不同条件下长输管道焊接方法适应性与安装技术

秦东东

（中石化胜利油建工程有限公司 山东东营 257000）

摘要： 高压和高密度输送技术是大流量管道输送技术的发展趋势， 长输管道亦正向大口径、高压力输送方向发展。管道质量对管道长期安全运行和使用寿命至关重要， 而焊接技术是长输管道建设中的关键技术。近年来我国在长输管道的焊接加工技术方面已具有成熟的手工下向焊接技术和半自动气体保护焊技术， 全自动气体保护焊技术的应用正在起步， 亦因其焊接质量高、再现性好， 使得这种自动焊接方法必将在长输管道建设中获得越来越广泛的应用。

关键词： 长输管道；焊接方法；安装施工；管道质量

长输管道焊接方法对长输管道制造质量至关重要，关系到其使用可靠性、运行安全性。合理的选择焊接方法和应用相应的焊接技术是保证长输管道焊接质量的关键。根据长输管道现场焊接特点和要求， 阐述了长输管道现场焊接中的焊接方法及其生产现场使用情况， 对主要焊接方法的应用前景进行了展望。

1 长输管道现场施工条件对焊接要求

（1）流动性施工对焊接质量的影响。长输管道施工中的作业点随施工进度而不断的发生变化， 所以对保证焊接质量相对增加了难度。（2）长输管道现场施工地形、地貌对焊接质量有影响。长输管道都会遇到多种地形、地貌， 其差异导致接管焊缝位置多样化， 接口组对条件较差、焊缝间隙不易控制， 强制组对会产生较大约束应力等都对焊接质量有直接影响， 所以要因地制宜， 选择不同的焊接方法来满足工程需要。（3）气候环境对焊接質量影响。风、雨、温度、湿度等自然环境也对焊接质量产生一定影响。（4）全位置焊接工况条件较多， 施工场地狭窄，妨碍焊接操作的障碍物较多， 往往给施焊带来不便。（5）机械化的焊接方法在现场适用性较差， 先进的焊接技术在现场应用的限制因素较多。

2 长输管材现场焊接的要求

2.1 长输管材材质对焊接方法的要求

目前长输管道用钢主要是碳钢和低合金钢。对于碳钢管线的焊接可选焊接方法很多， 但对管线低合金钢焊接方法选择则要注意焊接热能量的输入。对于X70 及以下的管线钢， 可选择手工焊、半自动焊或全自动焊接， 而对于 X70 以上的管线钢， 较多选择手工焊或某些特殊的自动焊接方法， 因为目前还不能生产工艺性能和综合力学性能较好的自保护焊丝。对于输送高含硫、卤离子的石油天然气而采用双相不锈钢、INCONY 合金时， 精确控制焊接时的热输入量对焊接质量至关重要， 如对于 SFA2205 双相不锈钢， 如果不能保证铁素体含量在 25%～50%间， 将不能保证管道的耐腐蚀要求。自动焊因其焊接线能量可以精确控制而使其成为这类钢管成型的首要选择。

2.2 管材规格对焊接技术的要求

对于大直径薄壁管道（δ≤8 mm）采用全位置下向焊四层道即可完成焊接， 能够充分体现其快速的优点， 并获得高的焊接合格率。对于大直径厚壁管道（δ>8 mm）采用下向焊需大量增加焊接层道时， 则可考虑下向与上向焊结合的复合型焊接工艺。小口径薄壁管则可考虑采用氩弧焊打底， 手工焊填充、盖面的方法。在条件受限制时（如野外作业、装备水平、施工成本等）， 可采用焊条电弧焊方法。不锈钢管应考虑其防腐蚀能力要求， 最好选用 TIG 焊或焊条电弧焊。

3 长输管道焊接方法技术和应用

3.1 手工下向焊方法和应用

手工焊接方法克服了在野外较差自然条件下使用设备复杂、操作不便的不足， 被广泛应用于长输管道现场焊接尤其是大直径薄壁长输管道的焊接。目前普遍采用的手工焊接方法主要是手工焊条下向焊和手工钨极氩弧焊。

