天然氣長(zhǎng)輸管道焊接質(zhì)量的控制措施研究

袁常軒

（國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北京管道公司維搶修分公司，北京 102100）

石油天然氣的發(fā)展讓我國(guó)的長(zhǎng)輸管道朝著大口徑、高壓力和高級(jí)別的方向發(fā)展，且不同級(jí)別鋼的研制和應(yīng)用也對(duì)管道焊接提出了新的要求。對(duì)此，我們需要明確石油天然氣管道焊接的具體標(biāo)準(zhǔn)，明確管型選擇、需求等，然后從技術(shù)角度確定焊接過(guò)程中如何改進(jìn)質(zhì)量，如何保障材料性能。

1 天然氣長(zhǎng)輸管道焊接質(zhì)量影響因素

1.1 工藝技術(shù)

管道焊接本身要遵循相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與焊接工藝規(guī)程，這些都直接關(guān)系到管道焊接的質(zhì)量。例如，按照GB50236-2011的有關(guān)規(guī)定，焊接工藝評(píng)定需要在正式操作之前就完成。如果評(píng)定結(jié)果符合焊接工藝的具體要求，那么就能在給出報(bào)告前提下按照相關(guān)規(guī)程展開(kāi)施工?？梢钥吹竭@部分內(nèi)容是管道焊接操作時(shí)的主要依據(jù)，其中也規(guī)定了管道焊接方面的技術(shù)參數(shù)和人員操作要求，例如，焊接電流需要滿足一定的要求才能避免燒穿或咬邊缺陷，此時(shí)，焊接人員的操作技術(shù)也應(yīng)該達(dá)到相應(yīng)的水平，防止出現(xiàn)質(zhì)量缺陷和其他有關(guān)問(wèn)題。世界范圍內(nèi)的天然氣運(yùn)輸應(yīng)用最多的方法就是通過(guò)管道輸送所實(shí)現(xiàn)，所以相關(guān)的工藝技術(shù)直接關(guān)系到未來(lái)天然氣領(lǐng)域內(nèi)的高質(zhì)量發(fā)展。

1.2 焊機(jī)

管道焊接的過(guò)程中，焊機(jī)的型號(hào)與工藝的匹配程度會(huì)直接關(guān)系到長(zhǎng)輸管道焊接質(zhì)量，特別是電流和電壓的穩(wěn)定性與焊接電流整體效果之間密切相關(guān)。焊機(jī)設(shè)備作為專(zhuān)業(yè)性非常突出的工作儀器，使用的各類(lèi)儀器設(shè)備與焊機(jī)運(yùn)行情況都要進(jìn)行合理控制，確保焊機(jī)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)下。

1.3 材料與環(huán)境

焊接材料本身包含著諸多化學(xué)成分在管道焊接區(qū)域，如果材料不符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)或是局部應(yīng)用過(guò)于集中，此類(lèi)質(zhì)量隱患就會(huì)直接關(guān)系到管道的運(yùn)行質(zhì)量，所以材料環(huán)境應(yīng)該成為施工之前的首要工作。從環(huán)境角度來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)施工受到氣候條件的影響非常明顯，長(zhǎng)輸管道在露天環(huán)境下出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的可能性比較高。例如，長(zhǎng)期處于低溫環(huán)境中，會(huì)讓管道焊接部位有裂紋產(chǎn)生地風(fēng)險(xiǎn)；長(zhǎng)期處于濕度較大的環(huán)境下，會(huì)讓空氣中的水分明顯增加，讓焊接部位出現(xiàn)氣孔等質(zhì)量問(wèn)題。需要注意的是，當(dāng)前管道面臨的挑戰(zhàn)是在高寒或地質(zhì)災(zāi)害惡劣環(huán)境下建設(shè)長(zhǎng)距離和大流量的輸氣管道，保障材料強(qiáng)度將成為今后，工作的主要趨勢(shì)。我國(guó)西氣東輸工程開(kāi)展時(shí)間較早，時(shí)至今日已經(jīng)能滿足國(guó)外的技術(shù)水準(zhǔn)，因而需要研究更高層次的技術(shù)儲(chǔ)備工作。

