工的一年多時間里，共計返修焊口47道，返修的缺陷包括氣孔、夾渣、未熔合、咬邊、內(nèi)凹等，采用上述措施，合格率達(dá)到99%以上，證明了此焊接工藝的可行性。

[1]中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊(第2卷)——材料的焊接[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]國家機(jī)械職業(yè)教育熱加工類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會.金屬材料焊接[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

Repair welding techonology of Zhongwei-Guiyang tie-line project area

YUAN Ji-wei
(Training Center of Daqing Oilfield Engineering＆Construction，Daqing 163453，China)

In the mountains area，long distance pipelines laying under the surface may work different degrees of bending，the bending pipe pose a hardship to welding repair work.When you repair at the points of welding tensile stress position，cut the welding metal possibly produce new cracks at the incision，then you can use hanging pipe lifting equipment，which can reduce pipe bending so as to reduce pulling stress.In Zhongwei-Guiyang-tie-line link project，by the analysis of X80 technology of pipeline steel weld repair，the author have sum up the repair method of welding experience and technology in mountain areas，determine to the improve of weld stress，purge welding defects，do the welding of measures，improve the success rate of weld repair.

X80；mountain area；repair welding

TG457.6

B

1001-2303(2012)07-0090-04

2012-02-13

袁吉偉(1971—)，男，黑龍江大慶人，高級技師，主要從事焊接科研和培訓(xùn)工作。