长输管道换管抢修焊接方法选择探讨

白振军

（廊坊北检无损检测有限公司，河北 廊坊 065000）

1 前言

由于焊接缺陷、机械损伤、外腐蚀和第三方活动，管道发生油气泄漏事故。长输管道抢修在保障管道运行安全方面发挥重要作用[1]。管道抢修技术包括管体补强技术、堵漏技术和换管技术。在役管道发生断裂、较大变形、长距离开裂的重大事故，通过常规按照卡具无法修复时，需要将失效管段切除，更换新管段进行修复，即管道换管作业。焊接是管道修复和泄漏抢修的关键技术。采用科学、高效的管道抢修焊接技术，实现快速处置和恢复管道运行，同时减少经济损失，避免人员伤亡，对于保证管道焊接质量以及改进管道维抢修工作具有重要意义。

2 管道换管抢修作业特点

管道换管抢修作业特点是：

（1）需更换管道距离较短，且开挖管沟距离不长，两端埋地固定管口没有移动空间，要求下管精度高。

（2）管道切断后，由于存在内应力，导致管道中心线出现不同方向的移位，管段两端需要进行斜口安装。

（3）低温环境以及环境温度变化，埋地固定管口距离发生变化，测量、下管精准，管线工应具备熟练的工作技能和实践经验。

（4）管道换管时间紧张，焊口对口间隙、坡口、错边尺寸应满足规范要求，焊接要求高。

3 管道换管根焊焊接方法

3.1 钨极氩弧焊

氩弧焊是在普通电弧焊技术基础上，利用氩气作为保护气体，通以高电流使焊材在被焊基材上融化形成液态熔池，使被焊金属和焊材实现冶金结合的焊接技术。在高温熔融焊接中输入氩气，避免与空气中氧气接触，防止焊材氧化。氩弧焊分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊。钨极氩弧焊属于非熔化极氩弧焊，电弧在非熔化极（钨极）和管件之间燃烧，在电弧周围流过惰性气体形成保护罩，钨极端部、电弧、熔池以及邻近热影响区的高温金属不与空气接触，防止氧化和吸收有害气体，形成致密、性能稳定的焊接接头。

钨极氩弧焊适用于管道根焊，特别适用于油气站场工艺管道根焊。钨极氩弧焊优点是：

a）质量好。氩气隔绝空气中氧气、氮气和氢气，防止对电弧和熔池不良影响。选定合适焊接工艺参数，保证根部良好焊透性，避免普通焊条焊接产生焊瘤、未焊透和凹陷等焊接缺陷。

b）效率高。氩弧焊电弧燃烧稳定，热量集中。焊接效率高，管道根焊采用氩弧焊为连弧焊，焊条电弧焊为断弧焊，氩弧焊效率提高2-4倍，特别是小管径管道焊接效率更显著。

c）操作简便。氩弧焊是明弧焊接，电极损耗小，弧长稳定易保持，操作观察方便。

d）变形小。氩弧焊热影响区小，焊接接头变形量小，残余应力小，裂纹倾向小。

e）焊接时无熔剂、涂药层，焊后无焊渣，不需要清理熔渣和修理焊道。

f）不受焊接位置限制，可进行全位置焊接。

钨极氩弧焊缺点及控制措施是：

a）氩弧焊紫外线辐射强度远大于一般电弧焊，焊接过程中产生大量氧氮化物，特别是臭氧浓度远高于卫生健康标准，这类气体对人体健康危害极大，是氩弧焊的主要危害因素。氩弧焊施工现场应配备良好通风装置，例如安装轴流风机排风；采用局部通风措施将有害气体抽走，例如排烟罩、排烟焊枪、小型风机等；不能采用局部通风情况下，采用送风式头盔、送风口罩或防毒口罩等个人防护措施。

b）高频引弧产生高频电磁场，由于时间短对人体影响不大。但如频繁引弧，或者将高频振荡器作为稳弧装置在焊接过程中持续使用，高频电磁场成为有害因素。为消减高频电磁场的影响，管件应良好接地，焊枪电缆和地线应用金属编织线屏蔽；尽量不使用高频振荡器作为稳弧装置，减小高频电作用时间。

