長輸油氣管道高強(qiáng)度管線鋼管現(xiàn)場焊接技術(shù)

隋永莉

(中國石油天然氣管道科學(xué)研究院油氣管道輸送安全國家工程實(shí)驗(yàn)室，河北 廊坊 065000)

0 前言

截至2013年底，我國已建成長輸油氣管道總里程達(dá)10.6萬km，覆蓋31個(gè)省區(qū)市和特別行政區(qū)，使近10億人口受益。其中，天然氣管道6萬km，原油管道2.6萬km，成品油管道2萬km。至此，我國形成了橫跨東西、縱貫?zāi)媳?、連通海外的油氣管網(wǎng)格局，成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和造福民生的能源動(dòng)脈。長輸油氣管道的輸量和運(yùn)距都不斷增加，管道建設(shè)越來越多地使用大口徑(如1 016 mm、1 219 mm)、高強(qiáng)韌性(如X70、X80)的管線鋼管。高強(qiáng)度管線鋼是低碳微合金控軋控冷的產(chǎn)物，在我國研究開發(fā)和應(yīng)用起步較晚，但發(fā)展速度較快，現(xiàn)已開發(fā)出X70、X80、X90和X100等強(qiáng)度等級(jí)的管線鋼管，且在化學(xué)成分設(shè)計(jì)、合金含量控制、軋制工藝和鋼管制造等方面日益完善，并在解決焊接冷裂紋和焊接熱影響區(qū)(HAZ)脆化等方面優(yōu)勢(shì)明顯。

與管線鋼管的快速發(fā)展相比，相應(yīng)的焊接技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用則相對(duì)滯后，環(huán)焊縫焊接在很長一段時(shí)間內(nèi)都是以纖維素焊條手工焊和自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊為主。2001年西氣東輸管道工程建設(shè)期間，我國開始推廣應(yīng)用管道自動(dòng)焊技術(shù)，至今采用引進(jìn)的國外設(shè)備和研發(fā)的國產(chǎn)設(shè)備累計(jì)焊接管道長度約2 600 km，占我國自2000年以來管道建設(shè)總里程不足10%。

1 我國管線鋼管的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 管線鋼管的發(fā)展

在20世紀(jì)50年代～70年代，我國管道建設(shè)用鋼管主要為Q235和16Mn，其焊接性較差。1971年根據(jù)工程建設(shè)需要，我國與日本簽訂了TSK52管線鋼的訂貨協(xié)議，并在以后的近二十年時(shí)間內(nèi)從日本進(jìn)口了數(shù)百萬噸的TSK52鋼板用于石油天然氣管道建設(shè)。管道工程界稱這種管線鋼板為“日本16Mn”。

20世紀(jì)90年代，面臨大規(guī)模建設(shè)高壓輸送管道的形勢(shì)，開始考慮管線鋼生產(chǎn)的國產(chǎn)化。我國管道技術(shù)人員赴日考察時(shí)發(fā)現(xiàn)，TSK52管線鋼就是API標(biāo)準(zhǔn)的控制軋制微合金化管線鋼。我國在美國石油學(xué)會(huì)(API)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上重新修訂了石油天然氣輸送管線鋼訂貨標(biāo)準(zhǔn)，并在“八五”期間開展了冶金和石油系統(tǒng)的聯(lián)合攻關(guān)，成功研制和開發(fā)了X52～X65管線鋼。20世紀(jì)90年代建設(shè)的鄯烏輸氣管線、陜京輸氣管線和庫鄯輸油管線，采用的熱軋板卷就是由國內(nèi)兩個(gè)鋼廠生產(chǎn)的X52、X60和X65。目前我國超過十家鋼廠具有生產(chǎn)管線鋼的能力，但限于原料、裝備和技術(shù)水平的不同，其性能指標(biāo)方面有較大差異。

1999年，籌建西氣東輸管道工程時(shí)決定采用X70管線鋼管，由此開始了X70管線鋼管的開發(fā)工作。2000年9月X70螺旋縫埋弧焊管首次應(yīng)用于澀寧蘭管道X70試驗(yàn)段，2001年9月第一批X70螺旋縫埋弧焊管應(yīng)用于西氣東輸工程新疆段。西氣東輸工程和陜京二線天然氣管道工程標(biāo)志著我國采用大口徑、厚壁、高壓輸送管的新起點(diǎn)。

