不同條件下長輸管道焊接方法適應性與安裝技術

秦東東

（中石化勝利油建工程有限公司 山東東營 257000）

摘要： 高壓和高密度輸送技術是大流量管道輸送技術的發展趨勢， 長輸管道亦正向大口徑、高壓力輸送方向發展。管道質量對管道長期安全運行和使用壽命至關重要， 而焊接技術是長輸管道建設中的關鍵技術。近年來我國在長輸管道的焊接加工技術方面已具有成熟的手工下向焊接技術和半自動氣體保護焊技術， 全自動氣體保護焊技術的應用正在起步， 亦因其焊接質量高、再現性好， 使得這種自動焊接方法必將在長輸管道建設中獲得越來越廣泛的應用。

關鍵詞： 長輸管道；焊接方法；安裝施工；管道質量

長輸管道焊接方法對長輸管道制造質量至關重要，關系到其使用可靠性、運行安全性。合理的選擇焊接方法和應用相應的焊接技術是保證長輸管道焊接質量的關鍵。根據長輸管道現場焊接特點和要求， 闡述了長輸管道現場焊接中的焊接方法及其生產現場使用情況， 對主要焊接方法的應用前景進行了展望。

1 長輸管道現場施工條件對焊接要求

（1）流動性施工對焊接質量的影響。長輸管道施工中的作業點隨施工進度而不斷的發生變化， 所以對保證焊接質量相對增加了難度。（2）長輸管道現場施工地形、地貌對焊接質量有影響。長輸管道都會遇到多種地形、地貌， 其差異導致接管焊縫位置多樣化， 接口組對條件較差、焊縫間隙不易控制， 強制組對會產生較大約束應力等都對焊接質量有直接影響， 所以要因地制宜， 選擇不同的焊接方法來滿足工程需要。（3）氣候環境對焊接質量影響。風、雨、溫度、濕度等自然環境也對焊接質量產生一定影響。（4）全位置焊接工況條件較多， 施工場地狹窄，妨礙焊接操作的障礙物較多， 往往給施焊帶來不便。（5）機械化的焊接方法在現場適用性較差， 先進的焊接技術在現場應用的限制因素較多。

2 長輸管材現場焊接的要求

2.1 長輸管材材質對焊接方法的要求

目前長輸管道用鋼主要是碳鋼和低合金鋼。對于碳鋼管線的焊接可選焊接方法很多， 但對管線低合金鋼焊接方法選擇則要注意焊接熱能量的輸入。對于X70 及以下的管線鋼， 可選擇手工焊、半自動焊或全自動焊接， 而對于 X70 以上的管線鋼， 較多選擇手工焊或某些特殊的自動焊接方法， 因為目前還不能生產工藝性能和綜合力學性能較好的自保護焊絲。對于輸送高含硫、鹵離子的石油天然氣而采用雙相不銹鋼、INCONY 合金時， 精確控制焊接時的熱輸入量對焊接質量至關重要， 如對于 SFA2205 雙相不銹鋼， 如果不能保證鐵素體含量在 25%～50%間， 將不能保證管道的耐腐蝕要求。自動焊因其焊接線能量可以精確控制而使其成為這類鋼管成型的首要選擇。

2.2 管材規格對焊接技術的要求

對于大直徑薄壁管道（δ≤8 mm）采用全位置下向焊四層道即可完成焊接， 能夠充分體現其快速的優點， 并獲得高的焊接合格率。對于大直徑厚壁管道（δ>8 mm）采用下向焊需大量增加焊接層道時， 則可考慮下向與上向焊結合的復合型焊接工藝。小口徑薄壁管則可考慮采用氬弧焊打底， 手工焊填充、蓋面的方法。在條件受限制時（如野外作業、裝備水平、施工成本等）， 可采用焊條電弧焊方法。不銹鋼管應考慮其防腐蝕能力要求， 最好選用 TIG 焊或焊條電弧焊。

3 長輸管道焊接方法技術和應用

3.1 手工下向焊方法和應用

手工焊接方法克服了在野外較差自然條件下使用設備復雜、操作不便的不足， 被廣泛應用于長輸管道現場焊接尤其是大直徑薄壁長輸管道的焊接。目前普遍采用的手工焊接方法主要是手工焊條下向焊和手工鎢極氬弧焊。

