長(zhǎng)輸管道焊接工藝和焊接質(zhì)量的控制

馬睿聰

（中車大同電力機(jī)車有限公司，山西 大同037000）

隨著現(xiàn)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)能源的需求在不斷調(diào)整，能源結(jié)構(gòu)也在逐步優(yōu)化，長(zhǎng)輸管道的輻射量也將持續(xù)擴(kuò)大，而焊接工藝的研究也非常必要。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員要致力于研究長(zhǎng)輸管道焊接工藝的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)焊接工藝形成完善的技術(shù)體系，在實(shí)際的應(yīng)用中探索其規(guī)律和要點(diǎn)，對(duì)長(zhǎng)輸管道焊接的質(zhì)量加以控制。維持長(zhǎng)輸管道的穩(wěn)定運(yùn)行，能夠?yàn)樯鐣?huì)的生產(chǎn)、人們的生活提供充足的能源，而良好的長(zhǎng)輸管道焊接質(zhì)量，則可以保證長(zhǎng)輸管道的運(yùn)輸效率。

1 長(zhǎng)輸管道焊接工藝的相關(guān)內(nèi)容

國(guó)內(nèi)的長(zhǎng)輸管道壁厚一般在8 mm以上，技術(shù)人員所采用的焊接方法以多層焊接為主，在打底和填充蓋面中采用的工藝也是多種多樣的，打底工藝有內(nèi)焊機(jī)多槍頭下向焊、全自動(dòng)焊、手工焊等方式，填充蓋面以全自動(dòng)焊、半自動(dòng)焊、手工焊等內(nèi)容為主。實(shí)際焊接過(guò)程中可能會(huì)由于管徑較大而導(dǎo)致管道的輸送壓力較高，長(zhǎng)輸管道一般會(huì)選擇高碳鋼制作的鋼管，鋼管要在x60的鋼級(jí)以上，焊材會(huì)選擇實(shí)心焊絲外加氣保護(hù)、纖維素焊條、低氫焊條等，而長(zhǎng)輸管道焊接的對(duì)接坡口通常會(huì)選擇復(fù)合型、U型或是V型，技術(shù)人員要依照實(shí)際的焊接情況及鋼管的壁厚情況來(lái)選擇相應(yīng)的種類[1]。

2 長(zhǎng)輸管道焊接容易產(chǎn)生缺陷的成因及質(zhì)量控制的要點(diǎn)

2.1 燒穿問(wèn)題與防治要點(diǎn)

燒穿問(wèn)題是指在填充層或熱焊層焊接時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)燒漏幾層的問(wèn)題，產(chǎn)生這一問(wèn)題的原因在于焊接工藝的參數(shù)過(guò)大或者焊道相對(duì)較薄，而防治燒穿問(wèn)題的要點(diǎn)在于，技術(shù)人員要選擇用厚度為3 mm以上的焊道，焊接工藝要始終保持在合理的范圍內(nèi)，如果出現(xiàn)燒穿的問(wèn)題，要立即停止焊接操作，并按照相關(guān)要求打磨根部間隙與坡口角度以后，再重新進(jìn)行焊接操作。技術(shù)人員應(yīng)用厚度較大的焊道可以避免燒穿的問(wèn)題，并且要在焊接的過(guò)程中始終查看焊接的參數(shù)，不要使參數(shù)過(guò)大，如果存在燒漏的隱患，應(yīng)停下操作，予以檢查，核對(duì)無(wú)誤以后再進(jìn)行操作，技術(shù)人員在焊接的過(guò)程中要時(shí)刻注意燒穿的問(wèn)題，如果存在燒穿的問(wèn)題，應(yīng)采取相應(yīng)的措施予以補(bǔ)足[2]。

2.2 裂紋問(wèn)題與防治要點(diǎn)

