油氣管道環(huán)焊縫焊接技術(shù)現(xiàn)狀 及發(fā)展趨勢(shì)

摘要：介紹了我國(guó)長(zhǎng)輸油氣管道建設(shè)用管線鋼管及現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了管道用鋼管的焊接性特點(diǎn)，從半自動(dòng)焊和手工焊應(yīng)用方向、管道自動(dòng)焊應(yīng)用和質(zhì)量控制、無(wú)損檢測(cè)方法的選擇和技術(shù)進(jìn)步、焊接缺欠檢測(cè)、驗(yàn)收和施工組織的技術(shù)進(jìn)步五個(gè)方面分析了國(guó)內(nèi)外的技術(shù)差異，提出了我國(guó)今后管道現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。認(rèn)為自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊和低氫焊條手工焊仍將是管道建設(shè)的可選擇方法，但自動(dòng)焊技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛;將大力發(fā)展和綜合應(yīng)用多種檢測(cè)方法及數(shù)字化處理檢測(cè)結(jié)果的數(shù)字化無(wú)損檢測(cè)系，并越來(lái)越重視安全和經(jīng)濟(jì)兼顧的焊接缺欠評(píng)估手段的應(yīng)用。環(huán)焊縫焊接技術(shù)應(yīng)與鋼鐵冶金、鋼管制造、焊接材料研發(fā)和施工管理等作為一個(gè)技術(shù)體系進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理。

關(guān)鍵詞：油氣管道;環(huán)焊縫;焊接技術(shù)及質(zhì)量;焊接缺陷;無(wú)損檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TG457.6? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1001-2003（2020）09-0053-07

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.09.05

0? ? 前言

根據(jù)我國(guó)中長(zhǎng)期油氣管網(wǎng)規(guī)劃，2025年我國(guó)計(jì)劃建設(shè)的長(zhǎng)輸管線總長(zhǎng)將達(dá)到24萬(wàn)km，其中天然氣、原油、成品油管道里程數(shù)分別達(dá)到16.3萬(wàn)km、3.7萬(wàn)km、4萬(wàn)km[1]。截至2019年底，我國(guó)已建油氣管道總長(zhǎng)超過(guò)14萬(wàn)km，其中天然氣管道約8萬(wàn)km，原油管道約3.5萬(wàn)km，成品油管道約3.0萬(wàn)km。我國(guó)天然氣市場(chǎng)主要在東部，資源地主要在西部，進(jìn)口天然氣的資源地主要在俄羅斯及中亞地區(qū)，因此我國(guó)輸油輸氣干線是以東西向及南北向的長(zhǎng)輸管線為主。隨著油氣管道輸量和運(yùn)距的不斷增加，管道建設(shè)越來(lái)越多地使用了大口徑 （ 如1 219 mm、

1 422 mm）、高鋼級(jí)（如X70、X80）的管線鋼管。

管線鋼的發(fā)展歷史表明，鋼管強(qiáng)度等級(jí)的提高源于在冶金成分設(shè)計(jì)和組分精確添加、軋制工藝和冷卻過(guò)程精確控制等方面取得的重大技術(shù)進(jìn)步。運(yùn)用上述生產(chǎn)工藝制造的管線鋼在解決冷裂紋方面優(yōu)勢(shì)明顯，但在環(huán)焊縫焊接過(guò)程中仍面臨一些母材焊接性方面的技術(shù)難點(diǎn)，如焊接熱影響區(qū)脆化和軟化、實(shí)際強(qiáng)度和冶金成分的差異性影響焊縫性能，及環(huán)焊接頭需具備等強(qiáng)、韌性或高強(qiáng)、韌性匹配要求等。

與管線鋼管的快速發(fā)展相比，焊接技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用則相對(duì)滯后，焊接材料的純凈度比母材差，環(huán)焊縫的焊接在很長(zhǎng)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(guó)開(kāi)始推廣應(yīng)用管道自動(dòng)焊技術(shù)，經(jīng)過(guò)近20年的不斷發(fā)展，如今在中俄原油二線管道工程和中俄東線天然氣管道工程的北段和中段，管道自動(dòng)焊技術(shù)的應(yīng)用比例接近100%，焊接質(zhì)量得到了很大的提升。

