提高天然氣管道焊接技術水平的路徑

趙章偉，龍 飛

（云南建投安裝股份有限公司，云南 昆明 650031）

隨著我國對天然氣需求的不斷增加，有必要提高管道建設的整體質(zhì)量，以確保天然氣輸送和儲存的安全。在管道施工中，相應的人員必須不斷提高整體技術水平。因此，在建設天然氣管道時，必須改進管道焊接技術，以創(chuàng)造良好的天然氣運輸環(huán)境，為我國社會的穩(wěn)定發(fā)展奠定堅實的基礎，促進我國經(jīng)濟的發(fā)展和進步。

1 天然氣管道焊接技術中存在的不足

1.1 氣孔

從熔化狀態(tài)到凝固之前，氣體從熔池中逸出，在焊接天然氣管道時產(chǎn)生氣孔?？紫栋ň哂邢鄬^大深度的柱形孔，以及具有相對較大面積的圓形孔。天然氣管道焊接過程中出現(xiàn)氣孔的原因有很多[1]。施工人員沒有正確處理坡口和焊接材料導致焊接材料上存在鐵銹和油污；如果天然氣管道在焊接過程中電源不穩(wěn)定，也會影響焊接電流的穩(wěn)定性，從而造成焊接氣孔；焊接速度過快；工人在天然氣管道焊接過程中使用不當保護方法。以上情況都會導致焊接過程中氣孔的出現(xiàn)。

1.2 夾渣

焊縫金屬中產(chǎn)生的熔渣片叫作夾渣，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是在填充過程中，焊縫上的渣片還不能徹底去除，又或者在焊接時出現(xiàn)了死角。在覆蓋焊接頂層材料的過程中，也會形成條狀、電夾渣和夾渣等點狀夾雜物質(zhì)。在使用粉末型0.5自動下焊填充過程中，一旦在設備的初始選擇時存在間歇性問題，也會出現(xiàn)頂絲的現(xiàn)象，焊絲穿進熔池的過程中，在冷卻、重燃的過程中，在焊縫中出現(xiàn)各種金屬雜物和熔渣，就是焊接夾渣[2]。

1.3 未焊接

未焊接是指管道在施工過程中，由于受到外界條件的影響，而使管件發(fā)生裂紋、損傷等現(xiàn)象。常見原因有：①焊縫處沒有接頭和回退；②熱橋接口處溫度過高或太低導致連接部位出現(xiàn)破裂或者滲漏情況造成滲油現(xiàn)象；③閥門與閥座之間存在間隙或是不對稱問題引起管道內(nèi)壓增大，從而使焊接應力增加，進而影響了管件的質(zhì)量。

2 天然氣管道焊接技術概述

2.1 自動焊接技術

近年來，我國科技水平大幅提高，焊接技術發(fā)生了重大變化。自動焊接技術已成為一種相對成熟的技術，在實際應用中具有較高的效率，不受其他人為因素的影響，也不會造成誤差。自動焊接技術可應用于厚壁管道和大直徑管道的施工。管道接口具有很高的可靠性要求、質(zhì)量優(yōu)良等性能指標；同時也需要滿足更高標準及更嚴格的焊接作業(yè)條件；此外，隨著社會不斷進步與科學技術迅速發(fā)展，天然氣管材行業(yè)競爭越來越激烈。

2.2 手工焊條下向焊

在實際的焊接過程中，由于焊縫比較粗，因此，為了能夠保證其質(zhì)量和性能穩(wěn)定性。通常會采用手工電弧自動線下向焊接工藝方法來實現(xiàn)對管道進行上下垂直方向的焊縫對接工作。手工焊接是通過焊槍快速地將鋼管與管道連接，使其形成一個整體，從而實現(xiàn)焊接。但是在實際操作中由于施工現(xiàn)場條件有限和施工人員水平參差不齊等因素影響下料過程存在一定安全隱患：由于焊縫表面平整度不夠、金屬雜質(zhì)較多，以及熱處理工藝不合理導致了熔池附近氣體分布不均或者出現(xiàn)局部溫度過高的現(xiàn)象；同時，因為鋼管接頭處未及時進行預冷裂紋焊接。