西氣東輸管道工程后，我國開始了關(guān)于X80直縫鋼管和螺旋縫鋼管的研究和應(yīng)用攻關(guān)。國內(nèi)鋼廠和管廠相繼成功開發(fā)了X80螺旋縫埋弧焊管和直縫埋弧焊管，2005年3月X80鋼管首次應(yīng)用于西氣東輸冀寧支線管道工程X80試驗(yàn)段，2008年12月第一批X80鋼管應(yīng)用于西氣東輸二線管道工程中。西氣東輸二線管道工程和陜京三線天然氣管道工程翻開了我國大口徑、厚壁、高壓輸送管應(yīng)用的新篇章，體現(xiàn)了世界油氣輸送管道的最高水平。

1.2 管線鋼管的應(yīng)用

API標(biāo)準(zhǔn)的管線鋼是基于低C－Mn－Si合金化發(fā)展起來的，以鐵素體/珠光體鋼和鐵素體/針狀鐵素體鋼兩種組織類型為基礎(chǔ)。近年研發(fā)的X100、X120則是第三種組織類型，是在針狀鐵素體基體上含有少量馬氏體和粒狀貝氏體的組織。我國管線鋼在應(yīng)用過程中，由于冶金理論和軋制技術(shù)的進(jìn)步，冶金設(shè)計(jì)理念發(fā)生了較大變化，但依然采用上述組織類型。

我國早期管線鋼生產(chǎn)過程中采用冶金設(shè)計(jì)思路，B和X42鋼為低C－Mn－Si，X52～X70鋼為在低C－Mn－Si的基礎(chǔ)上添加小于0.065%的單微合金元素或復(fù)合微合金化，還可添加少量的Cu、Ni、Cr等元素來確保不同厚度及軋制工藝下的管線鋼力學(xué)性能。

隨著管線鋼制造技術(shù)的進(jìn)步，X65、X70和X80這些高強(qiáng)度管線鋼的冶金設(shè)計(jì)有兩種主要的技術(shù)思路。其一為以低C－Mn－Si為基礎(chǔ)添加少量的Cu、Ni、Cr等元素，再添加少量Mo，與適當(dāng)?shù)目剀埧乩涔に嚱Y(jié)合可獲得鐵素體/針狀鐵素體組織;其二為以低C－Mn－Si的基礎(chǔ)上添加少量的Cu、Ni、Cr等元素，再添加總量不超過0.11%的Nb，也可獲得鐵素體/針狀鐵素體組織，這種設(shè)計(jì)可在較高的終軋溫度條件下實(shí)現(xiàn)鋼板生產(chǎn)。

1.3 高強(qiáng)度鋼管的焊接技術(shù)難點(diǎn)

管線鋼的發(fā)展歷史表明，鋼級(jí)的提高一方面是依靠冶金成分設(shè)計(jì)技術(shù)的突破，另一方面是精確控制合金含量、控制軋制和加速冷卻等冶煉、軋制工藝的改進(jìn)。這使得管線鋼在解決冷裂紋和HAZ脆化現(xiàn)象方面優(yōu)勢(shì)明顯，但在焊接過程中面臨下列一些新的技術(shù)難點(diǎn)。

(1)鋼的屈強(qiáng)比增加，應(yīng)變硬化能力降低。

隨著管線鋼強(qiáng)度的提高，屈強(qiáng)比增加。高屈強(qiáng)比表明鋼的應(yīng)變硬化能力降低，使管線抗側(cè)向彎曲能力降低，因而管線在土質(zhì)不穩(wěn)定區(qū)、不連續(xù)凍土區(qū)及地震帶等地區(qū)的不安全性增大。這對(duì)環(huán)焊接頭提出了更為嚴(yán)格的要求，如焊接接頭具有高強(qiáng)匹配、更高的低溫沖擊韌性和斷裂韌性等性能。

(2)鋼的合金化元素含量增加，焊接性有所降低。

為提高管線鋼的強(qiáng)度，需要添加較多的合金元素及一些微合金化元素。如X65鋼的碳當(dāng)量約為0.31 ～0.35，X70 鋼的碳當(dāng)量約為 0.36 ～0.38，X80鋼的碳當(dāng)量約為0.42～0.46。因添加了較多的合金元素，焊接過程中受母材熔合比的影響，將對(duì)焊接工藝穩(wěn)定性和焊接熱影響區(qū)、焊縫金屬的強(qiáng)度、韌性、硬度等綜合性能產(chǎn)生影響。這對(duì)焊接坡口形式設(shè)計(jì)、焊接工藝參數(shù)制定和焊接材料選擇提出了更高的要求。

