長輸管道換管搶修焊接方法選擇探討

白振軍

（廊坊北檢無損檢測有限公司，河北 廊坊 065000）

1 前言

由于焊接缺陷、機械損傷、外腐蝕和第三方活動，管道發(fā)生油氣泄漏事故。長輸管道搶修在保障管道運行安全方面發(fā)揮重要作用[1]。管道搶修技術(shù)包括管體補強技術(shù)、堵漏技術(shù)和換管技術(shù)。在役管道發(fā)生斷裂、較大變形、長距離開裂的重大事故，通過常規(guī)按照卡具無法修復(fù)時，需要將失效管段切除，更換新管段進行修復(fù)，即管道換管作業(yè)。焊接是管道修復(fù)和泄漏搶修的關(guān)鍵技術(shù)。采用科學(xué)、高效的管道搶修焊接技術(shù)，實現(xiàn)快速處置和恢復(fù)管道運行，同時減少經(jīng)濟損失，避免人員傷亡，對于保證管道焊接質(zhì)量以及改進管道維搶修工作具有重要意義。

2 管道換管搶修作業(yè)特點

管道換管搶修作業(yè)特點是：

（1）需更換管道距離較短，且開挖管溝距離不長，兩端埋地固定管口沒有移動空間，要求下管精度高。

（2）管道切斷后，由于存在內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致管道中心線出現(xiàn)不同方向的移位，管段兩端需要進行斜口安裝。

（3）低溫環(huán)境以及環(huán)境溫度變化，埋地固定管口距離發(fā)生變化，測量、下管精準，管線工應(yīng)具備熟練的工作技能和實踐經(jīng)驗。

（4）管道換管時間緊張，焊口對口間隙、坡口、錯邊尺寸應(yīng)滿足規(guī)范要求，焊接要求高。

3 管道換管根焊焊接方法

3.1 鎢極氬弧焊

氬弧焊是在普通電弧焊技術(shù)基礎(chǔ)上，利用氬氣作為保護氣體，通以高電流使焊材在被焊基材上融化形成液態(tài)熔池，使被焊金屬和焊材實現(xiàn)冶金結(jié)合的焊接技術(shù)。在高溫熔融焊接中輸入氬氣，避免與空氣中氧氣接觸，防止焊材氧化。氬弧焊分為熔化極氬弧焊和非熔化極氬弧焊。鎢極氬弧焊屬于非熔化極氬弧焊，電弧在非熔化極（鎢極）和管件之間燃燒，在電弧周圍流過惰性氣體形成保護罩，鎢極端部、電弧、熔池以及鄰近熱影響區(qū)的高溫金屬不與空氣接觸，防止氧化和吸收有害氣體，形成致密、性能穩(wěn)定的焊接接頭。

鎢極氬弧焊適用于管道根焊，特別適用于油氣站場工藝管道根焊。鎢極氬弧焊優(yōu)點是：

a）質(zhì)量好。氬氣隔絕空氣中氧氣、氮氣和氫氣，防止對電弧和熔池不良影響。選定合適焊接工藝參數(shù)，保證根部良好焊透性，避免普通焊條焊接產(chǎn)生焊瘤、未焊透和凹陷等焊接缺陷。

b）效率高。氬弧焊電弧燃燒穩(wěn)定，熱量集中。焊接效率高，管道根焊采用氬弧焊為連弧焊，焊條電弧焊為斷弧焊，氬弧焊效率提高2-4倍，特別是小管徑管道焊接效率更顯著。

c）操作簡便。氬弧焊是明弧焊接，電極損耗小，弧長穩(wěn)定易保持，操作觀察方便。

d）變形小。氬弧焊熱影響區(qū)小，焊接接頭變形量小，殘余應(yīng)力小，裂紋傾向小。

e）焊接時無熔劑、涂藥層，焊后無焊渣，不需要清理熔渣和修理焊道。

f）不受焊接位置限制，可進行全位置焊接。

鎢極氬弧焊缺點及控制措施是：

a）氬弧焊紫外線輻射強度遠大于一般電弧焊，焊接過程中產(chǎn)生大量氧氮化物，特別是臭氧濃度遠高于衛(wèi)生健康標準，這類氣體對人體健康危害極大，是氬弧焊的主要危害因素。氬弧焊施工現(xiàn)場應(yīng)配備良好通風(fēng)裝置，例如安裝軸流風(fēng)機排風(fēng)；采用局部通風(fēng)措施將有害氣體抽走，例如排煙罩、排煙焊槍、小型風(fēng)機等；不能采用局部通風(fēng)情況下，采用送風(fēng)式頭盔、送風(fēng)口罩或防毒口罩等個人防護措施。

b）高頻引弧產(chǎn)生高頻電磁場，由于時間短對人體影響不大。但如頻繁引弧，或者將高頻振蕩器作為穩(wěn)弧裝置在焊接過程中持續(xù)使用，高頻電磁場成為有害因素。為消減高頻電磁場的影響，管件應(yīng)良好接地，焊槍電纜和地線應(yīng)用金屬編織線屏蔽；盡量不使用高頻振蕩器作為穩(wěn)弧裝置，減小高頻電作用時間。

c）鎢極有一定放射性。優(yōu)先選用放射劑量極地的鈰鎢極；鎢極加工時操作者應(yīng)佩戴口罩、手套等個人防護用品，加工后清洗手部和面部；鎢極放在鋁盒內(nèi)保存。

