油田管道流程维修焊接工艺研究

李跃升

【摘 要】 本文是通过分析在油气管线环焊缝焊接工艺中的经常出现的问题，如未焊透、夹杂物、未熔合、内部气孔、内部裂纹等等等，并对提出相关的焊接质量控制措施，对油气管线环焊缝焊接施工的提高起到指导作用。

【关键词】 油田；管道；油气；焊接

随着油田到了开发的后期，砂蜡水稠低等等的问题越来越突出，这对管道铺设的要求也是越来越高，管道施工单位面临着越来越严峻的挑战；同时又对管道的运行造成了极大的安全风险，而管道运行的安全状况与管道材质及其焊缝状态有很大的关系。因此，严格控制焊缝质量，对避免灾难性事的发生具有重要意义。

一、管道焊接常见问题及危害

国外研究的焊接证实，在管道焊接的过程中常出现以下的技术问题：

（1）烧穿和不定分解。如果焊接熔池下方未熔化的金属强度不能抵抗它所承受的应力时，就会出现烧穿泄漏现象。随着壁厚增加和熔深减小，烧穿的危险将降低。

（2）氢致开裂。运行管道在线焊接时由于管子内部输送物质的流动造成焊后快冷，促使形成对氢致裂纹敏感的淬硬组织。

（3）焊工造成的不连续性。所谓焊工造成的不连续性是指那些可以由焊工通过一定的技巧加以控制的缺陷，如气孔、夹杂、咬边等。这些缺陷在一定程度上是允许的，而氢致开裂一般是不允许的。

在众多的缺陷造成的破坏形式中，断裂和塑性失稳是管道失效的主要的两种模式。从实践的经验来看，缺陷的深度和长度都大大的影响了管道的极限承载能力，其中深度的影响是十分显著。除此之外，对抗断裂能力影响较大的是管道的焊接部位存在严重的焊接缺陷，特别值得重视的是未熔合、未焊透、错边等，当这些裂纹类缺陷，经过复合变成复合型缺陷时，影响管道抗断裂能力的作用将大大的增大。

二、管道焊接质量控制的措施

2.1 焊接前的准备工作

（1）材料检查。管材及焊材等，这些材料必须有原始质保书或复印件，有关数据应符合材料相应标准的规定。如果对相关的材料内容有怀疑时，复验结果的各项指标应符合相应标准，领发料应有严格的手续。

（2）焊前准备。焊口检查清理，被焊表面应均匀、光滑，不得有磨损、油脂、起鳞、油漆、铁锈、渣垢等和其他影响焊接质量的有毒物质；钢管对口，钢管的对口优先采用内对口器组对，在无法应用内对口器对口时，可用外对口器。对口间隙过大或者过小，焊接时容易烧穿或者熔化不良。焊前预热，预热对于防止低温裂纹及应变脆化裂纹的效果最明显，通过预热，可以降低焊接接头的冷却速度，促进扩散氢的排放，有效地防止氢致裂纹的出现。

（3）焊缝成形。焊缝尺寸过高、过宽、高低差太大等都属于焊接缺陷，这些缺陷造成局部应力集中，降低焊件的疲劳强度，焊缝线能量大，焊接接头过分受热，从而降低机械性能。

2.2提高石油管道焊接技术水平

管道运输是石油、天然气的一种大规模而经济的输送方式。其特点是经济、安全和不间断。由于管道运输的有效性，管道不只是用来输送石油和天然气。在公路、铁路、海运、空运和管道这五大运输方式中，管道运输被认为是最为经济、简单的一种运输方式。特别是对于石油、天然气等流体来说更为有效。国内外对中、高强度级别管道的焊接研究，从焊接设备、焊接材料和焊接工艺上均有突破性进展，开发了管道全位置自动焊机、管道专用下向焊焊条、自保护药芯焊丝及实心焊丝等焊接材料。我国对油气管线环焊缝焊接工艺的研究，大多注意常规力学性能指标，未对潮湿的气候条件（相对湿度>90%RH）、抗氢致裂纹和硫化物应力腐蚀性能进行系统的试验研究。为保证油气管线环焊缝质量的可靠性，开展对高强度长距离油气管线环焊缝焊接工艺系统的研究是非常有必要的，研究的成果直接用于工程实际，为油气管线的施工建设提供技术数据及技术支撑。随着管线钢级别的不断提高，管线钢在材料加工制备、成分、组织结构和性能或使用性能这四个要素之间进行了有机结合，使高强度管线钢具备了高强度、高韧性及耐腐蚀性。不仅要求管线钢和焊缝具有高的强度，而且还要求应具有良好的韧性、疲劳性、抗断裂性和耐腐蚀性。

