不同條件下長輸管道焊接方法適應(yīng)性與安裝技術(shù)

秦東東

（中石化勝利油建工程有限公司 山東東營 257000）

摘要： 高壓和高密度輸送技術(shù)是大流量管道輸送技術(shù)的發(fā)展趨勢， 長輸管道亦正向大口徑、高壓力輸送方向發(fā)展。管道質(zhì)量對管道長期安全運(yùn)行和使用壽命至關(guān)重要， 而焊接技術(shù)是長輸管道建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)。近年來我國在長輸管道的焊接加工技術(shù)方面已具有成熟的手工下向焊接技術(shù)和半自動氣體保護(hù)焊技術(shù)， 全自動氣體保護(hù)焊技術(shù)的應(yīng)用正在起步， 亦因其焊接質(zhì)量高、再現(xiàn)性好， 使得這種自動焊接方法必將在長輸管道建設(shè)中獲得越來越廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 長輸管道；焊接方法；安裝施工；管道質(zhì)量

長輸管道焊接方法對長輸管道制造質(zhì)量至關(guān)重要，關(guān)系到其使用可靠性、運(yùn)行安全性。合理的選擇焊接方法和應(yīng)用相應(yīng)的焊接技術(shù)是保證長輸管道焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。根據(jù)長輸管道現(xiàn)場焊接特點和要求， 闡述了長輸管道現(xiàn)場焊接中的焊接方法及其生產(chǎn)現(xiàn)場使用情況， 對主要焊接方法的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

1 長輸管道現(xiàn)場施工條件對焊接要求

（1）流動性施工對焊接質(zhì)量的影響。長輸管道施工中的作業(yè)點隨施工進(jìn)度而不斷的發(fā)生變化， 所以對保證焊接質(zhì)量相對增加了難度。（2）長輸管道現(xiàn)場施工地形、地貌對焊接質(zhì)量有影響。長輸管道都會遇到多種地形、地貌， 其差異導(dǎo)致接管焊縫位置多樣化， 接口組對條件較差、焊縫間隙不易控制， 強(qiáng)制組對會產(chǎn)生較大約束應(yīng)力等都對焊接質(zhì)量有直接影響， 所以要因地制宜， 選擇不同的焊接方法來滿足工程需要。（3）氣候環(huán)境對焊接質(zhì)量影響。風(fēng)、雨、溫度、濕度等自然環(huán)境也對焊接質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。（4）全位置焊接工況條件較多， 施工場地狹窄，妨礙焊接操作的障礙物較多， 往往給施焊帶來不便。（5）機(jī)械化的焊接方法在現(xiàn)場適用性較差， 先進(jìn)的焊接技術(shù)在現(xiàn)場應(yīng)用的限制因素較多。

2 長輸管材現(xiàn)場焊接的要求

2.1 長輸管材材質(zhì)對焊接方法的要求

目前長輸管道用鋼主要是碳鋼和低合金鋼。對于碳鋼管線的焊接可選焊接方法很多， 但對管線低合金鋼焊接方法選擇則要注意焊接熱能量的輸入。對于X70 及以下的管線鋼， 可選擇手工焊、半自動焊或全自動焊接， 而對于 X70 以上的管線鋼， 較多選擇手工焊或某些特殊的自動焊接方法， 因為目前還不能生產(chǎn)工藝性能和綜合力學(xué)性能較好的自保護(hù)焊絲。對于輸送高含硫、鹵離子的石油天然氣而采用雙相不銹鋼、INCONY 合金時， 精確控制焊接時的熱輸入量對焊接質(zhì)量至關(guān)重要， 如對于 SFA2205 雙相不銹鋼， 如果不能保證鐵素體含量在 25%～50%間， 將不能保證管道的耐腐蝕要求。自動焊因其焊接線能量可以精確控制而使其成為這類鋼管成型的首要選擇。

2.2 管材規(guī)格對焊接技術(shù)的要求

對于大直徑薄壁管道（δ≤8 mm）采用全位置下向焊四層道即可完成焊接， 能夠充分體現(xiàn)其快速的優(yōu)點， 并獲得高的焊接合格率。對于大直徑厚壁管道（δ>8 mm）采用下向焊需大量增加焊接層道時， 則可考慮下向與上向焊結(jié)合的復(fù)合型焊接工藝。小口徑薄壁管則可考慮采用氬弧焊打底， 手工焊填充、蓋面的方法。在條件受限制時（如野外作業(yè)、裝備水平、施工成本等）， 可采用焊條電弧焊方法。不銹鋼管應(yīng)考慮其防腐蝕能力要求， 最好選用 TIG 焊或焊條電弧焊。

3 長輸管道焊接方法技術(shù)和應(yīng)用

3.1 手工下向焊方法和應(yīng)用

手工焊接方法克服了在野外較差自然條件下使用設(shè)備復(fù)雜、操作不便的不足， 被廣泛應(yīng)用于長輸管道現(xiàn)場焊接尤其是大直徑薄壁長輸管道的焊接。目前普遍采用的手工焊接方法主要是手工焊條下向焊和手工鎢極氬弧焊。

