長輸小口徑管線鋼管焊接與檢測技術(shù)

王彥濤

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對能源的需求不斷增加，同時(shí)能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)也在逐步優(yōu)化，長輸管道將不斷擴(kuò)大。相關(guān)技術(shù)人員要致力于長輸小口徑管線鋼管焊接技術(shù)的研究，促進(jìn)焊接技術(shù)的不斷優(yōu)化。在技術(shù)應(yīng)用中，需要研究其應(yīng)用規(guī)律和要點(diǎn)，控制焊接質(zhì)量。保持管道穩(wěn)定運(yùn)行，為生產(chǎn)生活提供充足的能源保障，保證管道的高效能源輸送。

1 小口徑鋼管焊接方法

1.1 手工電弧焊

由于不同的工業(yè)制造，對鋼材厚度的需求不同，當(dāng)鋼材厚度較厚時(shí)進(jìn)行焊接時(shí)就需要進(jìn)行多層數(shù)焊接，要是進(jìn)行焊接的兩種鋼板一種是尋常鋼，另一種是低碳鋼的話，不同于兩種相同的材質(zhì)的焊接工作，需要進(jìn)行嚴(yán)格的焊接厚度監(jiān)控，以此來實(shí)現(xiàn)良好的焊接質(zhì)量。

手工電弧焊在長輸管道中的應(yīng)用，由于其使用設(shè)備簡單和操作靈活，被用于焊接管道。低氫焊條向上焊用于管道小口徑鋼管和管件的焊接，用于連接件的焊接，以及填料焊接。纖維素向下電弧焊用于X70鋼根部焊接和熱焊，及管道環(huán)焊。纖維素焊條根焊用于X70及以下長輸管道的補(bǔ)焊。鐵粉焊條電弧焊主要用于小口徑特殊截面管道接頭和滑動焊接，與纖維素電極相比，操作難度較大。在進(jìn)行焊接時(shí)，焊條的選取是有嚴(yán)格的要求的，焊條直徑主要是根據(jù)被焊接鋼板厚度成正比的，在具體的操作進(jìn)行中，有一定的參數(shù)去衡量焊條直徑與被焊接鋼板的厚度，一般會存有這幾種比值結(jié)果：首先，在焊件厚度一致的情況下焊條直徑數(shù)值可以由焊縫方位做直徑長度得到。立焊時(shí)直徑（d）小于5.0mm，橫焊與仰焊時(shí)d小于4.0mm，焊條直徑合理選擇，在降低熔池、防止金屬量過度下流現(xiàn)象出現(xiàn)方面發(fā)揮巨大實(shí)效性；其次，焊條接頭的選擇。焊接的過程中是不會出現(xiàn)T形接頭，也不會有搭接接頭存在，如此一來想要提高焊接作業(yè)的高質(zhì)量，所以在焊條的選擇上應(yīng)盡量選擇直徑大一些的焊條來實(shí)施焊接。

1.2 半自動焊接

半自動焊接因設(shè)備簡單而受到施工廣泛的應(yīng)用。半自動焊接STT是美國電氣公司開發(fā)的技術(shù)，STT焊接不是直流電壓。輸出是按照瞬時(shí)電弧產(chǎn)生的，以保證表面張力的通過。焊接采用100%CO2作為保護(hù)氣體，該技術(shù)具有焊接穩(wěn)定，飛濺少、熱輸入低、焊接好和合格率高等特點(diǎn)，適合各位置的底部焊接。CMT半自動保護(hù)焊是熔化超冷金屬焊接技術(shù)，在焊接中焊絲前饋，而且還發(fā)生牽引。牽引運(yùn)動有利于液滴脫落。焊接過程結(jié)合在一起，可以精確控制電弧沖擊，零間隙分組時(shí)沒有噴射，解決了外根焊管焊縫問題。同時(shí)具有散熱低和焊接變形小的使用優(yōu)勢，電弧能力得到了明顯的提高，并且具有焊縫美觀的焊接特性。RMD氣體保護(hù)金屬焊絲，是一種短弧控制技術(shù)，過渡由軟件精確控制。在焊接中，通過檢測短路過程，在短路每個(gè)階段監(jiān)測電流形狀，以控制電弧溫度，增加電弧推力，實(shí)現(xiàn)根部熔深。RMD軟件集成了強(qiáng)大的專家系統(tǒng)，程序根據(jù)最佳電弧特性自動優(yōu)化。具有廣泛的適應(yīng)性，電弧穿透力強(qiáng)，焊接效率高，噴射和熱效應(yīng)少。具有熔池穩(wěn)定、焊縫兩側(cè)熔合好和尺寸適應(yīng)性好，同時(shí)還具有焊縫形狀好和質(zhì)量高等特點(diǎn)，在管道焊接中得到了廣泛應(yīng)用。多年使用證明，半自動焊接抗風(fēng)能力強(qiáng)，焊接效率高，形狀美觀，連接幾乎為零，幾乎沒有缺陷。焊接主要用于周邊焊縫的填充和涂層焊接，目前是主要管道的焊接方法之一。由于管道鋼材質(zhì)量提高，半自動焊接接頭沖擊不足，限制了其使用范圍。由于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)不同，進(jìn)行焊接時(shí)電弧氣氛中氟化氫氣體較高，一些國家不推薦使用。