3.1.1 焊條電弧焊下向焊方法和應用

目前焊條電弧焊下向焊方法已經成熟， 并廣泛應用于管道工程建設當中。焊條電弧焊下向焊方法主要有全纖維素型下向焊、混合型下向焊、復合型下向焊等三種類型。其焊接順序示意如圖 1 所示。（1）全纖維素型下向焊。全纖維素型下向焊是國內外普遍采用的一種焊接方法， 主要應用于鋼材為 X70 以下的薄壁大口徑管道的焊接。其焊接速度快， 根焊性能好， 焊縫射線探傷一次合格率高。在管道建設中有一些區域，如水網地帶環境， 自動、半自動焊接設備不能進入的區域。該方法焊接質量的保證關鍵在于打底焊時要求單面焊雙面成形， 仰焊位置時防止熔滴在重力作用下出現背面凹陷和鐵水粘連焊條。我國早期下向焊均采用全纖維素型電焊條。（2）混合型下向焊。混合型下向焊是指長輸管道現場組焊時， 采用纖維素型焊條打底焊、熱焊， 低氫型焊條填充、蓋面的手工下向焊方法。這種焊接方法主要用于鋼管材質級別較高的管道和氣候環境惡劣、輸送酸性氣體極高的含硫油氣介質管道的連接， 要求焊接接頭具有較好的低溫沖擊韌性的管道或者厚壁管道的焊接。通常的全纖維素型焊接方法難以達到管道接頭質量要求， 而低氫型焊條的抗冷裂紋和沖擊韌性較纖維素型焊條要好， 但其熔化速度較慢。為保證管道力學性能符合要求， 同時盡可能的提高焊接速度， 因而選擇混合型下向焊方法。在 1996 年建設的陜京輸氣管道中首次采用了該方法， 取得了良好的焊接效果。（3）復合型下向焊。復合型下向焊是指根焊層和熱焊層采用下向焊方法， 填充、蓋面焊采用向上焊方法。其主要應用于焊接壁厚較大的管道。與傳統的向上焊相比， 下向焊熱輸入低， 熔深較淺， 焊道較薄， 隨著鋼管壁厚的增加焊道層數也會迅速增加， 焊接時間和勞動強度將隨之加大， 單純的下向焊難以發揮其焊接速度快、效率高的特點。而打底焊、熱焊采用下向焊，填充焊與蓋面焊采用向上焊的復合型下向焊技術則可應用兩種焊接方法的優點， 獲得優質的管道焊縫質量。在氣體保護半自動下向焊技術未應用于管道建設之前， 大壁厚管道多采用復合型下向焊技術， 可大大提高生產效率。

3.2 半自動下向焊方法與應用

國內管道主體焊接中應用成熟的半自動焊方法為纖維素焊條打底， 自保護藥芯焊絲或 CO2氣體保護焊絲進行填充、蓋面。半自動下向焊方法主要分為藥芯焊絲自保護半自動下向焊和活性氣體保護半自動下向焊兩種。（1）藥芯焊絲自保護半自動下向焊。藥芯焊絲自保護半自動焊特別適用于戶外有風場合， 靠藥芯高溫分解釋放出的大量氣體對電弧和熔池進行保護， 同時有少量熔渣對熔池和凝固焊縫金屬進行保護的一種高效優質焊接方法。藥芯焊絲的連續作業方式可減少焊接接頭數目， 提高焊縫質量和勞動生產率， 藥芯焊絲工藝性能優良、電弧穩定、成形美觀， 適合全位置管道焊接， 通過選擇一定牌號的藥芯焊絲含有的合適過渡元素， 力學沖擊韌性可得到極大提高。適宜野外作業， 但該方法在打底焊時， 焊根較易出現未熔合的缺陷， 為此要嚴格按工藝規范參數施焊。（2）CO2活性氣體保護半自動下向焊。CO2氣體保護焊是一種廉價、高效、優質的焊接方法。傳統短路過渡 CO2焊不能從根本上解決焊接飛濺大、控制熔深與成形的矛盾。在逆變焊機高速可控性基礎上， 采用波形控制技術的 STT（SurfaceTension Transfer）型 CO2半自動焊機， 熔滴過渡由液體表面張力完成， 電流電壓波形可控，。可用于全位置單面焊雙面成形的打底焊，但現場焊接需要防風措施。STT 型 CO2半自動焊以其優異的性能拓寬了 CO2半自動焊在長輸管道施工中的應用領域。

參考文獻：

[1]長輸天然氣管道安裝中的焊接質量管理探討[J]. 劉軍.？現代商貿工業. 2013（14）