焊接過程中使用全纖維素手動下焊是指在天然氣管道的現(xiàn)場組焊階段，工人使用纖維電極進行完全根部焊接，在根部焊接階段，使用單面焊接和雙面焊接。在薄壁大面積管道中，宜采用全纖維素手工下焊法，以保證天然氣管道的焊接效果[3]。

2.3 半自動焊接技術

半自動焊接技術適用于天然氣管道的填充和覆蓋焊接工藝。整體焊接方法比較簡單，設備操作簡便，操作人員只需要進行基本的技能培訓就可以掌握，提高了工作效率。且技術自動化程度高，工作人員對焊接熔池的掌控能力極大提升，從而提高了焊接質(zhì)量，因此整體的成本相比其他焊接技術更低。此外，這類技術對焊接人員的要求不高，適合戶外使用。

3 天然氣管道焊接質(zhì)量主要影響因素

3.1 焊接環(huán)境

焊接環(huán)境主要包括焊縫的溫度、壓力情況和接頭類型等，是影響管道焊接質(zhì)量最重要因素，也對整個工藝流程有很大影響。因此在實際生產(chǎn)過程中要嚴格控制好環(huán)境條件。

（1）選擇合適的材料。對于壓強較小且對腐蝕性要求低時，可以采用一些高強度鋼材來進行配合，而當壓力較大且無特殊要求時可選用合金化料或者碳素鋼等，保證焊接溫度范圍內(nèi)焊縫處不會出現(xiàn)裂紋和燒損現(xiàn)象發(fā)生，進而保證焊接接頭的質(zhì)量。

（2）嚴格控制溫度和壓力。對于壓強較大且無特殊要求時，應選擇合適的熱源，確保在高溫環(huán)境下不會出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象，而當焊縫處沒有條件滿足以上兩個因素后，則可采用一些保護性材料來進行處理，以防止產(chǎn)生應力集中導致管道破裂失效或造成事故隱患影響生產(chǎn)使用安全問題。

（3）對焊接工藝嚴格監(jiān)控和控制。對于溫度、壓力較小且無特殊要求時應選擇合適的熱源，保證在高溫環(huán)境下不會出現(xiàn)裂紋和燒損現(xiàn)象，而當壓力過大、溫度要求高時應選擇一些保護性材料以避免產(chǎn)生應力集中導致焊接失敗。

（4）嚴格控制溫度和壓力的波動范圍。在焊接過程中，溫度和壓力對焊縫的影響是比較大的，因為高溫會導致熱輸入量加大、電弧過熱，以及工件表面發(fā)生氧化腐蝕。這兩個因素都會造成天然氣管道焊接頭附近應力值增加。另外一個原因就是低溫環(huán)境下工作時操作人員易受到傷害或者發(fā)生意外事故；還有就是焊后金屬容易被凍壞而出現(xiàn)裂紋等問題，這些情況都是影響壓力容器壽命的重要因素。

3.2 焊接人員

在實際操作過程中，焊接人員的工作能力與技術水平也是影響焊縫質(zhì)量和效率的重要因素。由于焊前工件表面處理技術、接頭防護等都需要由專業(yè)技術人員來進行操作，因此，在實際運行過程中也會出現(xiàn)各種問題。如壓力容器產(chǎn)生熱應力時可能引起熔池金屬與母材之間發(fā)生熱裂紋；工人采用不正當手段破壞裝置的正常工作環(huán)境和設備導致設備損壞或其他原因而造成事故；工作人員綜合能力不足，由于對工藝流程不夠熟悉、責任心不強等因素導致相關工作不能順利開展；技術人員自身缺乏必要的理論知識和實踐經(jīng)驗，以及工作方法存在一定問題或缺陷等都會造成焊縫出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象發(fā)生事故；在實際操作過程中，施工人員沒有嚴格按照焊接規(guī)范進行焊接作業(yè)等。