1 我國(guó)管線鋼及環(huán)焊技術(shù)的發(fā)展歷程

20世紀(jì)90年代，我國(guó)面臨著大規(guī)模建設(shè)高壓輸送管道的形勢(shì)，開(kāi)始考慮管線鋼生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題，并在“八五”期間建立了管線鋼標(biāo)準(zhǔn)體系，研發(fā)了L360～L450管線鋼管，成功應(yīng)用于塔中-輪南原油管道、陜京輸氣管道和庫(kù)鄯原油管道這3條管線工程。21世紀(jì)開(kāi)始，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)石油、天然氣等清潔能源需求的不斷上升，為滿足石油、天然氣年輸量需求，我國(guó)開(kāi)始了L485、L555管線鋼的研發(fā)和應(yīng)用工作，L485鋼管應(yīng)用于西氣東輸工程、L555鋼管應(yīng)用于西氣東輸二線管道工程，標(biāo)志著我國(guó)采用大口徑、厚壁、高壓力輸送管道的新篇章。我國(guó)高鋼級(jí)管線鋼起步較晚，但研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的速度快。隨著西氣東輸、陜京二線、西氣東輸二線、陜京三線等輸氣管線的建成，L485和L555管線鋼已在國(guó)內(nèi)天然氣干線管道大量應(yīng)用。目前，我國(guó)已開(kāi)發(fā)出L630、L690和L830等更高強(qiáng)度等級(jí)的管線鋼管，用20多年的時(shí)間走完了發(fā)達(dá)國(guó)家高鋼級(jí)管線鋼管40多年的研發(fā)進(jìn)程。國(guó)內(nèi)外管線鋼的發(fā)展與應(yīng)用如圖1所示。

環(huán)焊縫焊接工藝的發(fā)展歷程如圖2所示，經(jīng)歷了傳統(tǒng)焊、鐵粉低氫焊條下向焊、纖維素焊條下向焊、自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊，及熔化極氣體保護(hù)自動(dòng)焊的發(fā)展歷程，焊接合格率的統(tǒng)計(jì)方法逐漸從按缺陷長(zhǎng)度所占比例變?yōu)榘床缓细窈缚跀?shù)量所占比例，一次焊接合格率從83%上升到90%（部分工程甚至達(dá)到92%及以上）。另外，先進(jìn)焊接方法帶來(lái)的勞動(dòng)強(qiáng)度的降低、施工效率的大幅度提高等，都標(biāo)志著環(huán)焊縫焊接技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)和焊接質(zhì)量的不斷提高[3]。

2 管線鋼及其環(huán)焊技術(shù)的工程應(yīng)用

管線鋼和環(huán)焊技術(shù)在我國(guó)油氣管道應(yīng)用的里程碑工程如表1所示。1992～1996年期間首次應(yīng)用了國(guó)產(chǎn)的L360、L415和L450管線鋼管。1999年10月至12月期間，在澀寧蘭天然氣管道工程中完成了8.7 km國(guó)產(chǎn)L485鋼管的試驗(yàn)段工程建設(shè)，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了2002年西氣東輸管道工程L485管線鋼管和管道自動(dòng)焊技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用。2005年3月在西氣東輸冀寧支線管道工程中完成了5.37 km的國(guó)產(chǎn)L555鋼管試驗(yàn)段工程建設(shè)，奠定了L555管線鋼管規(guī)模化應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)。2008年西氣東輸二線管道工程應(yīng)用了L555管線鋼管。2016年10月，管徑1 422 mm、設(shè)計(jì)壓力12 MPa的L555鋼管在中俄東線天然氣管道工程中開(kāi)始應(yīng)用，這是國(guó)內(nèi)迄今為止鋼級(jí)、管徑和設(shè)計(jì)壓力最高的天然氣管道工程，焊接方法主要為氣保護(hù)實(shí)心焊絲的內(nèi)焊機(jī)和雙焊炬外焊機(jī)自動(dòng)焊，連頭、山區(qū)等特殊焊口則采用了手工鎢極氬弧焊與氣保護(hù)藥芯焊絲的單焊炬外焊機(jī)自動(dòng)焊的組合工藝。

