天然气管道施工焊接技术的探讨

贾永亮　李建民

摘要:随着天然气管道施工技术的不断提升,管线的建设和运行对焊接质量、焊接效率和焊接技术水平都提出了更高的要求。由于天然气管道的焊接技术水平直接关系到管线运行期间的工程质量、工程安全和经济效益,我们有必要对天然气管道施工中的焊接技术进行探讨。本文主要介绍了目前天然气管道施工中的手工焊、半自动焊和自动焊焊接技术。

关键词:天然气;管道施工;焊接技术

截止2006年,世界油气管道的总长度已超过2.7×106km,并在以每年大约3%的速度增加。与此同时,我国天然气管道的建设已经进入蓬勃发展时期。随着天然气管道施工技术的不断提升,天然气管线的建设和运行对焊接质量、焊接效率和焊接技术水平都提出了更高的要求。由于天然气管道的焊接技术水平直接关系到管线运行期间的工程质量、工程安全和经济效益,因此我们有必要对天然气管道施工中的焊接技术进行探讨。

经过多年的发展,在天然气管道焊接技术中,我国已具有成熟的手工下向焊技术,正在普及半自动焊接技术,全自动焊焊接技术的应用作为一种发展趋势,正在研制和逐步推广。本文主要介绍了目前天然气管道施工中的手工焊、半自动焊和自动焊焊接技术。

1手工焊

我国在70年代采用传统焊接方法--低氢型焊条手工电弧焊上向焊技术;80年代开始推广手工电弧焊下向焊技术,主要为纤维素焊条和低氢型焊条下向焊。

手工下向焊是目前比较先进的管道手工焊接工艺,与传统的向上焊工艺比较,下向焊采用小间隙、大钝边、小坡口角度的工艺参数,焊接速度快、生产效率高、质量好、节省焊材、操作难度小、抗风能力强、适合在野外施工,被广泛应用在许多国家的天然气管道施工中。

1.1纤维素下向焊

纤维素下向焊是目前国内外普遍采用的手工焊接方法。其显著特点是根焊适应性强,因此普遍用于混合焊接工艺的根焊。该工艺有较大的熔透能力和优异的填充间隙性能,对管子的对口间隙要求不很严格,焊缝背面成形好,气孔敏感性小,容易获得高质量的焊缝,主要应用于钢材为 X70 以下的薄壁大口径管道的焊接。但此焊接工艺焊条熔敷金属扩散氢含量高,焊接时应注意预热温度和层间温度的控制,以防止冷裂纹的产生。

1.2低氢下向焊

低氢下向焊工艺的抗冷裂纹和冲击韧性较纤维素型焊条好,焊缝质量好,适合焊接较为重要的部件。但此工艺熔化速度较慢,工人掌握的难度较大,根焊的适应性比纤维素焊条差,多用于填充盖面的焊接。

2半自动焊

我国在20 世纪 90 年代初从美国引进了自保护半自动焊设备和工艺,后陆续在突尼斯、苏丹、涩宁兰等工程中开始使用,是目前天然气管道施工中重要的焊接方法。

半自动焊焊接工艺与手工下向焊比,劳动强度低,效率高,经济性好,焊接质量好,工艺易掌握,但用于根焊时,焊缝质量难以保证,因此主要用于管道的填充和盖面焊道。 目前,在天然气管道施工中,常见的半自动焊接技术主要有:

2.1CO2活性气体保护焊

CO2活性气体保护焊是一种廉价、高效、优质的焊接方法。由于传统的短路过渡 CO2 焊不能从根本上解决焊接飞溅大、 控制熔深与成形的矛盾,目前自动焊的根焊主要采用STT半自动焊(属于CO2气体保护焊),它通过精确的基值和峰值电流和电压控制,使熔滴过渡更利于成型,焊接过程稳定,解决了飞溅问题和大口径管道根部焊环节单面焊双面成型的难题,可用于全位置单面焊双面成形的打底焊。

STT 型 CO2 半自动下向焊技术工艺电弧燃烧稳定、飞溅极少、根焊焊道成型好、焊缝接头少、焊丝熔敷率高 (可达 95 %以上)、焊缝含氢量低、低温冲击韧性好、焊接速度快。但此工艺施焊风速不能大于2m/s,现场焊接需要有防风措施。