1.3 自動焊接

自動焊接是焊接在設(shè)備下完成的，焊接操作只起到控制作用。長輸小口徑管線鋼管焊接自動焊接技術(shù)可以提高管道焊接質(zhì)量，降低焊接工藝對操作技術(shù)的依賴。自動焊接技術(shù)具有效率高、焊縫美觀、工人勞動強(qiáng)度低優(yōu)點(diǎn)。自動管道焊接包括自動埋弧焊、電阻焊、氬鎢弧焊，熔焊全位置自動焊接用于長輸管道的焊接。單焊槍全位置自動焊焊槍在管道頂部向下焊，安裝在外圓周上的圓形軌道上。實(shí)心焊絲用于焊接。焊接所有參數(shù)均在系統(tǒng)中設(shè)定，在電弧控制系統(tǒng)下由焊機(jī)自動完成。使用計(jì)算機(jī)或編程器調(diào)整精確控制焊接參數(shù)，包括焊接速度、轉(zhuǎn)彎寬度、轉(zhuǎn)速、電壓和電流等參數(shù)，基于長輸管道焊接位置的不同，在實(shí)際應(yīng)用中的設(shè)計(jì)需要因焊接位置而異，是理想焊接設(shè)備?？捎糜趩蚊婧负碗p面焊，也可根據(jù)要求完成熱焊、填充和涂層等。自動單炬焊采用藥芯焊絲+保護(hù)氣焊進(jìn)行熱焊和蓋面焊。與半自動焊接相比，自動焊接投資較大，需考慮易損件的供應(yīng)。自動焊的抗風(fēng)能力較低，在采取防風(fēng)措施時(shí)常使用。雙焊炬全位置自動焊是在單焊基礎(chǔ)上發(fā)展的一種高性能全位置管道焊接技術(shù)，可完成熱焊、填充等工藝。雙焊槍安裝在一個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，安裝在兩組調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，同時(shí)使用兩個(gè)焊槍雙疊焊。采用全數(shù)字控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)位置自動識別，在焊槍位置進(jìn)行弧焊，焊接效率較高。自動雙槍焊是我國主要管道焊接方式，具有焊接效率高和質(zhì)量好的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于鋼管焊接中。

2 影響長輸小口徑管線鋼管焊接質(zhì)量因素

2.1 工藝技術(shù)及焊接設(shè)備因素

長輸小口徑管線鋼管焊接必須符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和程序，這關(guān)系到管道的焊接質(zhì)量。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，在加工前必須完成工藝鑒定。評定結(jié)果確保符合焊接工藝要求，按有關(guān)規(guī)定施工，并提交報(bào)告。技術(shù)工藝的分析是管道焊接的主要依據(jù)，同時(shí)需要規(guī)定焊接人員的技術(shù)要求，嚴(yán)格按照技術(shù)要求應(yīng)用工藝技術(shù)。焊接電流必須滿足要求，以防止燒壞缺陷。焊接人員的操作也必須達(dá)到一定的水平，以避免出現(xiàn)缺陷問題。最常用能源輸送方式是長輸管道，相關(guān)技術(shù)直接關(guān)系到長輸管道質(zhì)量發(fā)展。在長輸管道焊接中，焊機(jī)操作程度將直接影響管道焊接質(zhì)量，尤其是電流電壓與焊接電流的整體密切相關(guān)。設(shè)備是一種高度專業(yè)的工具，使用工具和設(shè)備，以及焊機(jī)的運(yùn)行必須確保合理，以確保相關(guān)設(shè)備工具的穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 材料與環(huán)境