(3)焊接熱影響區(qū)(HAZ)脆化和軟化現(xiàn)象。

焊接過程中，由于焊后冷卻速度低于軋制冷卻期間冷卻速度，晶粒長大及微合金元素形成的第二相質(zhì)點(diǎn)溶解，使高強(qiáng)度管線鋼的HAZ脆化和軟化。X70鋼的脆化和軟化現(xiàn)象并不顯著，但X80及以上級(jí)別管線鋼比較明顯，特別是焊接熱輸入量較大時(shí)，脆化和軟化現(xiàn)象更為嚴(yán)重。這對(duì)焊接工藝控制提出了較高的要求，要嚴(yán)格控制焊前預(yù)熱溫度，嚴(yán)格控制焊接熱輸入量在較小的范圍之內(nèi)。

(4)環(huán)焊接頭與母材的強(qiáng)韌性匹配成為難點(diǎn)。

管線鋼是低碳微合金控軋及加速冷卻的產(chǎn)物，有較高的力學(xué)性能。而焊縫是由電弧熔化凝固的“鑄態(tài)”組織，其強(qiáng)韌性匹配關(guān)系遠(yuǎn)低于經(jīng)過TMCP處理的鋼管，要達(dá)到與母材等強(qiáng)相當(dāng)困難。但為了保證長輸管道的安全可靠，環(huán)焊縫需滿足一定的強(qiáng)韌性指標(biāo)要求。隨著高強(qiáng)度管線鋼管的大規(guī)模應(yīng)用，迫切需要研發(fā)配套的高強(qiáng)度、高韌性實(shí)心焊絲，藥芯焊絲，焊條等焊接材料。

(5)根焊技術(shù)成為制約焊接質(zhì)量和施工效率的關(guān)鍵。

隨著管線鋼管強(qiáng)度等級(jí)的提高，碳當(dāng)量顯著增加，焊接冷裂紋敏感性也相應(yīng)加大。高強(qiáng)度管線鋼管進(jìn)行現(xiàn)場施工時(shí)，首先要求根焊工藝能夠有效避免焊接裂紋、內(nèi)咬邊和熔合不良等缺陷，保證根部焊接質(zhì)量，同時(shí)具有良好的焊接工藝性能和高的焊接效率。

2 我國管道現(xiàn)場焊接技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 管道現(xiàn)場焊接技術(shù)的發(fā)展

我國鋼質(zhì)管道環(huán)焊縫焊接技術(shù)經(jīng)歷了幾次大的變革。20世紀(jì)70年代采用傳統(tǒng)焊接方法——上向焊的低氫型焊條手工焊工藝，該方法特點(diǎn)是可適應(yīng)的管口組對(duì)間隙大，焊接過程中采用斷弧操作法，焊層厚度大，焊接效率低，目前主要用于站場的小口徑工藝管道及一些返修焊縫的焊接。

20世紀(jì)80年代推廣焊條電弧焊下向焊工藝，采用纖維素型焊條和低氫型焊條下向焊。該方法特點(diǎn)是管口組對(duì)間隙小，焊接過程中采用大電流、多層、快速焊的操作方法，焊層厚度薄，焊接效率高。焊條電弧焊靈活簡便、適應(yīng)性強(qiáng)，同時(shí)由于焊條工藝性能的不斷改進(jìn)，其熔敷效率、力學(xué)性能仍能滿足當(dāng)今管道建設(shè)的需要。

20世紀(jì)90年代應(yīng)用自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝，該方法的特點(diǎn)是抗風(fēng)能力極強(qiáng)，焊接時(shí)不需要保護(hù)氣體，由送絲機(jī)構(gòu)連續(xù)送絲，焊工采用手持半自動(dòng)焊槍施焊。其采用的焊接電流和焊接速度較焊條電弧焊增加較多，在提高熔敷效率的同時(shí)，減少了接頭數(shù)量，焊接合格率大大提高。這種焊接方法的設(shè)備投資不小，利用率高，投資回收期短，且在焊接質(zhì)量、生產(chǎn)效率、降低焊材消耗、節(jié)約能源等方面優(yōu)勢(shì)明顯，非常符合我國的低成本焊接自動(dòng)化理念，在我國管道工程建設(shè)中的應(yīng)用發(fā)展最為迅速。