在焊接以后的冷處理過(guò)程中，容易出現(xiàn)裂紋，焊道產(chǎn)生的應(yīng)力大于母材或者焊縫的技術(shù)強(qiáng)度過(guò)大，都可能導(dǎo)致縫隙出現(xiàn)，在強(qiáng)行組對(duì)或者連頭組對(duì)的過(guò)程中，直管擺放的角度與彎頭的角度都會(huì)存在一定的差異，而組對(duì)的時(shí)候會(huì)因?yàn)楣芸诘耐饬υ黾?，而產(chǎn)生應(yīng)力問(wèn)題。根焊道較薄的地方會(huì)產(chǎn)生裂紋缺陷，而焊道擴(kuò)散的氫含量如果相對(duì)較高，或者焊道的溫度相對(duì)較低，都可能會(huì)造成裂紋的問(wèn)題。而且長(zhǎng)輸管道在冬季的野外環(huán)境中施工時(shí)，氣溫過(guò)低會(huì)給施工人員的焊接過(guò)程帶來(lái)一定的影響，下向焊的工藝所需材料以藥芯焊絲和纖維素型焊條為主，那么焊接之后的焊道所擴(kuò)散的氫會(huì)發(fā)生凝聚，也可能導(dǎo)致焊接存在缺陷。裂紋防治的要點(diǎn)在于對(duì)強(qiáng)力組對(duì)可以有效避免，技術(shù)人員在焊接管道之前可進(jìn)行預(yù)熱工作，適當(dāng)?shù)卦黾痈负傅赖暮穸龋⒃谕瓿筛覆僮饕院笤龠M(jìn)行蓋面和填充。如果焊接時(shí)處于冬季，那么技術(shù)人員要考慮到焊道焊接以后的緩冷情況，充分重視管道的冷卻情況，為其擴(kuò)散氫氣創(chuàng)造條件，就可以有效地避免裂紋問(wèn)題。

2.3 未焊透問(wèn)題與防治要點(diǎn)

未焊透問(wèn)題屬于熔孔在根部焊道焊接過(guò)程中并沒(méi)有完全打開(kāi)，所以會(huì)殘留原始的鈍邊，可以分為根部完全未焊透與單側(cè)未焊透兩種情況，究其產(chǎn)生的原因可以看出，根部完全未焊透是因?yàn)殁g邊過(guò)厚或者組對(duì)的間隙較小，而單邊未焊透則是因?yàn)閮蛇叺拟g邊值不相等，或者錯(cuò)邊量超出標(biāo)準(zhǔn)的范疇。從未焊透問(wèn)題的防治工作來(lái)看，技術(shù)人員應(yīng)在焊接之前認(rèn)真修磨焊縫并進(jìn)行組對(duì)，使焊條或者焊絲能夠在焊接的過(guò)程中順暢進(jìn)入到坡口的根部。如果根焊不能產(chǎn)生熔孔，那么技術(shù)人員要打磨出符合要求的根部間隙，并對(duì)焊接的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。彌補(bǔ)未熔合的焊接缺陷，通常具有較大的難度，壁厚較大的焊道打磨難度非常大，技術(shù)人員在焊接的過(guò)程中要盡可能地避免產(chǎn)生這一缺陷[3]。

3 長(zhǎng)輸管道焊接工藝的流程分析與實(shí)踐應(yīng)用

3.1 管道全位置自動(dòng)焊接技術(shù)

全位置的自動(dòng)焊接裝置包括焊接小車、行走軌道及自動(dòng)控制系統(tǒng)，在管道相對(duì)固定的狀態(tài)下，由焊接小車帶動(dòng)焊槍在軌道上做繞管壁運(yùn)動(dòng)，可以對(duì)管件進(jìn)行有效的焊接。自動(dòng)焊接工藝具備自動(dòng)化的控制系統(tǒng)，其工藝性能相對(duì)穩(wěn)定，受外力的影響較小，而且焊接的機(jī)械化程度較高，焊接的成本會(huì)有所降低。在大口徑的厚管壁焊接中，機(jī)械的焊接速度和質(zhì)量是非常高的，要遠(yuǎn)勝于其他方法的焊接工藝。全位置的自動(dòng)焊接配置設(shè)備包括管道全位置自動(dòng)焊接機(jī)、林肯焊機(jī)、STT半自動(dòng)焊機(jī)、坡口機(jī)、氬弧焊機(jī)和輔助工具等。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，國(guó)外就開(kāi)始在管道工程中使用自動(dòng)焊接技術(shù)，在大口徑、大壁厚管道的焊接施工中尤為廣泛，這種技術(shù)的操作性簡(jiǎn)便而且質(zhì)量水平高，外形美觀。國(guó)內(nèi)的自動(dòng)焊接技術(shù)在西氣東輸?shù)墓艿拦こ讨械玫搅舜笠?guī)模的應(yīng)用。國(guó)外代表性的自動(dòng)焊接設(shè)備有美國(guó)CRC-EVANS，國(guó)內(nèi)管道局購(gòu)置的設(shè)備有美國(guó)CRC管道全位置自動(dòng)焊接機(jī)。國(guó)際上研究焊接機(jī)械的公司非常多，有美國(guó)的CRC公司、瑞典的伊薩公司等，在大管徑管道的全位置焊接領(lǐng)域研究較為深入，焊接效率較高，還可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。