焊接材料在焊接中含有許多化學(xué)成分，如果材料不符合標(biāo)準(zhǔn)，這些質(zhì)量隱患將影響管道質(zhì)量。因此在開展施工前應(yīng)考慮材料和焊接環(huán)境。從環(huán)境來看，現(xiàn)場受氣候條件的影響明顯，管道在開闊環(huán)境下問題概率較高。長時(shí)間暴露在低溫下會在焊接部分形成裂紋，暴露在高濕環(huán)境中會增加濕度，造成氣孔問題。由于一些長輸管道工作任務(wù)是在高寒地質(zhì)惡劣條件下進(jìn)行的，基于大范圍的輸氣管道，對于保證材料將是長輸管道質(zhì)量管理工作的重點(diǎn)。

3 長輸小口徑管線鋼管焊接的性能控制

3.1 焊接工藝控制

從工藝流程控制來看，管道焊接前，需要組織人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和前期考核，考核合格者方可進(jìn)行長輸管道焊接工作。技術(shù)人員應(yīng)對鋼管焊接進(jìn)行全面的質(zhì)量檢查，如有焊接缺陷或其他缺陷，必須應(yīng)用適當(dāng)?shù)目刂茩C(jī)制。在焊接前，應(yīng)全面了解管道施工狀況，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，為焊接制定科學(xué)的預(yù)警措施。可以根據(jù)評價(jià)結(jié)果對工藝進(jìn)行科學(xué)分析，確保焊接施工各階段要按規(guī)定規(guī)范進(jìn)行。在焊管前，使用倒角裝置加工坡口，這是技術(shù)應(yīng)用要求的。兩邊用角磨機(jī)除銹后，用電加熱，要達(dá)到規(guī)則要求溫度。在整個(gè)焊接中，要檢查有無異物，加熱應(yīng)與設(shè)定溫度對應(yīng)，防止長輸管道產(chǎn)生裂紋，焊后應(yīng)進(jìn)行熱焊。確保時(shí)間和風(fēng)力不影響焊縫質(zhì)量。在焊接過程中，表面應(yīng)與管材的顏色相近，焊縫過渡區(qū)應(yīng)保持自然。表面形成的殘留及時(shí)清除，在冬季或夏季施工后，為了保溫和防腐蝕，采取措施控制溫度，防止裂紋或其他質(zhì)量問題的出現(xiàn)。及時(shí)消除缺陷，焊工除按照工藝說明要求進(jìn)行檢查外，為便于長輸管道質(zhì)量的進(jìn)一步研究，在工作中需要記錄電壓電流、預(yù)熱等電焊參數(shù)。室內(nèi)焊接可以采用循環(huán)控制對焊接的技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，以便發(fā)現(xiàn)問題并采取處理。在選擇焊接工藝時(shí)，應(yīng)根據(jù)焊接報(bào)告結(jié)果選擇技術(shù)。對于全自動焊接工藝，根據(jù)設(shè)計(jì)條件制定質(zhì)量保證措施，以滿足焊接要求。對于常規(guī)管道，焊接采用風(fēng)阻低的氣體保護(hù)。在現(xiàn)場焊接中，應(yīng)在管道的斷端處安裝保護(hù)板，以免造成焊接缺陷。另外，坡口必須根據(jù)精度要求進(jìn)行分組，不均勻的坡口和不合理的間隙會導(dǎo)致焊接缺陷。這種焊接厚度比較小，在頂部焊接蓋板時(shí)會發(fā)生咬邊。需要調(diào)節(jié)焊絲長度和速度等工藝參數(shù)。從多方面進(jìn)行技術(shù)措施管理，為后續(xù)缺陷的定位和消除提供有效保障，并根據(jù)現(xiàn)場情況組織人員更改。

3.2 設(shè)備的選擇

焊接設(shè)備開始運(yùn)行前，需要確保經(jīng)檢驗(yàn)合格的設(shè)備在焊接時(shí)方可投入運(yùn)行。在焊接管道時(shí)，應(yīng)分析焊機(jī)的使用情況，使焊機(jī)能夠正常穩(wěn)定地工作。在開始任何焊接前，檢查電流表和電壓表數(shù)據(jù)，以確保設(shè)備在操作中處于良好狀態(tài)。如果設(shè)備出現(xiàn)問題，需要快速解決。大多數(shù)管道氣體是有毒的，如果不采取措施，導(dǎo)致安全隱患和對設(shè)備的威脅，給現(xiàn)場施工管理帶來一定的隱患。