3.1.1 焊條電弧焊下向焊方法和應(yīng)用

目前焊條電弧焊下向焊方法已經(jīng)成熟， 并廣泛應(yīng)用于管道工程建設(shè)當(dāng)中。焊條電弧焊下向焊方法主要有全纖維素型下向焊、混合型下向焊、復(fù)合型下向焊等三種類型。其焊接順序示意如圖 1 所示。（1）全纖維素型下向焊。全纖維素型下向焊是國內(nèi)外普遍采用的一種焊接方法， 主要應(yīng)用于鋼材為 X70 以下的薄壁大口徑管道的焊接。其焊接速度快， 根焊性能好， 焊縫射線探傷一次合格率高。在管道建設(shè)中有一些區(qū)域，如水網(wǎng)地帶環(huán)境， 自動、半自動焊接設(shè)備不能進(jìn)入的區(qū)域。該方法焊接質(zhì)量的保證關(guān)鍵在于打底焊時要求單面焊雙面成形， 仰焊位置時防止熔滴在重力作用下出現(xiàn)背面凹陷和鐵水粘連焊條。我國早期下向焊均采用全纖維素型電焊條。（2）混合型下向焊?；旌闲拖孪蚝甘侵搁L輸管道現(xiàn)場組焊時， 采用纖維素型焊條打底焊、熱焊， 低氫型焊條填充、蓋面的手工下向焊方法。這種焊接方法主要用于鋼管材質(zhì)級別較高的管道和氣候環(huán)境惡劣、輸送酸性氣體極高的含硫油氣介質(zhì)管道的連接， 要求焊接接頭具有較好的低溫沖擊韌性的管道或者厚壁管道的焊接。通常的全纖維素型焊接方法難以達(dá)到管道接頭質(zhì)量要求， 而低氫型焊條的抗冷裂紋和沖擊韌性較纖維素型焊條要好， 但其熔化速度較慢。為保證管道力學(xué)性能符合要求， 同時盡可能的提高焊接速度， 因而選擇混合型下向焊方法。在 1996 年建設(shè)的陜京輸氣管道中首次采用了該方法， 取得了良好的焊接效果。（3）復(fù)合型下向焊。復(fù)合型下向焊是指根焊層和熱焊層采用下向焊方法， 填充、蓋面焊采用向上焊方法。其主要應(yīng)用于焊接壁厚較大的管道。與傳統(tǒng)的向上焊相比， 下向焊熱輸入低， 熔深較淺， 焊道較薄， 隨著鋼管壁厚的增加焊道層數(shù)也會迅速增加， 焊接時間和勞動強(qiáng)度將隨之加大， 單純的下向焊難以發(fā)揮其焊接速度快、效率高的特點。而打底焊、熱焊采用下向焊，填充焊與蓋面焊采用向上焊的復(fù)合型下向焊技術(shù)則可應(yīng)用兩種焊接方法的優(yōu)點， 獲得優(yōu)質(zhì)的管道焊縫質(zhì)量。在氣體保護(hù)半自動下向焊技術(shù)未應(yīng)用于管道建設(shè)之前， 大壁厚管道多采用復(fù)合型下向焊技術(shù)， 可大大提高生產(chǎn)效率。

3.2 半自動下向焊方法與應(yīng)用

國內(nèi)管道主體焊接中應(yīng)用成熟的半自動焊方法為纖維素焊條打底， 自保護(hù)藥芯焊絲或 CO2氣體保護(hù)焊絲進(jìn)行填充、蓋面。半自動下向焊方法主要分為藥芯焊絲自保護(hù)半自動下向焊和活性氣體保護(hù)半自動下向焊兩種。（1）藥芯焊絲自保護(hù)半自動下向焊。藥芯焊絲自保護(hù)半自動焊特別適用于戶外有風(fēng)場合， 靠藥芯高溫分解釋放出的大量氣體對電弧和熔池進(jìn)行保護(hù)， 同時有少量熔渣對熔池和凝固焊縫金屬進(jìn)行保護(hù)的一種高效優(yōu)質(zhì)焊接方法。藥芯焊絲的連續(xù)作業(yè)方式可減少焊接接頭數(shù)目， 提高焊縫質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率， 藥芯焊絲工藝性能優(yōu)良、電弧穩(wěn)定、成形美觀， 適合全位置管道焊接， 通過選擇一定牌號的藥芯焊絲含有的合適過渡元素， 力學(xué)沖擊韌性可得到極大提高。適宜野外作業(yè)， 但該方法在打底焊時， 焊根較易出現(xiàn)未熔合的缺陷， 為此要嚴(yán)格按工藝規(guī)范參數(shù)施焊。（2）CO2活性氣體保護(hù)半自動下向焊。CO2氣體保護(hù)焊是一種廉價、高效、優(yōu)質(zhì)的焊接方法。傳統(tǒng)短路過渡 CO2焊不能從根本上解決焊接飛濺大、控制熔深與成形的矛盾。在逆變焊機(jī)高速可控性基礎(chǔ)上， 采用波形控制技術(shù)的 STT（SurfaceTension Transfer）型 CO2半自動焊機(jī)， 熔滴過渡由液體表面張力完成， 電流電壓波形可控，?？捎糜谌恢脝蚊婧鸽p面成形的打底焊，但現(xiàn)場焊接需要防風(fēng)措施。STT 型 CO2半自動焊以其優(yōu)異的性能拓寬了 CO2半自動焊在長輸管道施工中的應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

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