1988年10月，由中石油管道局引入的鐵粉低氫型焊條下向焊的環(huán)焊縫焊接工藝在中滄天然氣道建設(shè)中首次應(yīng)用。1995年9月，自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝在庫(kù)鄯線原油管道工程中國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用，完成了160 km的試驗(yàn)段工程。1996年，纖維素焊條下向根焊和鐵粉低氫焊條下向填充蓋面焊的混合工藝在陜京線天然氣管道工程中首次應(yīng)用。1998年12月，國(guó)產(chǎn)熔化極氣保護(hù)自動(dòng)焊技術(shù)在鄭州義馬煤氣管道中首次應(yīng)用。1999年11月，中石油管道局二公司引進(jìn)的英國(guó)NOREST熔化極氣保護(hù)自動(dòng)焊技術(shù)在港京復(fù)線天然氣管道中首次應(yīng)用。需要指出的是，國(guó)產(chǎn)自動(dòng)焊首次應(yīng)用的根焊方法是銅襯墊內(nèi)對(duì)口器的強(qiáng)迫成型方法，進(jìn)口自動(dòng)焊首次應(yīng)用的根焊方法是纖維素焊條手工焊，兩種自動(dòng)焊的填充蓋面均為實(shí)心焊絲和單焊炬外焊機(jī)。管道自動(dòng)焊技術(shù)在2002年的西氣東輸管道工程中得到了廣泛應(yīng)用，完成了670 km的焊接任務(wù)，約占焊接工作總量的17.2%。2008年西氣東輸二線管道建設(shè)中，規(guī)模化應(yīng)用了坡口機(jī)現(xiàn)場(chǎng)切削坡口、內(nèi)焊機(jī)自動(dòng)根焊和雙焊炬外焊機(jī)自動(dòng)焊等系列自動(dòng)焊裝備和技術(shù)。2016年開(kāi)始的中俄原油二期管道工程和中俄東線天然氣管道工程建設(shè)過(guò)程中，管道自動(dòng)焊的應(yīng)用比例大幅度提升，分別達(dá)到了68.8%和100%。

3 管道用鋼管的焊接性特點(diǎn)

與同等強(qiáng)度的傳統(tǒng)鋼相比，管線鋼的主要特點(diǎn)是碳含量和碳當(dāng)量低，其強(qiáng)化手段不是增加碳含量和合金元素含量，而是通過(guò)晶粒細(xì)化來(lái)達(dá)到提高強(qiáng)韌性的目的。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中所得鋼的晶粒尺寸小于50μm，最小可達(dá)10μm，滿足了石油和天然氣工業(yè)的需求，管線鋼的高強(qiáng)度高韌性和低碳當(dāng)量為其提供了優(yōu)良的焊接性，降低了冷裂紋和熱裂紋的敏感性傾向[4]。但由于鋼的組織是超細(xì)晶粒，在焊接熱作用下晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力很大，必然導(dǎo)致熱影響區(qū)（HAZ）晶粒嚴(yán)重粗化，從而帶來(lái)HAZ脆化和軟化的問(wèn)題，這將影響整個(gè)接頭性能與母材性能的匹配。管道用鋼管的焊接性特點(diǎn)如下：

（1）管線鋼焊接冷裂紋敏感性低。

管線鋼具有超細(xì)晶粒組織，淬硬傾向小，且較低的碳含量和碳當(dāng)量明顯改善了其冷裂敏感性，減小了冷裂紋傾向，尤其是降低了焊接熱影響區(qū)的冷裂紋傾向。

（2）管線鋼焊接熱裂紋敏感性低。

熱裂紋通常是由于母材稀釋而引起的，即主要出現(xiàn)在熔合比相對(duì)較大的根部焊道上，或出現(xiàn)在焊速過(guò)高所引起的過(guò)于拉長(zhǎng)的收弧弧坑處等。管線鋼的合金含量很低，夾雜物（如S、P）含量低且偏析相對(duì)較少，通常不易發(fā)生熱裂紋。