2 焊接性能控制方法

2.1 工藝控制

在工藝控制方面，管道焊接工作開(kāi)展之前，企業(yè)內(nèi)部需要組織焊接人員參與技術(shù)培訓(xùn)和上崗前考核，經(jīng)過(guò)考核評(píng)定合格者才能展開(kāi)管道焊接工作。相應(yīng)的技術(shù)人員應(yīng)該展開(kāi)經(jīng)常性檢驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)焊接有違規(guī)行為或其他技術(shù)缺陷，那么需要建立相應(yīng)的管控機(jī)制。例如，在焊接之前，技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)管道工程的施工狀況進(jìn)行全方位了解，并且根據(jù)測(cè)定的數(shù)據(jù)對(duì)焊接作業(yè)方案，建立更加科學(xué)有效的預(yù)警措施。例如，對(duì)焊接工藝科學(xué)性的評(píng)估工作可以根據(jù)評(píng)定得出的結(jié)果做好規(guī)劃，在施工階段也應(yīng)按照規(guī)定展開(kāi)每一步操作。具體來(lái)看，管道焊接之前應(yīng)該使用坡口機(jī)先加工出規(guī)程所要求的坡口形式（如U形、V形等），坡口兩側(cè)使用角磨機(jī)除銹后，利用電加熱帶或者火焰加熱先進(jìn)行預(yù)熱，達(dá)到規(guī)程要求的溫度。整個(gè)焊接過(guò)程中，要事先檢測(cè)是否含有（鐵銹、油污等）雜質(zhì)，且預(yù)熱應(yīng)達(dá)到規(guī)范要求溫度避免裂紋情況，焊接結(jié)束后要及時(shí)進(jìn)行熱焊，同時(shí)避免刮風(fēng)等其他因素影響焊縫質(zhì)量。熱焊填充選擇半自動(dòng)焊接方法，焊縫厚度維持在3mm左右。蓋面焊接過(guò)程中，顏色要保持與管道顏色相近，焊縫過(guò)渡區(qū)域應(yīng)維持自然。蓋面表面產(chǎn)生的殘留物只需及時(shí)清理做好保溫防腐工作，特別是在冬季或夏季施工結(jié)束后，要采取溫度控制措施，預(yù)防出現(xiàn)裂紋或其他質(zhì)量問(wèn)題，外觀有缺損要及時(shí)修補(bǔ)。焊接技術(shù)人員除了按照焊接工藝指導(dǎo)要求，做好監(jiān)督外，電焊的電壓電流、預(yù)熱、熱處理和其他參數(shù)都應(yīng)該做好原始記錄以便于展開(kāi)后續(xù)研究。焊接單位內(nèi)部可以采用循環(huán)控制方法，對(duì)焊接的技術(shù)因素進(jìn)行嚴(yán)格控制，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取處理方案。在選擇焊接技術(shù)和焊接工藝時(shí)，一定要根據(jù)焊接評(píng)定報(bào)告的結(jié)果選擇技術(shù)措施，每一層焊接面完成后應(yīng)先展開(kāi)嚴(yán)格檢查再采取后續(xù)的控制方案。

對(duì)于全自動(dòng)焊接工藝，為了保證焊接質(zhì)量要求，根據(jù)施工的具體情況制定焊接質(zhì)量保障措施。以常見(jiàn)的CRC管道來(lái)說(shuō)，全自動(dòng)焊接工藝會(huì)采取氣體保護(hù)，抗風(fēng)能力比較差，在現(xiàn)場(chǎng)焊接過(guò)程中，要在每個(gè)管斷端部加裝盲板保護(hù)，避免因其他因素導(dǎo)致焊接缺陷。另外，要根據(jù)坡口精度與間隙要求進(jìn)行組對(duì)，坡口不均勻、組對(duì)間隙不合理都會(huì)引起未焊透等類(lèi)似的焊接缺陷問(wèn)題。此類(lèi)焊接工藝焊接厚度較薄，蓋面焊時(shí)仰焊部位可能產(chǎn)生咬邊問(wèn)題，這時(shí)可以調(diào)節(jié)焊絲伸出長(zhǎng)度、焊接速度等工藝參數(shù)，從多個(gè)角度做好技術(shù)措施和施工管理，為后續(xù)的缺陷定位查找、消除提供有效保障，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工狀態(tài)安排人員做好調(diào)節(jié)。