從2001年開始，隨著管道建設(shè)用鋼管強(qiáng)度等級(jí)的提高、管徑和壁厚的增大，在管道焊接施工過程中逐漸開始應(yīng)用熔化極氣體保護(hù)自動(dòng)焊工藝。該方法的特點(diǎn)是焊接接頭綜合性能優(yōu)良，對(duì)施工組織管理要求高，焊接過程受人為因素影響小，焊接效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，對(duì)于大口徑、厚壁鋼管以及惡劣氣候條件下的管道建設(shè)具有很大潛力。隨著自動(dòng)焊應(yīng)用平臺(tái)的逐步成熟，管道自動(dòng)焊的焊接質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益都將得到不斷提高，并逐漸成為管道建設(shè)的主要現(xiàn)場焊接方式。

自2010年開始進(jìn)行更高效率、更優(yōu)質(zhì)量、更好節(jié)能的新型管道自動(dòng)焊技術(shù)的研發(fā)工作，相繼開展了激光－電弧復(fù)合焊、單炬雙絲電弧焊、多焊炬(6炬及以上)外焊機(jī)熔化極氣保護(hù)電弧焊等自動(dòng)焊設(shè)備和技術(shù)的科研攻關(guān)，目前已形成樣機(jī)，并在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了大量的焊接試驗(yàn)，進(jìn)行設(shè)備和技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)。

2.2 現(xiàn)場焊接技術(shù)的應(yīng)用

目前，管道焊接施工采用的主要焊接工藝有纖維素焊條和自保護(hù)藥芯焊絲組合的半自動(dòng)焊工藝(SMAW+FCAW－S，通常稱為半自動(dòng)焊)，實(shí)心焊絲或金屬粉芯焊絲脈沖氣保護(hù)和自保護(hù)藥芯焊絲組合的半自動(dòng)焊工藝(PGMAW+FCAW－S，通常稱為半自動(dòng)焊)，實(shí)心焊絲氣保護(hù)自動(dòng)焊工藝(GMAW，通常稱為自動(dòng)焊)以及纖維素焊條和低氫焊條組合的手工焊工藝(SMAW，通常稱為手工焊)。

其中，纖維素焊條和自保護(hù)藥芯焊絲組合的半自動(dòng)焊工藝(SMAW+FCAW－S)主要用于X70及以下強(qiáng)度等級(jí)管線鋼管的焊接;實(shí)心焊絲或金屬粉芯焊絲脈沖氣保護(hù)和自保護(hù)藥芯焊絲組合的半自動(dòng)焊工藝(PGMAW+FCAW－S)主要用于X80鋼管的焊接。自20世紀(jì)80年代以來，纖維素焊條根焊一直是我國管道建設(shè)中廣泛采用的焊接方法，但根據(jù)X80鋼管焊接冷裂紋敏感性試驗(yàn)結(jié)果，為避免根焊產(chǎn)生焊接冷裂紋，X80鋼管的根焊推薦使用低氫型焊條、實(shí)心焊絲、金屬粉芯焊絲等低氫型焊材。實(shí)際工程應(yīng)用中，實(shí)心焊絲和金屬粉芯焊絲這兩種脈沖氣保護(hù)半自動(dòng)根焊方法由于熔敷效率較高，被用作主要的根焊工藝，而低氫型焊條根焊的效率低，只是在連頭和全壁厚返修的根焊中應(yīng)用。1999年以來，采用自保護(hù)藥芯焊絲組合的半自動(dòng)焊工藝?yán)塾?jì)完成的管道長度占我國管道建設(shè)總里程的85%以上。

實(shí)心焊絲氣保護(hù)自動(dòng)焊工藝(GMAW)主要用于φ1 016 mm以上大口徑管道的鋼管焊接，目前多在新疆、甘肅、內(nèi)蒙古等地區(qū)的地勢(shì)平坦、管道平直的施工段應(yīng)用。管道自動(dòng)焊系統(tǒng)主要包括坡口機(jī)、內(nèi)對(duì)口器與根焊焊機(jī)組合系統(tǒng)、外焊機(jī)三部分。其中，坡口機(jī)主要用于鋼管端部復(fù)合坡口的現(xiàn)場加工。內(nèi)對(duì)口器與根焊焊機(jī)組合系統(tǒng)，既可以是內(nèi)對(duì)口器與內(nèi)焊機(jī)的一體組合，也可以是內(nèi)對(duì)口器與專用根焊外焊機(jī)的設(shè)備組合。外焊機(jī)有單焊炬外焊機(jī)和雙焊炬外焊機(jī)等。管道自動(dòng)焊的焊接方法有“氣體保護(hù)+實(shí)心焊絲”(GMAW)、“氣體保護(hù)+金屬粉芯焊絲”(GMAW)和“氣體保護(hù)+藥芯焊絲”(FCAW－G)。焊接特性有直流平特性(GMAW)和直流脈沖特性(PGMAW)。