2.2自保护药芯焊丝半自动焊

我国在90年代初开始推广自保护药芯焊丝半自动焊,在管状焊丝内部填灌焊药,焊接时不必用保护气体,利用管状焊丝中所含合金元素及焊药,在冶金过程中保护熔池,清除从熔池中进入熔池中氮的不良影响,从而获得合格焊缝。

自保护药芯焊丝半自动焊工艺性能优良、电弧稳定、熔敷效率高、全位置成形好、环境适应能力强,综合成本低,焊接合格率高(可以达到95 %以上 , 部分可达到 99 %以上),焊工易于掌握,特别适合户外有风场合。但方法在打底焊时, 焊根较易出现未熔合的缺陷,因此主要用来填充和盖面。

3自动焊

自动焊即借助于机械和电气的方法使整个焊接过程实现自动化。管道自动焊技术由于其焊接效率高,劳动强度小,质量高而稳定,焊接过程受人为因素影响小等优势,在大口径、厚壁管道的焊接中具有很大潜力。但全自动气体保护焊设备造价高、 维修困难,加之根部自动焊问题尚未解决,管端坡口整形机等配套设施尚未成熟,这些因素均限制了自动焊技术的大规模应用。

自动焊种类很多,目前用于现场比较成熟的自动焊技术主要有:

3.1实芯焊丝气体保护自动焊接

实芯焊丝气体保护自动焊是熔化气体保护焊的一种,其原理是在可熔实芯焊丝与被焊金属间形成电弧,而熔化焊丝与母材形成焊缝。实芯焊丝气体保护自动焊接工艺对焊工要求较低,在国外广泛应用于大口径、大壁厚的管道焊接领域。但实芯焊丝气体保护自动焊接技术在野外作业时,要有防风棚,且由于管道环缝为全位置焊接,对焊接装备及控制系统要求较高。

3.2药芯焊丝自动焊接

药芯焊丝自动焊又分为药芯焊丝自保焊和药芯焊丝气保焊,药芯材料主要有矿物材料、钛合金、透气剂、稳弧剂、造渣剂及还原剂等。其基本原理与实芯焊丝气体保护焊相似。药芯焊丝工艺与实芯焊丝工艺相比,熔敷速度快、经济性好、焊接韧性好、对管材适应性好。

3.3电阻闪光对焊

电阻闪光对焊是压力焊的一种,是在低电压(12 V左右)和强电流(600～1200 A)交流电的作用下,使两管端瞬间达到高温,蒸发金属以保护焊接区,通过外加顶锻压力使熔化的管端形成连接接头,从而实现焊接。

电阻闪光对接焊接技术工艺效率高、接头质量好、经济性好、适应气候能力强。但该工艺设备庞大、设备针对性强、一次性投资大、焊缝没有统一的标准进行无损检测,鉴于以上各方面的原因,闪光对焊的推广和应用受到很大的限制,还未在天然气管道施工焊接中普及。

参考文献

[1]任记洲.下向焊技术在城市天然气管网中的运用 [ J].市政技术,2004,22(6),353-356

[2] 陆文清,张扬军,蒋云峰. 简谈天然气管道安装焊接技术的应用 [ J].民营科技,2008(4),35-36

[3]徐英浩. 焊接技术在管道施工中的应用[ J].民营科技,2008(4),35-36

[4]李吉庚. 适用长输管道焊接施工的STT半自动焊技术[ J].石油天然气学报,2008,30(2),35-36

[5]刘玉成,许先果,赵建华,刘占户. 长输管道焊接方法的选择与应用[ J].电焊机,2007,37(11),56-59

作者简介:贾永亮,男,1976年10月23日生,籍贯河南省新乡市获嘉县,1996年毕业于焦作市建筑经济学校,2007年毕业于焦作大学会计学专业,为焦作中燃城市燃气发展有限公司助理工程师,现从事专业燃气工程。

李建民,1971年7月15日生,籍贯河南省漯河市午阳县。1993年6月毕业于河南城建高等专科学校给水排水专业,为许昌腾飞市政工程集团有限公司总工程师,高级工程师,现从事专业建设工程。