（3）管線鋼焊接熱影響區(qū)軟化和脆化現(xiàn)象。

焊接加熱過(guò)程中要向接頭區(qū)域輸入很多熱量，對(duì)焊縫附近區(qū)域形成加熱和冷卻過(guò)程，這將導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大或析出強(qiáng)化、形變硬化消失，從而引起熱影響區(qū)硬度、強(qiáng)度、韌性、耐蝕性等的變化。焊接時(shí)熱影響區(qū)的化學(xué)成分一般不會(huì)發(fā)生明顯的變化，不能通過(guò)改變焊接材料來(lái)進(jìn)行調(diào)整，因此，管線鋼本身的化學(xué)成分和物理性能對(duì)焊接性具有十分重要的意義。

（4）管線鋼不適宜采用焊后熱處理工藝。

焊后熱處理有可能導(dǎo)致管線鋼晶粒長(zhǎng)大，從而惡化管線鋼管和焊縫金屬的力學(xué)性能，因此很少要求對(duì)管線鋼管及其環(huán)焊縫進(jìn)行焊后熱處理。對(duì)超細(xì)晶粒的管線鋼而言，焊后熱處理的唯一目的是松弛殘余應(yīng)力，必要時(shí)消除應(yīng)力的熱處理溫度必須小于600 ℃或考慮機(jī)械消除應(yīng)力的措施。

（5）管線鋼的焊縫金屬具有一定的冷裂紋和熱裂紋敏感性。

當(dāng)前階段部分焊材的碳含量、碳當(dāng)量及S、P等雜質(zhì)含量高于管線鋼，不符合焊接材料應(yīng)比母材更純凈的焊接理念。由于焊接材料碳當(dāng)量高，使得氫更容易固溶到焊縫金屬中，導(dǎo)致在焊縫中出現(xiàn)冷裂紋。

另外，由于部分焊接材料的熔敷金屬合金成分設(shè)計(jì)不當(dāng)，如S、P等雜質(zhì)元素含量較高，Ni、B等元素含量過(guò)高或合金比例不當(dāng)?shù)龋梢l(fā)焊縫金屬中的橫向或縱向熱裂紋。

（6）高鋼級(jí)管線鋼的環(huán)焊接頭強(qiáng)韌性匹配成為難點(diǎn)。

管線鋼是通過(guò)晶粒細(xì)化、相變強(qiáng)化、析出強(qiáng)化等方法的結(jié)合，獲得中間態(tài)的細(xì)晶粒組織，使得其同時(shí)具體高強(qiáng)度和高韌性。而焊接過(guò)程受焊接冶金機(jī)理的局限，焊縫金屬組織是鐵素體、珠光體及粒狀貝氏體等平衡態(tài)的柱狀晶組織，焊縫金屬需要在高強(qiáng)度和高韌性之間尋求平衡點(diǎn)。這使得管線鋼尤其是高鋼級(jí)管線鋼的環(huán)焊縫焊接，需要進(jìn)行焊接材料、焊接方法及焊接工藝的合理選擇，以獲得與母材性能相當(dāng)?shù)暮附咏宇^。

（7）管線鋼和管件鋼的焊接性具有差異性。

油氣管道工程中，通常在主線路管道上使用形變熱處理態(tài)的管線鋼，在熱煨彎管、三通、匯管、支管臺(tái)等位置仍使用調(diào)質(zhì)態(tài)的傳統(tǒng)鋼，稱為管件鋼。由于管線鋼和管件鋼的交貨狀態(tài)不同，其冶金成分、強(qiáng)化機(jī)制均有很大的不同，使得兩者的焊接性存在較大的差異。與管線鋼相比，管件鋼的碳含量和碳當(dāng)量較高，冷裂紋敏感性較大，需要考慮更為嚴(yán)格的焊接工藝措施。

4 國(guó)內(nèi)外管道環(huán)焊技術(shù)的差異及展望

4.1 半自動(dòng)焊和手工焊的應(yīng)用方向

自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊接工藝在印度、泰國(guó)、墨西哥、俄羅斯、阿根廷、沙特阿拉伯及伊朗、伊拉克、蘇丹等國(guó)家均有所應(yīng)用，表2為其中的部分管道工程信息。