工作人員在對工藝流程進行操作時需要具備一定專業(yè)技術水平，同時還必須具有良好職業(yè)道德素養(yǎng)及工作責任心等綜合能力，才能夠勝任該崗位作業(yè)要求；其次就是要熟悉掌握相關設備使用情況并能熟練運用所學技能，對焊接過程中可能出現(xiàn)的問題及時發(fā)現(xiàn)并且解決。

4 天然氣管道焊接技術水平的提升路徑

4.1 高壓天然氣管道焊接工藝以及材料的選擇

在輸送高壓天然氣時，為了適應不同的外部條件，焊接方法的選擇必須遵循科學的選擇規(guī)則。目前，我國高壓管道焊接主要采用半自動自保護焊劑焊絲，焊接工藝相對成熟，可以有效保證管道質(zhì)量。對于不同的焊接要求，焊接人員必須優(yōu)化實時焊接技術。此外，焊接團隊成員還可以選擇焊條電弧焊[4]。但總的來說，高壓天然氣管道的每種焊接工藝都有其優(yōu)缺點：設計人員和焊接人員在管道施工中必須考慮外部因素，選擇合適的焊接方法。高壓天然氣輸送管道在輸送天然氣時，不可避免地會承受內(nèi)部高壓氣體的巨大壓力。在選擇材料時一定要按照相關規(guī)定來選取。比如說需要使用壓力比較大且穩(wěn)定、無腐蝕性及耐熱性都較好的產(chǎn)品；同時也不能選用低熔點或者較脆并且導電性能較差等材質(zhì)作為原材料等這些可以通過合理科學手段來確定合適的焊絲材料，從而確保焊接工作能夠順利進行。焊接材料選擇過程中最重要的一點是根據(jù)給定的焊接工藝選擇不同的材料，以確保焊接材料和焊接方法之間的相互兼容性，從而確保高壓天然氣管道焊接工作的質(zhì)量[5]。

4.2 培養(yǎng)焊接施工人員綜合素質(zhì)

在焊接工作中，技術人員的水平和質(zhì)量直接影響整個工程施工過程，因此，對工作人員綜合素質(zhì)提出了更高要求。首先，技術操作人員要有扎實的專業(yè)技能基礎知識才能保證其順利完成焊接作業(yè)；其次，施工人員應具備良好熟練掌握焊槍、手推車等相關設備使用規(guī)范及技能。石油天然氣公司在焊接天然氣管道前，必須對焊接人員進行技術交底，針對不同崗位人員制定相應技術標準規(guī)范制度并定期組織考核工作，督促工作人員按照這些規(guī)章制度開展日常焊接作業(yè)活動；對于技術人員來說應根據(jù)自身情況選擇合適的焊工材料，避免焊接施工后出現(xiàn)因?qū)Νh(huán)境因素不了解導致的問題。

4.3 焊接施工中質(zhì)量控制

焊接質(zhì)量控制可以保證長輸管道的正常施工和運輸安全，因此必須合理控制焊接施工的質(zhì)量。首先要嚴格按照工藝操作流程進行焊接。其次要根據(jù)實際情況選擇合適材料來提高鋼管的強度和韌性等；最后要保證整個接頭都具有良好穩(wěn)定性、抗腐蝕能力及耐磨性等后再進行焊工工作。在管道施工中需要注意以下幾點：需要對焊縫表面質(zhì)量有一定要求，一般情況下都是使用灰白膠或者是油泥。焊接時，要規(guī)范焊接操作方法，合理控制焊縫間距，嚴格控制焊縫尺寸，降低管道內(nèi)壁釬焊厚度的可能性，提高焊接強度。在管道的焊接點，必須明確規(guī)定焊接直徑。如果直徑較大，伸縮式管道的焊接可以通過多人施工進行。當焊接許多鉸鏈零件時，在焊接過程中必須添加額外的焊道，以確保擋弧尺寸的合理性。電弧停止距離應為30 mm。在焊接過程中，有必要確保接頭處于接地狀態(tài)，然后才能進行焊接干預。

