長輸小口徑管線鋼管焊接與檢測技術

王彥濤

隨著經濟的快速發展，對能源的需求不斷增加，同時能源供應結構也在逐步優化，長輸管道將不斷擴大。相關技術人員要致力于長輸小口徑管線鋼管焊接技術的研究，促進焊接技術的不斷優化。在技術應用中，需要研究其應用規律和要點，控制焊接質量。保持管道穩定運行，為生產生活提供充足的能源保障，保證管道的高效能源輸送。

1 小口徑鋼管焊接方法

1.1 手工電弧焊

由于不同的工業制造，對鋼材厚度的需求不同，當鋼材厚度較厚時進行焊接時就需要進行多層數焊接，要是進行焊接的兩種鋼板一種是尋常鋼，另一種是低碳鋼的話，不同于兩種相同的材質的焊接工作，需要進行嚴格的焊接厚度監控，以此來實現良好的焊接質量。

手工電弧焊在長輸管道中的應用，由于其使用設備簡單和操作靈活，被用于焊接管道。低氫焊條向上焊用于管道小口徑鋼管和管件的焊接，用于連接件的焊接，以及填料焊接。纖維素向下電弧焊用于X70鋼根部焊接和熱焊，及管道環焊。纖維素焊條根焊用于X70及以下長輸管道的補焊。鐵粉焊條電弧焊主要用于小口徑特殊截面管道接頭和滑動焊接，與纖維素電極相比，操作難度較大。在進行焊接時，焊條的選取是有嚴格的要求的，焊條直徑主要是根據被焊接鋼板厚度成正比的，在具體的操作進行中，有一定的參數去衡量焊條直徑與被焊接鋼板的厚度，一般會存有這幾種比值結果：首先，在焊件厚度一致的情況下焊條直徑數值可以由焊縫方位做直徑長度得到。立焊時直徑（d）小于5.0mm，橫焊與仰焊時d小于4.0mm，焊條直徑合理選擇，在降低熔池、防止金屬量過度下流現象出現方面發揮巨大實效性；其次，焊條接頭的選擇。焊接的過程中是不會出現T形接頭，也不會有搭接接頭存在，如此一來想要提高焊接作業的高質量，所以在焊條的選擇上應盡量選擇直徑大一些的焊條來實施焊接。

1.2 半自動焊接

半自動焊接因設備簡單而受到施工廣泛的應用。半自動焊接STT是美國電氣公司開發的技術，STT焊接不是直流電壓。輸出是按照瞬時電弧產生的，以保證表面張力的通過。焊接采用100%CO2作為保護氣體，該技術具有焊接穩定，飛濺少、熱輸入低、焊接好和合格率高等特點，適合各位置的底部焊接。CMT半自動保護焊是熔化超冷金屬焊接技術，在焊接中焊絲前饋，而且還發生牽引。牽引運動有利于液滴脫落。焊接過程結合在一起，可以精確控制電弧沖擊，零間隙分組時沒有噴射，解決了外根焊管焊縫問題。同時具有散熱低和焊接變形小的使用優勢，電弧能力得到了明顯的提高，并且具有焊縫美觀的焊接特性。RMD氣體保護金屬焊絲，是一種短弧控制技術，過渡由軟件精確控制。在焊接中，通過檢測短路過程，在短路每個階段監測電流形狀，以控制電弧溫度，增加電弧推力，實現根部熔深。RMD軟件集成了強大的專家系統，程序根據最佳電弧特性自動優化。具有廣泛的適應性，電弧穿透力強，焊接效率高，噴射和熱效應少。具有熔池穩定、焊縫兩側熔合好和尺寸適應性好，同時還具有焊縫形狀好和質量高等特點，在管道焊接中得到了廣泛應用。多年使用證明，半自動焊接抗風能力強，焊接效率高，形狀美觀，連接幾乎為零，幾乎沒有缺陷。焊接主要用于周邊焊縫的填充和涂層焊接，目前是主要管道的焊接方法之一。由于管道鋼材質量提高，半自動焊接接頭沖擊不足，限制了其使用范圍。由于環保標準不同，進行焊接時電弧氣氛中氟化氫氣體較高，一些國家不推薦使用。