3.3 焊前預(yù)熱質(zhì)量控制

預(yù)熱的目的是減緩焊縫的冷卻,以降低硬化程度，有利于改善應(yīng)力條件，減緩裂紋形成。層間溫度不足是預(yù)熱溫度達(dá)不到預(yù)熱目的,如果層溫度過高或，容易造成接縫過熱。質(zhì)量控制包括預(yù)熱和安裝質(zhì)量控制,控制預(yù)熱溫度,保證受熱均勻，確保長輸小口徑管線鋼管焊接工藝符合規(guī)范要求。在特殊溫度下操作，焊后緩冷或電加熱，必須保證內(nèi)蒸汽質(zhì)量符合焊接規(guī)范要求，焊接必須滿足技術(shù)規(guī)范要求。壁厚不均的焊管端部必須采用過渡管處理，根據(jù)工程實(shí)踐，厚度不應(yīng)超過壁厚差異。如果根部焊縫比承受應(yīng)力更大，有開裂的可能，在熱焊后拆除內(nèi)部裝置，以防止焊縫通過裝配開裂。

3.4 自動焊接設(shè)計(jì)

自動焊接由內(nèi)置焊接機(jī)和裝置組成，可以將管道對準(zhǔn)管道中，固定管道末端，多個(gè)焊頭用于焊接。在整個(gè)焊接中，可選用遠(yuǎn)程自動控制動系統(tǒng)，保證長輸管道運(yùn)行的穩(wěn)定性。提高內(nèi)部速度后，配備焊接系統(tǒng)可以進(jìn)行雙面焊接，提高了長輸管道焊接效率，改善了管道的運(yùn)行。使用內(nèi)部焊機(jī)附加焊接，微處理器調(diào)整焊接速度、電壓、送絲速度等，控制焊接調(diào)整，也可計(jì)算熱輸入?yún)?shù)，系統(tǒng)必須在使用前對工藝進(jìn)行鑒定。確定了不同的焊接參數(shù)，對機(jī)械性能測試進(jìn)行檢驗(yàn)，焊接需要不止一種參數(shù),需要使用電腦控制系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整。將參數(shù)的變化控制在工藝允許的范圍內(nèi)，提高自動焊接系統(tǒng)的可用性，確保了工藝的合格參數(shù)。

4 長輸小口徑管線鋼管焊接檢測技術(shù)

4.1 激光超聲檢測

隨著激光技術(shù)和微弱信號檢測技術(shù)的發(fā)展，激光超聲波控制技術(shù)是利用激光脈沖在材料中產(chǎn)生超聲波，利用激光檢測超聲波。與超聲波相比，具有許多優(yōu)勢。在進(jìn)行長輸管道焊接檢測中，屬于非接觸式探測，避免了耦合對量程和精度的影響，防止了被測部分污染。該技術(shù)還具有抗干擾能力強(qiáng)，激光超聲可遠(yuǎn)程啟動，易于實(shí)現(xiàn)自動化工作，并且可以在高溫、高壓或放射性等條件下遠(yuǎn)程檢測。在實(shí)際工作中應(yīng)用范圍廣，可在不同材料中激發(fā)超聲波，檢測形狀復(fù)雜的表面，用于操作受限的場合。具有很高的分辨率，可達(dá)到幾微米的分辨率，可用于裂紋檢測?？梢赃M(jìn)行快速的實(shí)時(shí)檢測，具有檢測數(shù)據(jù)存儲方便的優(yōu)勢。

4.2 磁粉檢測技術(shù)

磁粉檢測工作原理是將元件磁化，磁力會通過結(jié)構(gòu)在磁性結(jié)構(gòu)中分布。根據(jù)不同數(shù)據(jù)的比較，得到檢測結(jié)果。在檢測管道時(shí)，使用漏磁技術(shù)來檢測表面的連續(xù)性。磁偏控通常用于檢測材料表面的孔洞，對鐵磁表面附近結(jié)構(gòu)有一定的效果。由于磁性材料的限制，檢測方法通常無法在非磁性的地方檢測。