纖維素焊條和低氫焊條組合的手工焊工藝(SMAW)主要用于焊縫金屬的返修及站場小口徑工藝管道的焊接。其中，全纖維素焊條焊接工藝多用于鋼管強(qiáng)度等級(jí)較低、輸送壓力不大的輸水管道和輸油管道的環(huán)焊縫焊接。纖維素焊條根焊與低氫焊條填充蓋面的組合工藝常用于鋼管強(qiáng)度等級(jí)較高、輸送壓力較大的輸水管道、輸油管道及輸氣管道的焊接。低氫型焊條下向焊工藝在20世紀(jì)90年代的陜京管道建設(shè)期間得到了廣泛的應(yīng)用，但目前能夠熟練掌握其操作技能的焊工越來越少，相反低氫型焊條上向焊工藝的應(yīng)用相對(duì)較多。

2.3 現(xiàn)場焊接技術(shù)的特點(diǎn)

長輸油氣管道作為運(yùn)輸行業(yè)中一個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)，其獨(dú)特之處在于管道是相對(duì)固定的，輸送作業(yè)是連續(xù)性的，管道對(duì)地面建構(gòu)筑物或區(qū)域長期構(gòu)成威脅，且運(yùn)行中的潛在危險(xiǎn)不易發(fā)現(xiàn)。因此，管道質(zhì)量對(duì)其安全運(yùn)行和使用壽命非常重要，而管道焊接施工是影響管道質(zhì)量的重要因素之一。長輸油氣管道現(xiàn)場焊接施工的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為:

(1)施工場所流動(dòng)。

管道建設(shè)屬于野外施工，其施工作業(yè)點(diǎn)隨施工進(jìn)度不斷遷移。與工廠產(chǎn)品生產(chǎn)相比，增加了施工管理、質(zhì)量管理、安全管理等方面的難度。

(2)地質(zhì)條件和氣候條件復(fù)雜性。

我國西部地區(qū)多為戈壁和荒漠，冬季嚴(yán)寒、夏季炎熱、風(fēng)沙大、晝夜溫差大;西北部地區(qū)多為高原和丘陵，大氣壓力低、空氣密度小;中部地區(qū)主要為山脈、黃土和山間平原，山勢(shì)陡峭，河谷彎曲，地勢(shì)起伏較大;華東、華南東部地區(qū)則是高溫、多雨、潮濕的氣候條件，多為水網(wǎng)地區(qū)。在一條長輸管道的建設(shè)過程中，會(huì)遇到多種人文環(huán)境、地形地貌和氣候條件。

(3)焊接工藝多樣性。

施工單位沒有能力選擇理想的施工場地，在不同地形地貌、氣候條件，不同管徑、壁厚和不同施工技術(shù)能力等條件下，長輸管道的焊接施工要因地制宜選擇適用的焊接工藝來滿足工程質(zhì)量的需要。

(4)鋼管固定條件不穩(wěn)定。

建設(shè)管道施工組織時(shí)，為縮短管口組對(duì)和根部焊接時(shí)間，在前一道焊口完成根部焊接進(jìn)行熱焊時(shí)，下一道焊口開始組對(duì)。這樣管子的固定是不穩(wěn)定的，會(huì)產(chǎn)生一定的附加應(yīng)力。尤其是不同焊接施工作業(yè)機(jī)組相互間連接的最后一道焊口(連頭)，具有相當(dāng)大的應(yīng)力狀態(tài)。