2.2 設(shè)備選擇

焊接設(shè)備在運(yùn)行之前需要向監(jiān)理方進(jìn)行申請(qǐng)，經(jīng)過(guò)驗(yàn)收合格后的設(shè)備才能在管道焊接中投入使用，與此同時(shí)，各類(lèi)設(shè)備都應(yīng)該安排人員進(jìn)行操作檢查，定期對(duì)設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)工作展開(kāi)處理。例如，焊機(jī)使用要做好臺(tái)賬，目的在于確保焊機(jī)設(shè)備可以在管道焊接中正常穩(wěn)定運(yùn)行，一方面避免設(shè)備帶病工作，另一方面減少對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生的威脅。每次焊接工作開(kāi)始前，需要查看電流表和電壓表的相應(yīng)的數(shù)據(jù)是否正確，確保各項(xiàng)設(shè)備在工作時(shí)全部完好。如果設(shè)備存在問(wèn)題應(yīng)采取快速解決方案，原因在于使天然氣管道運(yùn)輸?shù)亩酁橛卸疚镔|(zhì)，如果不采取有效措施，必然會(huì)引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)，給設(shè)備和人員帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。

2.3 環(huán)境控制

在環(huán)境控制方面，施工單位要做好施工環(huán)境的協(xié)調(diào)規(guī)劃，在不同環(huán)境條件下選擇不同的管控措施。雨天施工需提前做好雨水防護(hù)，或是使用液化氣將受到雨水影響的焊口烘干。如環(huán)境濕度已經(jīng)超標(biāo)，可以先在防雨棚的底部鋪好防護(hù)隔濕毯，作業(yè)區(qū)也覆蓋好隔濕毯避免地面過(guò)于潮濕而影響管道焊接過(guò)程。如有擋風(fēng)棚，內(nèi)部干燥度也應(yīng)做好保證，焊接前就需將焊口附近水全部擦干凈，進(jìn)行預(yù)熱。企業(yè)在這一方面可以委托專(zhuān)業(yè)的機(jī)構(gòu)對(duì)管道焊接環(huán)境進(jìn)行提前勘察控制，或是選擇自動(dòng)化調(diào)節(jié)方法，嚴(yán)格落實(shí)無(wú)損檢測(cè)與質(zhì)量評(píng)定機(jī)制，確保環(huán)境要求穩(wěn)定，焊接合格率保持在較高水準(zhǔn)。

2.4 自動(dòng)焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)焊接系統(tǒng)由內(nèi)焊機(jī)、對(duì)口器組成，可以自動(dòng)在管內(nèi)對(duì)口然后固定管線端頭，使用多個(gè)焊接機(jī)頭進(jìn)行打底焊，焊接工藝全部以遠(yuǎn)程自動(dòng)控制進(jìn)行，可以直接選擇驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)保障整個(gè)長(zhǎng)距離管線的工作穩(wěn)定性。系統(tǒng)內(nèi)部的速度提高后，配備內(nèi)焊機(jī)的焊接系統(tǒng)可以直接展開(kāi)雙面焊，不僅效率有所提升，且管道服務(wù)更加完善。例如，使用內(nèi)焊機(jī)先進(jìn)行打底焊后，可以利用微處理器控制焊接小車(chē)，以調(diào)整焊接速度、電弧電壓、送絲速度等，同時(shí)還能夠計(jì)算熱輸入等參數(shù)?？偠灾?，系統(tǒng)在使用之前都需要進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，工作已確定不同的焊接參數(shù)，專(zhuān)業(yè)的焊接評(píng)定機(jī)構(gòu)會(huì)根據(jù)力學(xué)性能試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)做好檢測(cè)，且焊接過(guò)程需要對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行多次測(cè)量，借助計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)完成參數(shù)設(shè)定。這樣一來(lái)，才能讓參數(shù)變化，始終保持在焊接工藝評(píng)定允許的范圍內(nèi)，提升系統(tǒng)操作的便捷程度，也能確定合格的焊接工藝參數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

未來(lái)的天然氣長(zhǎng)輸管道焊接質(zhì)量控制工作，需要嚴(yán)格按照管道運(yùn)行的技術(shù)要求做好規(guī)劃，目的在于滿足標(biāo)準(zhǔn)模式下的工作性能。針對(duì)常見(jiàn)的長(zhǎng)輸管道類(lèi)型，未來(lái)的工作實(shí)踐環(huán)節(jié)需要對(duì)焊材、焊接工藝和環(huán)境因素進(jìn)行更加深入研究，尋求更加合理的焊接技術(shù)和焊接工藝參數(shù)，以便于生產(chǎn)出機(jī)械性能滿足標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求的焊機(jī)設(shè)備，確定施工流程，服務(wù)于油氣管道建設(shè)工作。