3.2 低氫鉀型焊條焊接

低氫鉀型焊條是在低氫鈉型基礎(chǔ)上加入穩(wěn)弧劑，以改善電弧工藝性能，脫硫、脫磷能力強，藥皮有去氫作用。管道換管根焊使用低氫鉀型焊條電弧焊上向焊，低氫鉀型焊條（J506）國標型號是E5016，AWS型號是E7016。特點是：

a）焊縫具有良好抗裂性和力學(xué)性能，但工藝性能較差；

b）低氫鉀型焊條也適用全位置焊接，電流種類為交流或直流反接。

c）低氫鉀型焊條焊接前350℃烘干1h；焊接前應(yīng)對管件徹底清除油漬、鐵銹和水分。

3.3 根焊焊接方法選擇

根據(jù)換管焊口特點，根焊可采取鎢極氬弧焊和低氫鉀型焊條電弧焊上向焊。如果管道對口間隙在1.5mm～3.5mm之間，符合焊接規(guī)范要求且對管道內(nèi)清潔度要求不高，低氫鉀型焊條電弧焊上向焊和鎢極氬弧焊方式均可。如果管道對口間隙較大，在3.5mm～10mm之間，且對管道內(nèi)清潔度要求較高，優(yōu)先選擇鎢極氬弧焊。

4 管道換管填充焊和蓋面焊焊接方法

管道搶修中動火連頭填充焊和蓋面焊一般采用同一種焊接方法，例如低氫焊條手工電弧上向焊（采用E5015焊條）和藥芯焊絲自保護半自動焊（采用E81T8-Ni2焊絲）

4.1 低氫鈉型焊條手工電弧上向焊

低氫鈉型焊條手工電弧上向焊是常用的熔焊方法。燃燒電弧產(chǎn)生高溫使藥皮、焊芯和焊件熔化，熔化過程中產(chǎn)生氣體和熔渣，將熔池和電弧周圍的空氣隔絕，焊芯和母材發(fā)生冶金反應(yīng)，熔池金屬冷卻結(jié)晶后形成焊縫。

低氫鈉型焊條手工電弧上向焊的優(yōu)點是應(yīng)用范圍廣、操作簡便，空間任意位置的焊縫以及焊條能到到達的位置均能進行焊接。缺點是勞動條件差、工作效率低，對焊工專業(yè)技能要求較高。

4.2 藥芯焊絲自保護半自動焊

藥芯焊絲自保護半自動焊是利用連續(xù)送進的焊絲與管件之間燃燒電弧為熱源進行焊接，焊接過程不加保護氣體，以藥粉分解產(chǎn)生保護氣體。自保護焊使用的藥芯焊絲是一種低合金鋼焊絲，熔敷金屬含量低，韌性和抗裂性好，在焊接質(zhì)量、焊接速度和焊接效率方面具有優(yōu)越性，在長輸管道焊接中應(yīng)用廣泛。

藥芯焊絲自保護半自動焊優(yōu)點是：

a）抗風(fēng)能力強，只要風(fēng)速不超過8m/s，不需采取任何防護措施，適合野外施工作業(yè)；

b）焊絲連續(xù)送進，焊縫接頭少，焊縫成形合格率高、力學(xué)性能好，顯著減少焊接缺陷傾向。

c）焊絲融化速度快，熔敷效率高。

d）焊層較薄，脫渣性好，節(jié)省清渣時間，提高工作效率。

藥芯焊絲自保護半自動焊缺點是：

a）藥芯在內(nèi)，鋼皮在外，對熔滴、熔池保護作用有限，工藝參數(shù)適用范圍有限；

b）相對氣體保護藥芯焊絲，自保護藥芯焊絲飛濺較大，煙塵較多，熔敷金屬沖擊韌性較低。

c）不能實施管道根部焊接。

4.3 填充焊和蓋面焊焊接方法選擇

針對壁厚10mm以下的管道填充、蓋面焊接，低氫焊條手工電弧上向焊和藥芯焊絲自保護半自動焊均可采用。針對壁厚大于10mm的管道填充、蓋面焊接，且對焊接效率要求較高，優(yōu)先選用藥芯焊絲自保護半自動焊。

5 焊接工藝方法選擇原則

管道換管搶修焊接方法選擇應(yīng)考慮的因素包括管徑/壁厚、施工環(huán)境、氣候條件以及焊接效率等。綜合上述焊接方法的適用范圍和優(yōu)缺點，實際管道可采用下了焊接工藝方法組合：

（1）根焊為低氫鉀型焊條電弧焊上向焊，填充、蓋面焊為低氫鈉型焊條電弧焊上向焊；

（2）根焊為鎢極氬弧焊，填充、蓋面焊為低氫鈉型焊條電弧焊上向焊；

（3）根焊為低氫鉀型焊條電弧焊上向焊，填充、蓋面焊為藥芯焊絲自保護半自動焊；

（4）根焊為鎢極氬弧焊，填充、蓋面焊為藥芯焊絲自保護半自動焊。