4.3 射線法

射線法技術(shù)相對成熟，是根據(jù)缺陷射線與金屬吸收率的差異，引起X射線或透射強(qiáng)度變化來檢測缺陷。沿管周向焊縫射線檢測，在自走式管道上安裝束焊。優(yōu)點(diǎn)是精度高和檢測效率高，可以完成對接檢查。沖擊設(shè)備用于焊接接頭和彎頭，以及小直徑焊縫檢查。X光控制主要用于長輸鋼管焊縫，這種方法比較直觀，需要大量的X光片，膠片需要大量的空間來存放，占用大量的物力。隨著DR技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用，在一些長輸管道建設(shè)中，用DR技術(shù)代替膠片控制。在管道焊縫內(nèi)部控制方面，DR技術(shù)在管道中應(yīng)用并不廣泛。在一些項(xiàng)目中，只進(jìn)行了工業(yè)測試。DR技術(shù)現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于管道中，但還存在投資成本高、設(shè)備體積大的弊端，未來需要進(jìn)一步研究優(yōu)化。

4.4 超聲

超聲法用于控制焊縫，超聲波可以檢測平面和三維缺陷，以及測量缺陷的位置，超聲波靈敏度高于射線法。超聲波探傷使用A型脈沖反射超聲波進(jìn)行探傷，A型脈沖反射探傷儀可用于反射波的數(shù)字脈沖顯示。該技術(shù)已升級為自動超聲波探傷儀，采用逐行陣列技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測探傷數(shù)據(jù)，打印全彩掃描圖，可以進(jìn)行進(jìn)一步的備份和傳輸數(shù)據(jù)。全自動焊接控制具有控制精度高、評價(jià)體系完備、檢測效率高等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)一些工程中得到了廣泛應(yīng)用。

5 檢測技術(shù)對管道焊接質(zhì)量的控制

在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體工程特性和實(shí)際選擇檢測技術(shù)。通常在管道檢測時(shí)，由于項(xiàng)目規(guī)模較大，會基于成本和資源等考慮選擇線檢測進(jìn)行驗(yàn)證。組織人員確保測試符合監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)并符合國家有關(guān)規(guī)定。在設(shè)備方面，實(shí)際使用的設(shè)備必須符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，保證生產(chǎn)正規(guī)性，確保符合標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)。在制定與檢測相關(guān)的檢測方法時(shí)，按照國家規(guī)定制定科學(xué)的方法，保證測試的正常開發(fā)。嚴(yán)格按照相關(guān)要求對技術(shù)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并實(shí)時(shí)反饋。在檢驗(yàn)之前，對檢驗(yàn)參與者進(jìn)行培訓(xùn)，以確保焊縫質(zhì)量控制的有效性。遵守法律法規(guī)和制度，熟悉檢測知識，明確員工的工作職責(zé)，確保檢測靈活性。為了進(jìn)一步提高人員的專業(yè)性，需要對技術(shù)水平、設(shè)備操作和參數(shù)的設(shè)置等進(jìn)行培訓(xùn)。保證檢測中工作的規(guī)范性，規(guī)范人員行為，防止人員疏忽造成的安全問題。建立監(jiān)督機(jī)制，確保監(jiān)管措施貫穿于所有程序。完善問責(zé)機(jī)制結(jié)構(gòu)，確保與崗位職責(zé)并重。注意測試內(nèi)容，數(shù)據(jù)備份時(shí)，要保證數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化。審核結(jié)束后，對核實(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出出現(xiàn)的問題，并對問題的形式和嚴(yán)重程度進(jìn)行分析。根據(jù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行反復(fù)測試，以此來提高測試的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)語

綜上所述，長輸小口徑管線鋼管安全運(yùn)行與焊接質(zhì)量密切相關(guān)。因此，對長輸管道焊接質(zhì)量需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，預(yù)防安全隱患事件的發(fā)生。管道焊接必須應(yīng)用可靠焊接工藝和檢測技術(shù)來保證，對于管道焊接包含從手工電弧焊、半自動焊接和自動焊接。焊接質(zhì)量檢測技術(shù)包含磁粉、超聲波、射線等，基于長輸管道焊接質(zhì)量要求的提升，對于檢測技術(shù)應(yīng)用越來越復(fù)雜。隨著管道技術(shù)的發(fā)展，焊接技術(shù)將向智能化發(fā)展。隨著管道的建設(shè)，將應(yīng)用越來越多的檢測技術(shù)和設(shè)備，提高鋼管焊接質(zhì)量，確保管道安全運(yùn)行。