中石油1995年承建的突尼斯天然氣管道工程和1996年建設(shè)的庫(kù)鄯線輸油管道工程，是自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊在我國(guó)的最早應(yīng)用。由于該方法的環(huán)境適應(yīng)性好、焊接工藝性優(yōu)良、合格率及施工效率高，1999年以后的油氣管道建設(shè)中自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，并成為環(huán)焊縫焊接的主要方法。2013年以后的X80、X70等高鋼級(jí)管道建設(shè)中，發(fā)現(xiàn)自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊的焊縫金屬存在著顯著的低溫沖擊韌性離散現(xiàn)象。有研究認(rèn)為，這與焊縫金屬中數(shù)量較多、尺寸粗大的M-A組元，以及分布在晶界的鏈狀M-A有關(guān)，也與焊縫中氮含量過(guò)高有關(guān)。而大量M-A組織的出現(xiàn)，一方面是由于焊材中的Al含量高，另一方面是由于母材中的淬透性元素，如Nb、Cr、Mo等元素含量。因此，高鋼級(jí)管道建設(shè)中應(yīng)謹(jǐn)慎使用自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊。

未來(lái)我國(guó)的油氣管道建設(shè)在口徑較小、強(qiáng)度等級(jí)較低的管線鋼管現(xiàn)場(chǎng)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的工藝仍將是可選擇的焊接方法。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，也會(huì)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，需合理限定管線鋼管的冶金成分，并嚴(yán)格遵守薄層多道焊的半自動(dòng)焊工藝原則，以確保環(huán)焊接頭的力學(xué)性能滿足工程要求。

4.2 全自動(dòng)焊的應(yīng)用與焊接質(zhì)量控制

20世紀(jì)70、80年代，國(guó)外已采用自動(dòng)焊裝備進(jìn)行管道建設(shè)，目前應(yīng)用最廣泛的國(guó)外自動(dòng)焊裝備包括美國(guó)CRC-evans公司的PFM坡口機(jī)、IWM內(nèi)焊機(jī)、P260單焊炬外焊機(jī)以及P625雙焊炬外焊機(jī)，焊接工藝主要采用內(nèi)焊機(jī)根焊+外焊機(jī)填充蓋面，在北美、歐洲、非洲、亞洲、俄羅斯、澳大利亞、中東等全世界范圍的陸地管道中規(guī)模應(yīng)用;法國(guó)Serimax 公司的PFM坡口機(jī)、MAXILUC帶銅襯對(duì)口器、Saturnax系列的外焊機(jī)，焊接工藝主要采用帶銅襯對(duì)口器+外焊機(jī)根焊+外焊機(jī)填充蓋面[5]。

中國(guó)全自動(dòng)焊焊接裝備的主要廠家有中國(guó)石油天然氣管道局工程有限公司和四川熊谷，其技術(shù)先進(jìn)性與國(guó)外基本持平，包括同步漲緊技術(shù)、快速定位技術(shù)、坡口加工技術(shù)、內(nèi)根焊技術(shù)、對(duì)接搭接技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電弧跟蹤技術(shù)等，在無(wú)線傳輸技術(shù)方面甚至超過(guò)了國(guó)外同類產(chǎn)品。但由于加工、材料等基礎(chǔ)工業(yè)的差別，在裝備的使用可靠性和耐用性方面與國(guó)外先進(jìn)水平相比存在一定差距。

從近3年國(guó)產(chǎn)自動(dòng)焊裝備在國(guó)家重點(diǎn)管道建設(shè)中的應(yīng)用效果來(lái)看，管道自動(dòng)焊的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越顯著。隨著中國(guó)科技力量的不斷加強(qiáng)及國(guó)家對(duì)安全、環(huán)保、高效、高質(zhì)管道建設(shè)要求的不斷提升，自動(dòng)焊裝備將會(huì)成為管道建設(shè)的首選。