(5)全位置焊接操作。

由于鋼管是水平固定的，管道焊接施工都是全位置的焊接操作。這對(duì)焊接設(shè)備、焊接工藝、焊接材料及焊工技能等都提出了較高的要求。

3 國內(nèi)外管道現(xiàn)場焊接技術(shù)的差異

3.1 焊接方法的選擇

國外管道工程建設(shè)過程中，采用自動(dòng)焊設(shè)備和技術(shù)焊接完成的管道長度占其管道建設(shè)總里程的80%以上，其余為焊條電弧焊、氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊。自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊在北美、歐洲等國家的管道建設(shè)中幾乎不使用，在東南亞、中東、俄羅斯、南美等國家的管道工程中有所應(yīng)用，但應(yīng)用比例一般不超過自動(dòng)焊。

在我國管道建設(shè)過程中，采用自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝完成的管道長度在管道建設(shè)總里程中占據(jù)了絕大多數(shù)，焊條手工焊和熔化極氣保護(hù)自動(dòng)焊的總和約為15%。半自動(dòng)焊工藝應(yīng)用的早期，焊接的母材多為X52、X60、X65這些正火狀態(tài)交貨的管線鋼管。隨著我國管道建設(shè)用鋼管的強(qiáng)度等級(jí)、管徑、壁厚和輸送壓力的提高，應(yīng)用的管線鋼管多為形變熱處理交貨狀態(tài)，合金含量較高，如X65、X70、X80，這些鋼管采用自保護(hù)藥芯焊絲焊接時(shí)，存在焊縫金屬夏比V型缺口低溫沖擊韌性離散的現(xiàn)象，一般認(rèn)為這與母材冶金成分、藥粉灌裝均勻性、焊接過程穩(wěn)定性、氣候環(huán)境潮濕等相關(guān)，增加了焊接質(zhì)量穩(wěn)定性控制的難度。

3.2 自動(dòng)焊技術(shù)的應(yīng)用

國外的管道自動(dòng)焊設(shè)備生產(chǎn)公司采用的是相似的生產(chǎn)經(jīng)營模式，即優(yōu)先作為承包商使用自己的設(shè)備和技術(shù)人員進(jìn)行管道焊接施工，自動(dòng)焊設(shè)備只租不賣或少賣。例如，目前世界各地約有70個(gè)機(jī)組租用美國CRC自動(dòng)焊設(shè)備，每天應(yīng)用中出現(xiàn)的問題都能及時(shí)反饋到CRC總部。PWT公司的設(shè)備和技術(shù)一直應(yīng)用于澳大利亞、俄羅斯、哈薩克斯坦等國家的長輸管道工程建設(shè)中。NOREAST的自動(dòng)焊設(shè)備和技術(shù)主要面對(duì)中東、俄羅斯、烏克蘭等大口徑石油天然氣長輸管道建設(shè)市場。RMS公司則主要面向加拿大石油天然氣長輸管道建設(shè)市場，其主要技術(shù)方向轉(zhuǎn)為雙焊炬，單焊炬產(chǎn)品已停產(chǎn)。

我國引進(jìn)自動(dòng)焊設(shè)備的方式主要為購買，技術(shù)培訓(xùn)和產(chǎn)品保質(zhì)期后生產(chǎn)商就不再免費(fèi)提供技術(shù)支持和產(chǎn)品售后服務(wù)。如需技術(shù)支持和售后服務(wù)要另外購買，價(jià)格昂貴。這使我國早期引進(jìn)的自動(dòng)焊系統(tǒng)技術(shù)落后、設(shè)備老化，沒有達(dá)到與國外設(shè)備和技術(shù)現(xiàn)狀的同步。在我國引進(jìn)的自動(dòng)焊設(shè)備中，意大利PWT根焊外焊機(jī)由于根焊缺欠率較高，且與半自動(dòng)根焊方法相比焊接效率提高不顯著，在西氣東輸和陜京二線管道工程后就較少使用。英國NOREAST、加拿大RMS及國內(nèi)較早研發(fā)的外焊機(jī)，目前的設(shè)備和技術(shù)基本停留在2001年的水平，部件老化嚴(yán)重，設(shè)備故障率高，現(xiàn)在也較少使用。

3.3 無損檢測技術(shù)的應(yīng)用

國外早期的管道建設(shè)采用的無損檢測方法為射線檢測。近40年來，隨著管道自動(dòng)焊技術(shù)的廣泛應(yīng)用，采用的無損檢測方法主要為自動(dòng)超聲波檢測設(shè)備和技術(shù)。在陸地及海洋管道施工現(xiàn)場，自動(dòng)超聲波檢測設(shè)備是以多探頭的自動(dòng)超聲波檢測方法為主。該方法與相控陣自動(dòng)超聲波檢測方法相比，都是通過沿軌道旋轉(zhuǎn)的小車讀取環(huán)焊縫缺欠信息，并采用計(jì)算機(jī)分析軟件判讀檢測結(jié)果，不同之處在于多探頭是通過多組超聲波探頭的合理排布，實(shí)現(xiàn)疊加聲束對(duì)焊接接頭全截面的掃查。