4.4 控制焊接后的質(zhì)量

焊接工作完成后，員工必須及時進行質(zhì)量控制工作，對焊縫內(nèi)外進行全面檢查。對焊縫外觀質(zhì)量進行測試，確定是否存在咬邊、焊縫寬度不足或焊縫補強過大等問題。如果焊縫不符合質(zhì)量目標，必須根據(jù)實際情況進行處理，定期召開焊接質(zhì)量評定會議，總結焊接經(jīng)驗，提高天然氣管道的焊接技術水平[6]。

4.5 管道焊接的缺陷和防治

在實際的管道焊接過程中，由于工藝、材料等因素影響，產(chǎn)生了很多缺陷和不足。這些問題會造成生產(chǎn)出不合格產(chǎn)品甚至報廢現(xiàn)象。因此要及時發(fā)現(xiàn)并消除隱患，必須從源頭抓起并且對癥下藥，從問題根源提出改善措施從而提高天然氣焊縫質(zhì)量，從而達到降低成本減少事故的目的。在焊接過程中，由于溫度、壓力的變化，焊縫表面會產(chǎn)生裂紋和開裂等現(xiàn)象，這些情況都直接影響到天然氣管道接頭質(zhì)量。焊接過程中常見的缺陷有氣孔、夾渣和裂紋，因此對焊接工藝進行嚴格控制是保證密封性良好的基礎上提高了其耐腐蝕性能；同時還應盡量減少氣孔、夾渣及雜物進入熔池區(qū)域引起缺陷問題發(fā)生概率增加及避免出現(xiàn)短時高溫燒損事故，并能及時發(fā)現(xiàn)存在于焊縫處的裂紋和熱損傷現(xiàn)象，進而有效防止或延緩開裂。其中，夾屑是影響焊縫熔深變化最主要因素。在實際操作時應嚴格控制氣體含量以防止產(chǎn)生應力集中而導致熱變形或開裂等情況；此外還需注意對環(huán)境條件進行檢測并做好預防措施來避免這些問題出現(xiàn)造成重大事故隱患；最后還要加強焊接設備及相關材料的管理與維護工作，提高生產(chǎn)效率，降低成本，增加經(jīng)濟效益。

在實際操作過程中，為了避免焊接缺陷的發(fā)生，需要對其進行有效防治。①提高焊接工藝水平、減少熱影響區(qū)溫度、降低焊縫根部裂紋等缺陷現(xiàn)象發(fā)生情況下，應采取有效措施防止其發(fā)展趨勢會逐漸擴大化，并通過對操作過程進行嚴格控制，從而避免出現(xiàn)嚴重的后果。②加強設備的安全管理。在操作過程中，必須對所有操作人員進行嚴格要求，禁止出現(xiàn)違規(guī)行為。同時還需要制定詳細的規(guī)章制度來約束工作人員和相關管理人員工作時不可以產(chǎn)生任何問題及失誤。③加強管道連接處工藝性測試與驗收工作并做好相關記錄以便后續(xù)維修作業(yè)時能夠準確掌握操作過程中出現(xiàn)問題的原因及解決方法，從而提高焊接效率，減少成本損失，增加經(jīng)濟效益。④建立健全質(zhì)量控制體系以強化其管理職能，提高企業(yè)的整體質(zhì)量管理水平。

5 結束語

對天然氣管道焊接技術進行了研究并提出改進措施及建議，以進一步提高天然氣管道焊接技術水平，促進中國天然氣工業(yè)發(fā)展和進步。