4.3 無(wú)損檢測(cè)方法的選擇和技術(shù)進(jìn)步

在油氣管道工程建設(shè)過(guò)程中，常用的無(wú)損檢測(cè)方法包括目視、射線、超聲、磁粉、滲透檢測(cè)等，每種檢測(cè)方法因所依據(jù)的物理原理不同而具有特定的適用范圍，僅用一種檢測(cè)方法不足以得出確定的結(jié)果，也很難或無(wú)法實(shí)現(xiàn)被檢對(duì)象的完整評(píng)估，往往需要根據(jù)不同情況同時(shí)使用兩種或多種無(wú)損檢測(cè)方法，才能對(duì)結(jié)構(gòu)異常做出可靠判斷。同時(shí)，還應(yīng)選擇與焊接工藝相適應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)方法和檢測(cè)工藝進(jìn)行焊接缺欠控制，如氣保護(hù)實(shí)心焊絲自動(dòng)焊的主要焊接缺欠是未熔合和氣孔，宜選用全自動(dòng)超聲波檢測(cè)（AUT）方法;氣保護(hù)藥芯焊絲自動(dòng)焊的主要焊接缺欠是氣孔和夾渣，宜選用射線檢測(cè)（RT）方法，或含有TOFD功能的相控陣超聲波檢測(cè)（PAUT）方法;焊條電弧焊的主要焊接缺欠是夾渣和氣孔，宜選用射線檢測(cè)，或含有TOFD功能的相控陣超聲波檢測(cè)（PAUT）方法。

一些無(wú)損檢測(cè)方法的結(jié)果記錄情況較差、甚至沒(méi)有（如目視、磁粉和滲透檢測(cè)往往沒(méi)有記錄，手動(dòng)超聲波檢測(cè)的可重復(fù)性和監(jiān)督性差），因此同一道環(huán)焊縫的多種無(wú)損檢測(cè)結(jié)果難以實(shí)現(xiàn)綜合分析。當(dāng)前的油氣管道建設(shè)過(guò)程中越來(lái)越多地使用了數(shù)字化射線檢測(cè)（DR）、數(shù)字化超聲波檢測(cè)（AUT、PAUT、TOFD等）等方法，克服了檢測(cè)數(shù)量大、不易存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)重現(xiàn)性差、復(fù)審難度大、檢測(cè)效率低等問(wèn)題，提高了缺陷識(shí)別能力以及缺陷定量、定位的精度，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和專家診斷，減少缺陷漏判、誤判。

未來(lái)的管道建設(shè)中還將大力發(fā)展數(shù)字化無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的建立，通過(guò)對(duì)目視、滲透、磁粉、射線、超聲等檢測(cè)結(jié)果采用數(shù)字化采集、數(shù)字系統(tǒng)處理、缺陷識(shí)別、準(zhǔn)確定量等數(shù)字化處理手段，優(yōu)化無(wú)損檢測(cè)工藝和保證無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量，提高檢測(cè)質(zhì)量和效率，提高管道環(huán)焊縫服役可靠性。

4.4 焊接缺陷的檢測(cè)與驗(yàn)收

北美、歐洲的陸地和海洋管道采用自動(dòng)焊方法時(shí)，使用與AUT檢測(cè)方法相結(jié)合的工程臨界評(píng)估（ECA）法，對(duì)環(huán)焊縫中的焊接缺陷進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)收。通過(guò)ECA得到的缺陷臨界尺寸與DNV-OS-F101和AP1104等標(biāo)準(zhǔn)中可接受缺陷的范圍進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，ECA的缺陷可接受范圍要大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其意義在于使得原本需要返修的焊接接頭不用返修，降低了返修率，節(jié)約了成本，提高了施工效率。

中國(guó)的海洋管道工程接受ECA方法，但陸地管道工程目前還不接受ECA方法，環(huán)焊縫缺陷的檢測(cè)和驗(yàn)收是按質(zhì)量驗(yàn)收的方法來(lái)執(zhí)行的，執(zhí)行國(guó)家或行業(yè)的無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50818-2013或SY/T 4109-2013。這在很大程度上限制了管道自動(dòng)焊效率和質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮，同時(shí)對(duì)含有非危害性缺欠的環(huán)焊縫進(jìn)行大量返修，實(shí)際上帶來(lái)了更大的安全隱患。

基于斷裂力學(xué)的ECA方法，不僅在“合于使用”的前提下保證了焊接接頭的安全性，可極大提高施工效率，并且在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，是一種安全且兼顧經(jīng)濟(jì)性的缺陷評(píng)估手段。隨著油氣管道工程建設(shè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，ECA方法的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。