（1）焊接接头的力学性质。由于采用的焊接材料本身是管道专用焊接材料且具有抗风、抗湿度及优良的操作工艺性能，适当的焊接工艺参数和技能合格的焊工，在很大程度上保证了环焊缝的断口的质量，因此各种工艺均能保证焊缝的质量。

（2）环焊接头金相组织及硬度。组织决定性能，在焊接过程中，选择合适的焊接热输入和严格控制层间温度，避免了环焊接头粗大组织的发生，从金相组织方面保证了环焊接头的性能。

（3）环焊缝抗SSCC性能。随强度级别提高，产生应力腐蚀的倾向变大。与强度有密切关系的是硬度，为防止硫化物应力腐蚀，硬度极限为248HV。钢中合金元素对应力腐蚀影响较为复杂，随碳当量的增加，产生SSCC的倾向增大。

2.3 完善质量控制体系

（1）研究并改进现有根焊焊接工艺，确保环焊缝质量。这是因为在整个焊接流水作业中，影响质量和速度的决定因素是根焊，面对大口径厚壁管线的建设，推进 STT 型 CO2 气保护逆变焊机及其他先进焊接工艺在根焊中的使用。

（2）以手工焊为基础，推广使用半自动焊，逐步实现管道的全自动焊接，鉴于手工电弧焊固有的简便灵活、适应性强的特点，仍是十分重要的焊接手段。但是，为适应未来管道施工市场的发展要求，掌握全自动焊接技术已势在必行。

（3）体系推进，培训先行，科学创新培训方法。焊工死板的授课方式、单调的培训形式起不到良好的培训效果。针对诸多培训中的因素，从追求实效的角度，科学合理地创新培训方式。减少培训人数，化整为零，管道施工一般都有时间紧任务重的特点，采取小课堂的方式，一次培训内容，安排几个小组轮流开展，既不影响施工，又能够实现互动式交流，化整为零，效果更佳。

三、管道焊接的建议——加强监测

对表面缺陷可用磁粉法、涡流检测法或渗透检测法来检测，而对内部缺陷则可用X射线检测法或超声波检测法进行检测。

（1）射线检测。射线检测是管道环焊缝检测的一种主要手段，发展较早，技术较成熟。其主要优点是灵敏度高，工作效率高，一次曝光就可以完成一条对接环焊缝的检测工作。

（2）超声检测。超声检测的灵敏度比射线检测的灵敏度高得多，如果检测方法得当，超声检测甚至能探测出闭合的裂纹。

管道环焊缝射线检测的发展趋势是：检测信息采集数据化、 设备自动化和检测信息实时显示。

结束语：

石油管道作为石油運输中最为方便快捷，经济有效的运输途径，其施工常见问题的研究十分重要。石油管道需要运行的时间比较长，适应的环境比较复杂，承受的强度腐蚀较为严重，所以需要提高焊接技术。此外，任何一项工程的建设，都是以安全为主，推进HSE在石油管道中的应用，十分有必要。相信在不久的将来，石油管道的施工建设技术将越来越成熟。实践证明，只要严格遵守焊接工艺规程和上述的要求，就能焊接出一条高质量的长输管线。

参考文献：

[1]贾文武. 浅谈石油天然气长输管道设计模式的发展[J]. 科技创新导报. 2010（31）

[2]陈缨. 油气田油气长输管道的焊接[J]. 科技创新导报. 2008（30）

[3]刘祥.石油天然气管道焊接工艺及质量控制分析[J].科技创新与应用，2012.