我國的管道建設(shè)采用的無損檢測方法主要為射線檢測和手動(dòng)超聲波檢測。自2000年以來，隨著管道自動(dòng)焊技術(shù)的應(yīng)用，開始與自動(dòng)焊技術(shù)配合使用自動(dòng)超聲波檢測。在實(shí)際工程中，常常規(guī)定采用射線檢測的方法對(duì)自動(dòng)超聲波檢測結(jié)果進(jìn)行復(fù)核。但由于這兩種檢測方法對(duì)不同類型缺欠的檢測靈敏度、對(duì)相同類型缺欠的評(píng)判準(zhǔn)則不同，使得難以對(duì)兩種檢測結(jié)果的矛盾之處做出合理抉擇。

4 我國管道現(xiàn)場焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 半自動(dòng)焊和焊條電弧焊仍將是管道建設(shè)的可選擇方法

在口徑較小、強(qiáng)度等級(jí)較低的管線鋼管現(xiàn)場焊接時(shí)，自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊和低氫焊條手工焊工藝仍將是主要的焊接方法。另外，受地理位置、地形條件、氣候環(huán)境等外界因素的限制，不利于進(jìn)行管道自動(dòng)焊施工的管道也將使用自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊和低氫焊條手工焊的工藝。但在應(yīng)用自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的管道段，需要對(duì)管線鋼管的冶金成分進(jìn)行必要限定，以確保環(huán)焊接頭的力學(xué)性能滿足工程要求。

4.2 管道自動(dòng)焊技術(shù)將成為未來管道建設(shè)的主要焊接方式

隨著自動(dòng)控制技術(shù)和電弧跟蹤技術(shù)的不斷完善，自動(dòng)焊設(shè)備設(shè)計(jì)模塊化和配件標(biāo)準(zhǔn)化，以及自動(dòng)焊應(yīng)用平臺(tái)的成熟，自動(dòng)焊操作將變得更容易，設(shè)備生產(chǎn)和維護(hù)保養(yǎng)將更加迅速和便捷，熟練的自動(dòng)焊操作工隊(duì)伍將不斷擴(kuò)大。這使得管道自動(dòng)焊技術(shù)越來越適應(yīng)石油天然氣長輸管道的現(xiàn)場焊接需求，其焊接質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益都將不斷提高，并逐漸成為大口徑、高鋼級(jí)管道建設(shè)的主要現(xiàn)場焊接方式。

4.3 追求更加有序、順暢的管道自動(dòng)焊施工組織方法

選擇購買國產(chǎn)設(shè)備或租用國外設(shè)備可以獲得良好的技術(shù)支持和售后服務(wù)，有利于管道自動(dòng)焊技術(shù)的大范圍應(yīng)用和持續(xù)發(fā)展。通過研發(fā)或引進(jìn)專用的焊接材料，與自動(dòng)焊設(shè)備配套使用，用焊接材料的高度質(zhì)量一致性來保證送絲過程平穩(wěn)和焊接電弧穩(wěn)定，確保自動(dòng)焊的焊接質(zhì)量。管道建設(shè)中，合理布置機(jī)組作業(yè)面、采用流水作業(yè)、協(xié)調(diào)工序銜接，保證焊接施工和無損檢測過程有序、順暢、高效。

5 結(jié)論

隨著對(duì)清潔能源需求的不斷增長，我國所擁有的石油天然氣長輸管道里程逐年增長，同時(shí)管道建設(shè)用鋼管的強(qiáng)度等級(jí)、管徑、壁厚和輸送壓力也在逐步提高，對(duì)管道現(xiàn)場焊接施工技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，也使高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫的質(zhì)量與安全問題突顯，成為制約高鋼級(jí)管道發(fā)展的瓶頸。與國外相比，我國目前的管道現(xiàn)場焊接存在著技術(shù)方面的差異性。在未來的管道建設(shè)中，自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊和低氫焊條手工焊工藝仍將是可選擇方法，但管道自動(dòng)焊技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。