3.2 自動(dòng)焊接技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

為滿足實(shí)際長(zhǎng)輸管道焊接施工的需求，技術(shù)人員對(duì)長(zhǎng)距離、高壓力、大口徑的高強(qiáng)度管道焊接工藝進(jìn)行了大量的研究，在勝利油建公司的長(zhǎng)輸管道焊接工藝研究中，主要應(yīng)用了STT打底與自動(dòng)保護(hù)藥芯焊絲填充蓋面的工藝，采用手動(dòng)下向焊工藝和全自動(dòng)焊工藝。目前中國(guó)相關(guān)領(lǐng)域?qū)θ詣?dòng)焊接工藝的研究正處于逐年上漲的趨勢(shì)。勝利油建公司先后引進(jìn)了法國(guó)SERIRMAX生產(chǎn)的SATURNAX05焊炬全位置自動(dòng)焊接設(shè)備，并在西氣東輸?shù)墓こ讨腥〉昧孙@著的成果[4]。

3.2.1 焊接過(guò)程

焊接的工程量為2.2 km，管道材質(zhì)是API5LX70，管壁厚19 mm。技術(shù)人員先用內(nèi)對(duì)口器組成管口，清除管口附近100 mm以內(nèi)的雜質(zhì)，包括油污、鐵銹等，坡口處的金屬光澤非常好，技術(shù)人員將坡口修整，測(cè)量管口處的鈍邊厚度及管口圓度等數(shù)值，使其達(dá)到焊接作業(yè)的基本要求，對(duì)不足之處加以調(diào)整，之后再打磨管口附近100 mm的螺旋焊縫，便于安裝焊接軌道，在條件允許下，也可以采用坡口整形機(jī)進(jìn)行管口修理。安裝焊接軌道時(shí)，技術(shù)人員可以采用專業(yè)的安裝工具來(lái)連接軌道，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整軌道邊緣與管道坡口之間的距離，保證軌道與管道的同心度一致、平行度一致，再利用自動(dòng)焊接小車行走來(lái)保證焊接的質(zhì)量。技術(shù)人員可以用專業(yè)的工具來(lái)修整軌道，而工具的錘面硬度要低于軌道的硬度，以免對(duì)軌道造成損傷，安裝軌道完畢以后，軌道與管道的面積距離應(yīng)在3 mm以下，才能滿足焊接作業(yè)的要求。技術(shù)人員要根據(jù)焊接的要求輸入相關(guān)焊接參數(shù)，包括電壓、電流等，在啟動(dòng)焊機(jī)以后會(huì)進(jìn)行自動(dòng)焊接，技術(shù)人員要實(shí)時(shí)監(jiān)看焊接的過(guò)程，如果出現(xiàn)問(wèn)題，可以及時(shí)停機(jī)予以修正。

3.2.2 無(wú)損檢測(cè)

技術(shù)人員可以利用X射線來(lái)探測(cè)焊道，或是應(yīng)用超聲波儀器來(lái)探測(cè)焊道，所檢測(cè)的結(jié)果準(zhǔn)確率可以達(dá)到99%。

3.2.3 焊接施工能力

自動(dòng)焊接工藝的效率會(huì)在管徑和管壁厚度較大的狀態(tài)下而有所提升，在川氣東送的工程中，技術(shù)人員采用人工電弧焊的方式，管道口的焊接需要1 h，自動(dòng)焊的焊接僅需要35 min，焊接的效率差異非常大，自動(dòng)焊接的效率比手動(dòng)焊接提升了40%。在西氣東輸?shù)墓こ讨校?道焊口讓2個(gè)技術(shù)人員來(lái)焊接，通常需要花費(fèi)6 h才能完成，如果采用全自動(dòng)焊接工藝，則1道焊口僅需要45 min就可以完成，工作效率提升了大概7倍。在實(shí)際的應(yīng)用對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)焊接工藝的效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工的焊接方式，而且焊接效率的提升非常明顯。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為目前較為先進(jìn)的一項(xiàng)焊接技術(shù)，長(zhǎng)輸管道焊接工藝中以大口徑的管道自動(dòng)焊接技術(shù)為先，其不僅具備較快的焊接速度，而且焊接的質(zhì)量也相對(duì)較高，已經(jīng)逐漸成為中國(guó)長(zhǎng)輸管道焊接工藝中的核心內(nèi)容，也是必須掌握的一項(xiàng)焊接工藝。在中國(guó)多個(gè)長(zhǎng)輸管道的焊接過(guò)程中，大口徑管道自動(dòng)焊接技術(shù)的應(yīng)用提升了整體的長(zhǎng)輸管道的焊接質(zhì)量水平，也促進(jìn)了相關(guān)技術(shù)的深入研究，成為許多公司在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中贏得優(yōu)勢(shì)的技術(shù)資源，對(duì)中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有推動(dòng)作用。在今后，相關(guān)研究人員更要精于長(zhǎng)輸管道焊接工藝的應(yīng)用，使其為中國(guó)的管道工程作出更多的貢獻(xiàn)。