4.5 管道施工組織的技術(shù)進(jìn)步

為保證管道環(huán)焊縫的焊接效率和質(zhì)量，應(yīng)將環(huán)焊縫焊接技術(shù)與鋼鐵冶金、鋼管制造、焊材生產(chǎn)、工程設(shè)計(jì)和施工管理等作為一個(gè)技術(shù)體系進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理。如鋼板或卷板的冶金成分和軋制工藝設(shè)計(jì)時(shí)考慮其焊接性，在降低冷裂紋和熱裂紋敏感性的同時(shí)避免熱影響區(qū)軟化和脆化;制管過(guò)程的管端不圓度和制管焊縫錯(cuò)邊量、管周長(zhǎng)偏差等滿足焊接組對(duì)要求，減小對(duì)坡口加工和組對(duì)的精度影響;研發(fā)專用的焊接材料，提高焊材的純凈度和工藝穩(wěn)定性，通過(guò)焊接材料的質(zhì)量一致性來(lái)保證焊接過(guò)程穩(wěn)定，確保焊接質(zhì)量;設(shè)計(jì)和勘察過(guò)程中采取降坡、取直的設(shè)計(jì)思路，滿足自動(dòng)焊施工對(duì)地形的要求;合理布置檢測(cè)工作站與焊接工作站的距離，保證無(wú)損檢測(cè)能夠及時(shí)反饋焊接質(zhì)量信息。

5 結(jié)論

我國(guó)擁有的石油天然氣長(zhǎng)輸管道里程逐年增長(zhǎng)，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，這對(duì)管道現(xiàn)場(chǎng)焊接施工技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，也使得高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫的質(zhì)量與安全問(wèn)題突顯，成為制約高鋼級(jí)管道發(fā)展的瓶頸。與國(guó)外相比，我國(guó)目前的管道現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)和質(zhì)量管控上存在著技術(shù)方面的差異性。

在未來(lái)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(lái)越廣泛。而焊接缺欠的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，將大力發(fā)展和應(yīng)用數(shù)字化無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)多種檢測(cè)方法的綜合應(yīng)用及檢測(cè)結(jié)果的數(shù)字化處理來(lái)提高檢測(cè)質(zhì)量和效率。同時(shí)，管道工程界越來(lái)越重視安全和經(jīng)濟(jì)兼顧的焊接缺欠評(píng)估手段的應(yīng)用。

為保證油氣管道環(huán)焊縫的焊接效率和質(zhì)量，應(yīng)將環(huán)焊縫焊接技術(shù)與鋼鐵冶金、鋼管制造、焊接材料研發(fā)和施工管理等作為一個(gè)技術(shù)體系進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理。

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Current situation and development trend of girth welding technology

for oil and gas pipeline

SUI Yongli

（National Engineering Laboratory of Oil and Gas Pipeline Transportation Safety， China Academy of Petroleum Pipeline Sciences Co.， Ltd.， Langfang 065000， China）

Abstract：? This paper introduces the development and application status of pipeline steel pipe and field welding technology for long-distance oil and gas pipeline construction in China， points out the weldability characteristics of pipeline steel pipe， analyzes from five aspects： application direction of semi-automatic welding and manual welding， application and quality control of pipeline automatic welding， selection and technical progress of nondestructive testing methods， inspection and acceptance of welding defects and technical progress of construction organization. The technical differences between domestic and foreign countries are pointed out， and the development trend of pipeline field welding technology in China in the future is put forward. It is considered that semi-automatic welding with self shielded flux cored wire and manual welding with low hydrogen electrode will still be the alternative methods for pipeline construction， but the application of automatic welding technology will be more and more extensive; we will vigorously develop and comprehensively apply a variety of testing methods and digital nondestructive testing system for processing test results， and pay more and more attention to the application of welding defect assessment means which takes both safety and economy into account. Girth welding technology should be coordinated and managed as a technical system with iron and steel metallurgy， steel pipe manufacturing， welding material research and development and construction management.

Key words： oil and gas pipeline; girth weld; welding technology and quality; welding defect; nondestructive testing