1.3 自動焊接

自動焊接是焊接在設備下完成的，焊接操作只起到控制作用。長輸小口徑管線鋼管焊接自動焊接技術可以提高管道焊接質量，降低焊接工藝對操作技術的依賴。自動焊接技術具有效率高、焊縫美觀、工人勞動強度低優點。自動管道焊接包括自動埋弧焊、電阻焊、氬鎢弧焊，熔焊全位置自動焊接用于長輸管道的焊接。單焊槍全位置自動焊焊槍在管道頂部向下焊，安裝在外圓周上的圓形軌道上。實心焊絲用于焊接。焊接所有參數均在系統中設定，在電弧控制系統下由焊機自動完成。使用計算機或編程器調整精確控制焊接參數，包括焊接速度、轉彎寬度、轉速、電壓和電流等參數，基于長輸管道焊接位置的不同，在實際應用中的設計需要因焊接位置而異，是理想焊接設備。可用于單面焊和雙面焊，也可根據要求完成熱焊、填充和涂層等。自動單炬焊采用藥芯焊絲+保護氣焊進行熱焊和蓋面焊。與半自動焊接相比，自動焊接投資較大，需考慮易損件的供應。自動焊的抗風能力較低，在采取防風措施時常使用。雙焊炬全位置自動焊是在單焊基礎上發展的一種高性能全位置管道焊接技術，可完成熱焊、填充等工藝。雙焊槍安裝在一個調節機構上，安裝在兩組調節機構上，同時使用兩個焊槍雙疊焊。采用全數字控制技術，實現位置自動識別，在焊槍位置進行弧焊，焊接效率較高。自動雙槍焊是我國主要管道焊接方式，具有焊接效率高和質量好的特點，廣泛應用于鋼管焊接中。

2 影響長輸小口徑管線鋼管焊接質量因素

2.1 工藝技術及焊接設備因素

長輸小口徑管線鋼管焊接必須符合技術標準和程序，這關系到管道的焊接質量。根據相關規定，在加工前必須完成工藝鑒定。評定結果確保符合焊接工藝要求，按有關規定施工，并提交報告。技術工藝的分析是管道焊接的主要依據，同時需要規定焊接人員的技術要求，嚴格按照技術要求應用工藝技術。焊接電流必須滿足要求，以防止燒壞缺陷。焊接人員的操作也必須達到一定的水平，以避免出現缺陷問題。最常用能源輸送方式是長輸管道，相關技術直接關系到長輸管道質量發展。在長輸管道焊接中，焊機操作程度將直接影響管道焊接質量，尤其是電流電壓與焊接電流的整體密切相關。設備是一種高度專業的工具，使用工具和設備，以及焊機的運行必須確保合理，以確保相關設備工具的穩定狀態。

2.2 材料與環境

焊接材料在焊接中含有許多化學成分，如果材料不符合標準，這些質量隱患將影響管道質量。因此在開展施工前應考慮材料和焊接環境。從環境來看，現場受氣候條件的影響明顯，管道在開闊環境下問題概率較高。長時間暴露在低溫下會在焊接部分形成裂紋，暴露在高濕環境中會增加濕度，造成氣孔問題。由于一些長輸管道工作任務是在高寒地質惡劣條件下進行的，基于大范圍的輸氣管道，對于保證材料將是長輸管道質量管理工作的重點。