c）钨极有一定放射性。优先选用放射剂量极地的铈钨极；钨极加工时操作者应佩戴口罩、手套等个人防护用品，加工后清洗手部和面部；钨极放在铝盒内保存。

3.2 低氢钾型焊条焊接

低氢钾型焊条是在低氢钠型基础上加入稳弧剂，以改善电弧工艺性能，脱硫、脱磷能力强，药皮有去氢作用。管道换管根焊使用低氢钾型焊条电弧焊上向焊，低氢钾型焊条（J506）国标型号是E5016，AWS型号是E7016。特点是：

a）焊缝具有良好抗裂性和力学性能，但工艺性能较差；

b）低氢钾型焊条也适用全位置焊接，电流种类为交流或直流反接。

c）低氢钾型焊条焊接前350℃烘干1h；焊接前应对管件彻底清除油渍、铁锈和水分。

3.3 根焊焊接方法选择

根据换管焊口特点，根焊可采取钨极氩弧焊和低氢钾型焊条电弧焊上向焊。如果管道对口间隙在1.5mm～3.5mm之间，符合焊接规范要求且对管道内清洁度要求不高，低氢钾型焊条电弧焊上向焊和钨极氩弧焊方式均可。如果管道对口间隙较大，在3.5mm～10mm之间，且对管道内清洁度要求较高，优先选择钨极氩弧焊。

4 管道换管填充焊和盖面焊焊接方法

管道抢修中动火连头填充焊和盖面焊一般采用同一种焊接方法，例如低氢焊条手工电弧上向焊（采用E5015焊条）和药芯焊丝自保护半自动焊（采用E81T8-Ni2焊丝）

4.1 低氢钠型焊条手工电弧上向焊

低氢钠型焊条手工电弧上向焊是常用的熔焊方法。燃烧电弧产生高温使药皮、焊芯和焊件熔化，熔化过程中产生气体和熔渣，将熔池和电弧周围的空气隔绝，焊芯和母材发生冶金反应，熔池金属冷却结晶后形成焊缝。

低氢钠型焊条手工电弧上向焊的优点是应用范围广、操作简便，空间任意位置的焊缝以及焊条能到到达的位置均能进行焊接。缺点是劳动条件差、工作效率低，对焊工专业技能要求较高。

4.2 药芯焊丝自保护半自动焊

药芯焊丝自保护半自动焊是利用连续送进的焊丝与管件之间燃烧电弧为热源进行焊接，焊接过程不加保护气体，以药粉分解产生保护气体。自保护焊使用的药芯焊丝是一种低合金钢焊丝，熔敷金属含量低，韧性和抗裂性好，在焊接质量、焊接速度和焊接效率方面具有优越性，在长输管道焊接中应用广泛。

药芯焊丝自保护半自动焊优点是：

a）抗风能力强，只要风速不超过8m/s，不需采取任何防护措施，适合野外施工作业；

b）焊丝连续送进，焊缝接头少，焊缝成形合格率高、力学性能好，显著减少焊接缺陷倾向。

c）焊丝融化速度快，熔敷效率高。

d）焊层较薄，脱渣性好，节省清渣时间，提高工作效率。

药芯焊丝自保护半自动焊缺点是：

a）药芯在内，钢皮在外，对熔滴、熔池保护作用有限，工艺参数适用范围有限；

b）相对气体保护药芯焊丝，自保护药芯焊丝飞溅较大，烟尘较多，熔敷金属冲击韧性较低。

c）不能实施管道根部焊接。

4.3 填充焊和盖面焊焊接方法选择

针对壁厚10mm以下的管道填充、盖面焊接，低氢焊条手工电弧上向焊和药芯焊丝自保护半自动焊均可采用。针对壁厚大于10mm的管道填充、盖面焊接，且对焊接效率要求较高，优先选用药芯焊丝自保护半自动焊。

5 焊接工艺方法选择原则

管道换管抢修焊接方法选择应考虑的因素包括管径/壁厚、施工环境、气候条件以及焊接效率等。综合上述焊接方法的适用范围和优缺点，实际管道可采用下了焊接工艺方法组合：

（1）根焊为低氢钾型焊条电弧焊上向焊，填充、盖面焊为低氢钠型焊条电弧焊上向焊；

（2）根焊为钨极氩弧焊，填充、盖面焊为低氢钠型焊条电弧焊上向焊；

（3）根焊为低氢钾型焊条电弧焊上向焊，填充、盖面焊为药芯焊丝自保护半自动焊；

（4）根焊为钨极氩弧焊，填充、盖面焊为药芯焊丝自保护半自动焊。