長輸管道焊接工藝適應性分析與應用比較

張金波

摘 要 長距離、大管徑、高強度、耐腐蝕以及高壓力輸送正逐步成為陸上長輸油氣管道的發展方向，長輸管線鋼逐漸從 X42 發展至 X80，而焊接是長輸油氣管道建設工程的關鍵工序之一，其制約著管道建設的質量、效率和安全。實踐表明：焊接方法的合理選擇，對于提高管道建設效率和質量具有極其重要的意義。

關鍵詞 長輸油氣管道 建設工程 焊接工藝 應用比較 質量控制

中圖分類號：TE973.6文獻標識碼：A

長輸管道工程建設對焊接質量、焊接效率和焊接技術水平的要求越來越高，合理選擇焊接方法至關重要。本文系統梳理了長輸油氣管道建設常用的焊接方法，包括焊條電弧焊（SMAW）、鎢極氬弧焊（GTAW）、半自動焊、自動焊，總結了其性能特點、優勢不足和適用條件，參考國內重要管道工程應用案例，考慮管材等級、直徑、壁厚、輸送介質、施工環境等因素，提出長輸油氣管道焊接方法選擇的一般性原則，為長輸油氣管道的建設施工提供了有價值的參考。

1焊條電弧焊（SMAW）

焊條電弧焊是利用電弧放電產生的熱量將焊條與工件互相熔化并在冷凝后形成焊縫的過程。該方法適應性強、設備簡單、操作靈活、移動方便，同時對現場操作的要求較低，是長輸管道焊接中最常見的焊接工藝。依焊接方向和焊條不同，可分為纖維素焊條下向焊、低氫焊條下向焊、低氫焊條上向焊、組合焊接 4 種方法。

2鎢極氬弧焊（GTAW）

鎢極氬弧焊是利用焊接熔池和鎢極之間產生的電弧熔化母材和填充焊絲的焊接工藝。該焊接工藝優點在于：獲得的焊縫潔凈度高、質量好，且背部無焊渣，根焊滲透能夠得到有效的控制，能夠提高焊縫根部耐腐蝕和抗開裂性能;其缺點在于：對焊前坡口的清理要求較高，焊接速率低于焊條電弧焊，且抗風性能較差（風速需低于 2 m/s），對野外施工環境要求較高。該焊接工藝主要用于場站、閥室等管徑較小、壁厚較小的碳鋼、低合金鋼或不銹鋼工藝管道的焊接，以及連頭口、碰死口的根焊。

3半自動焊

半自動焊是指送絲機構控制焊接電弧電壓和送絲速度，焊機自動調節焊接電流，焊工手動控制焊接速度和焊絲伸出長度的一種半自動焊接方法，其具有勞動強度低、焊接質量好、效率高、經濟性好等優點，應用于管道的填充和蓋面焊。半自動焊接主要包括：活性氣體保護半自動焊和自保護藥芯焊絲半自動焊（FCAW-S）。

4自動焊

該焊接工藝操作簡單、焊接質量高、焊接速度快、焊縫成型美觀，多用于大口徑、大壁厚管道焊接，但自動焊對接頭坡口加工的精度、管口組對及焊接環境要求較高。其適用于地形平坦地段的管道焊接施工，尤其是在自然環境條件比較惡劣的地區，如戈壁、沙漠、無人區等，自動焊技術具有不可替代的應用空間和優勢。自動焊技術主要包括實芯焊絲氣體保護焊（CO2或 CO2+Ar 等）和藥芯焊絲自動焊兩種。

5長輸管道焊接方法比較與選用原則

對于材質為 X70 以下的管線鋼，多采用纖維素焊條下向焊、混合型手工下向焊，也可采用半自動焊和全自動焊。而對于 X70 以上的管線鋼，一般選用混合型手工下向焊、半自動下向焊或全自動焊。自動焊因焊接線能量可以精確控制而使其成為高強度長輸油氣管道焊接的首要選擇。管道直徑和壁厚因素：對于直徑小于 323 mm的管道，一般多采用手工焊條電弧焊;對于直徑大于23 mm 的管道，且多層焊接時，從工程進度考慮，一般采用纖維素焊條下向焊（根焊）+藥芯焊絲自保護半自動焊（填蓋）的焊接方法。

6實例應用

某輸氣管道工程全長約1045公里，材質為X65，直徑711mm，壁厚14.2mm。根據現場情況調查分析，針對X65長輸管道焊口返修長度長、需要打磨穿的焊口的狀況，做好焊接設備和輔助工具的焊前準備，選用設計坡口長度和角度、確定焊接工藝參數、焊條選擇等關鍵技術，嚴格按標準施工，確保返修質量。（1）焊縫的打磨與焊接。由于返修的焊口比較長，采取分段打磨、焊接的方式，分段長度控制在100mm范圍內;焊縫如果過長，一次性打磨穿容易造成冷裂紋，補焊時受熱不均勻導致應力集中，特別是管線彈敷段返修對根部未溶或內咬邊、返修長度大于100mm的焊接缺陷必須分段打磨穿，實施分段焊接。（2）坡口的尺寸設計。正確的選用坡口形式是保證返修X65長輸管材管道焊口的關鍵技術之一。坡口宜呈V型，角度為60？65埃Vぁ？.2mm的打底焊條能深入根部合理運條，間隙為2.5-3mm，不留鈍邊，采用此種坡口形式能有效的防止由于焊條電弧不到位形成返修未焊透和單邊未熔合等缺陷，是提高返修質量的技術關鍵。（3）焊縫的打磨與焊接。采取分段打磨，分段焊接。每段長度應控制在100mm范圍內為宜，對于缺陷性質為根部未溶或內咬邊且返修長度大于100mm時必須分段打磨穿后分段焊接。采取多層多道、打磨一段補焊一段方式確保焊縫結構均勻、細化，否則容易產生根部斷裂。在100-200mm內適合采取兩段打磨焊接;返修長度>200mm時，可分三段進行打磨修補，即先打磨修補中段，再分別打磨修補兩端，期間為確保焊接質量，打磨坡口兩側50mm的范圍內必須清理干凈，有金屬光澤露出，同時磨穿后用自制工具把內部卷邊清理干凈。焊接前將坡口兩側100mm范圍內用液化氣烤槍預熱至100-150℃，坡口兩側應溫度均勻，層間溫度宜≥80℃，并用測溫儀跟蹤測檢。在B段打底之后，由于焊道厚度和強度不夠，需用E5515在B段填充2-3遍之后，再對A段或C段實施打磨焊接。A段或C段打磨焊接時，采用與B段相同的工藝方法。最后三段留相同蓋面層的厚度，整體統一焊蓋面層，焊完后用保溫帶保溫緩冷。

參考文獻

[1] 陳楊，楊興.長輸天然氣管道焊接方法綜述[J].管道技術與設備，2017（06）：37-39.