3 長輸小口徑管線鋼管焊接的性能控制

3.1 焊接工藝控制

從工藝流程控制來看，管道焊接前，需要組織人員進行技術培訓和前期考核，考核合格者方可進行長輸管道焊接工作。技術人員應對鋼管焊接進行全面的質量檢查，如有焊接缺陷或其他缺陷，必須應用適當的控制機制。在焊接前，應全面了解管道施工狀況，根據實測數據，為焊接制定科學的預警措施。可以根據評價結果對工藝進行科學分析，確保焊接施工各階段要按規定規范進行。在焊管前，使用倒角裝置加工坡口，這是技術應用要求的。兩邊用角磨機除銹后，用電加熱，要達到規則要求溫度。在整個焊接中，要檢查有無異物，加熱應與設定溫度對應，防止長輸管道產生裂紋，焊后應進行熱焊。確保時間和風力不影響焊縫質量。在焊接過程中，表面應與管材的顏色相近，焊縫過渡區應保持自然。表面形成的殘留及時清除，在冬季或夏季施工后，為了保溫和防腐蝕，采取措施控制溫度，防止裂紋或其他質量問題的出現。及時消除缺陷，焊工除按照工藝說明要求進行檢查外，為便于長輸管道質量的進一步研究，在工作中需要記錄電壓電流、預熱等電焊參數。室內焊接可以采用循環控制對焊接的技術進行嚴格控制，以便發現問題并采取處理。在選擇焊接工藝時，應根據焊接報告結果選擇技術。對于全自動焊接工藝，根據設計條件制定質量保證措施，以滿足焊接要求。對于常規管道，焊接采用風阻低的氣體保護。在現場焊接中，應在管道的斷端處安裝保護板，以免造成焊接缺陷。另外，坡口必須根據精度要求進行分組，不均勻的坡口和不合理的間隙會導致焊接缺陷。這種焊接厚度比較小，在頂部焊接蓋板時會發生咬邊。需要調節焊絲長度和速度等工藝參數。從多方面進行技術措施管理，為后續缺陷的定位和消除提供有效保障，并根據現場情況組織人員更改。

3.2 設備的選擇

焊接設備開始運行前，需要確保經檢驗合格的設備在焊接時方可投入運行。在焊接管道時，應分析焊機的使用情況，使焊機能夠正常穩定地工作。在開始任何焊接前，檢查電流表和電壓表數據，以確保設備在操作中處于良好狀態。如果設備出現問題，需要快速解決。大多數管道氣體是有毒的，如果不采取措施，導致安全隱患和對設備的威脅，給現場施工管理帶來一定的隱患。

3.3 焊前預熱質量控制

預熱的目的是減緩焊縫的冷卻,以降低硬化程度，有利于改善應力條件，減緩裂紋形成。層間溫度不足是預熱溫度達不到預熱目的,如果層溫度過高或，容易造成接縫過熱。質量控制包括預熱和安裝質量控制,控制預熱溫度,保證受熱均勻，確保長輸小口徑管線鋼管焊接工藝符合規范要求。在特殊溫度下操作，焊后緩冷或電加熱，必須保證內蒸汽質量符合焊接規范要求，焊接必須滿足技術規范要求。壁厚不均的焊管端部必須采用過渡管處理，根據工程實踐，厚度不應超過壁厚差異。如果根部焊縫比承受應力更大，有開裂的可能，在熱焊后拆除內部裝置，以防止焊縫通過裝配開裂。

3.4 自動焊接設計

自動焊接由內置焊接機和裝置組成，可以將管道對準管道中，固定管道末端，多個焊頭用于焊接。在整個焊接中，可選用遠程自動控制動系統，保證長輸管道運行的穩定性。提高內部速度后，配備焊接系統可以進行雙面焊接，提高了長輸管道焊接效率，改善了管道的運行。使用內部焊機附加焊接，微處理器調整焊接速度、電壓、送絲速度等，控制焊接調整，也可計算熱輸入參數，系統必須在使用前對工藝進行鑒定。確定了不同的焊接參數，對機械性能測試進行檢驗，焊接需要不止一種參數,需要使用電腦控制系統參數調整。將參數的變化控制在工藝允許的范圍內，提高自動焊接系統的可用性，確保了工藝的合格參數。

4 長輸小口徑管線鋼管焊接檢測技術

4.1 激光超聲檢測

隨著激光技術和微弱信號檢測技術的發展，激光超聲波控制技術是利用激光脈沖在材料中產生超聲波，利用激光檢測超聲波。與超聲波相比，具有許多優勢。在進行長輸管道焊接檢測中，屬于非接觸式探測，避免了耦合對量程和精度的影響，防止了被測部分污染。該技術還具有抗干擾能力強，激光超聲可遠程啟動，易于實現自動化工作，并且可以在高溫、高壓或放射性等條件下遠程檢測。在實際工作中應用范圍廣，可在不同材料中激發超聲波，檢測形狀復雜的表面，用于操作受限的場合。具有很高的分辨率，可達到幾微米的分辨率，可用于裂紋檢測。可以進行快速的實時檢測，具有檢測數據存儲方便的優勢。