3.1.1 焊条电弧焊下向焊方法和应用

目前焊条电弧焊下向焊方法已经成熟， 并广泛应用于管道工程建设当中。焊条电弧焊下向焊方法主要有全纤维素型下向焊、混合型下向焊、复合型下向焊等三种类型。其焊接顺序示意如图 1 所示。（1）全纤维素型下向焊。全纤维素型下向焊是国内外普遍采用的一种焊接方法， 主要应用于钢材为 X70 以下的薄壁大口径管道的焊接。其焊接速度快， 根焊性能好， 焊缝射线探伤一次合格率高。在管道建设中有一些区域，如水网地带环境， 自动、半自动焊接设备不能进入的区域。该方法焊接质量的保证关键在于打底焊时要求单面焊双面成形， 仰焊位置时防止熔滴在重力作用下出现背面凹陷和铁水粘连焊条。我国早期下向焊均采用全纤维素型电焊条。（2）混合型下向焊。混合型下向焊是指长输管道现场组焊时， 采用纤维素型焊条打底焊、热焊， 低氢型焊条填充、盖面的手工下向焊方法。这种焊接方法主要用于钢管材质级别较高的管道和气候环境恶劣、输送酸性气体极高的含硫油气介质管道的连接， 要求焊接接头具有较好的低温冲击韧性的管道或者厚壁管道的焊接。通常的全纤维素型焊接方法难以达到管道接头质量要求， 而低氢型焊条的抗冷裂纹和冲击韧性较纤维素型焊条要好， 但其熔化速度较慢。为保证管道力学性能符合要求， 同时尽可能的提高焊接速度， 因而选择混合型下向焊方法。在 1996 年建设的陕京输气管道中首次采用了该方法， 取得了良好的焊接效果。（3）复合型下向焊。复合型下向焊是指根焊层和热焊层采用下向焊方法， 填充、盖面焊采用向上焊方法。其主要应用于焊接壁厚较大的管道。与传统的向上焊相比， 下向焊热输入低， 熔深较浅， 焊道较薄， 随着钢管壁厚的增加焊道层数也会迅速增加， 焊接时间和劳动强度将随之加大， 单纯的下向焊难以发挥其焊接速度快、效率高的特点。而打底焊、热焊采用下向焊，填充焊与盖面焊采用向上焊的复合型下向焊技术则可应用两种焊接方法的优点， 获得优质的管道焊缝质量。在气体保护半自动下向焊技术未应用于管道建设之前， 大壁厚管道多采用复合型下向焊技术， 可大大提高生产效率。

3.2 半自动下向焊方法与应用

国内管道主体焊接中应用成熟的半自动焊方法为纤维素焊条打底， 自保护药芯焊丝或 CO2气体保护焊丝进行填充、盖面。半自动下向焊方法主要分为药芯焊丝自保护半自动下向焊和活性气体保护半自动下向焊两种。（1）药芯焊丝自保护半自动下向焊。药芯焊丝自保护半自动焊特别适用于户外有风场合， 靠药芯高温分解释放出的大量气体对电弧和熔池进行保护， 同时有少量熔渣对熔池和凝固焊缝金属进行保护的一种高效优质焊接方法。药芯焊丝的连续作业方式可减少焊接接头数目， 提高焊缝质量和劳动生产率， 药芯焊丝工艺性能优良、电弧稳定、成形美观， 适合全位置管道焊接， 通过选择一定牌号的药芯焊丝含有的合适过渡元素， 力学冲击韧性可得到极大提高。适宜野外作业， 但该方法在打底焊时， 焊根较易出现未熔合的缺陷， 为此要严格按工艺规范参数施焊。（2）CO2活性气体保护半自动下向焊。CO2气体保护焊是一种廉价、高效、优质的焊接方法。传统短路过渡 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。在逆变焊机高速可控性基础上， 采用波形控制技术的 STT（SurfaceTension Transfer）型 CO2半自动焊机， 熔滴过渡由液体表面张力完成， 电流电压波形可控，。可用于全位置单面焊双面成形的打底焊，但现场焊接需要防风措施。STT 型 CO2半自动焊以其优异的性能拓宽了 CO2半自动焊在长输管道施工中的应用领域。

参考文献：

[1]长输天然气管道安装中的焊接质量管理探讨[J]. 刘军.？现代商贸工业. 2013（14）