4.2 磁粉檢測技術

磁粉檢測工作原理是將元件磁化，磁力會通過結構在磁性結構中分布。根據不同數據的比較，得到檢測結果。在檢測管道時，使用漏磁技術來檢測表面的連續性。磁偏控通常用于檢測材料表面的孔洞，對鐵磁表面附近結構有一定的效果。由于磁性材料的限制，檢測方法通常無法在非磁性的地方檢測。

4.3 射線法

射線法技術相對成熟，是根據缺陷射線與金屬吸收率的差異，引起X射線或透射強度變化來檢測缺陷。沿管周向焊縫射線檢測，在自走式管道上安裝束焊。優點是精度高和檢測效率高，可以完成對接檢查。沖擊設備用于焊接接頭和彎頭，以及小直徑焊縫檢查。X光控制主要用于長輸鋼管焊縫，這種方法比較直觀，需要大量的X光片，膠片需要大量的空間來存放，占用大量的物力。隨著DR技術在工業上的應用，在一些長輸管道建設中，用DR技術代替膠片控制。在管道焊縫內部控制方面，DR技術在管道中應用并不廣泛。在一些項目中，只進行了工業測試。DR技術現在廣泛應用于管道中，但還存在投資成本高、設備體積大的弊端，未來需要進一步研究優化。

4.4 超聲

超聲法用于控制焊縫，超聲波可以檢測平面和三維缺陷，以及測量缺陷的位置，超聲波靈敏度高于射線法。超聲波探傷使用A型脈沖反射超聲波進行探傷，A型脈沖反射探傷儀可用于反射波的數字脈沖顯示。該技術已升級為自動超聲波探傷儀，采用逐行陣列技術，實時檢測探傷數據，打印全彩掃描圖，可以進行進一步的備份和傳輸數據。全自動焊接控制具有控制精度高、評價體系完備、檢測效率高等優點，在國內一些工程中得到了廣泛應用。

5 檢測技術對管道焊接質量的控制

在實際應用中，應根據具體工程特性和實際選擇檢測技術。通常在管道檢測時，由于項目規模較大，會基于成本和資源等考慮選擇線檢測進行驗證。組織人員確保測試符合監管標準并符合國家有關規定。在設備方面，實際使用的設備必須符合規定標準，保證生產正規性，確保符合標準試驗。在制定與檢測相關的檢測方法時，按照國家規定制定科學的方法，保證測試的正常開發。嚴格按照相關要求對技術參數進行監控，并實時反饋。在檢驗之前，對檢驗參與者進行培訓，以確保焊縫質量控制的有效性。遵守法律法規和制度，熟悉檢測知識，明確員工的工作職責，確保檢測靈活性。為了進一步提高人員的專業性，需要對技術水平、設備操作和參數的設置等進行培訓。保證檢測中工作的規范性，規范人員行為，防止人員疏忽造成的安全問題。建立監督機制，確保監管措施貫穿于所有程序。完善問責機制結構，確保與崗位職責并重。注意測試內容，數據備份時，要保證數據的標準化。審核結束后，對核實的數據進行分析，找出出現的問題，并對問題的形式和嚴重程度進行分析。根據數據，進行反復測試，以此來提高測試的準確性。

6 結語

綜上所述，長輸小口徑管線鋼管安全運行與焊接質量密切相關。因此，對長輸管道焊接質量需要進行嚴格的控制，預防安全隱患事件的發生。管道焊接必須應用可靠焊接工藝和檢測技術來保證，對于管道焊接包含從手工電弧焊、半自動焊接和自動焊接。焊接質量檢測技術包含磁粉、超聲波、射線等，基于長輸管道焊接質量要求的提升，對于檢測技術應用越來越復雜。隨著管道技術的發展，焊接技術將向智能化發展。隨著管道的建設，將應用越來越多的檢測技術和設備，提高鋼管焊接質量，確保管道安全運行。