长输管道焊接施工工艺研究

摘 要：为了更好保证管道运输油气的质量和效率，主要对于长输管道焊接施工工艺中的各种焊接方法及应用进行探讨，随着我国长输管道焊接应用水平日益提高，已经具备相关的成熟工艺，对于这些施工工艺的分析希望对于今后施工具有一定帮助。

关键词：焊接工艺 长输管道 手工电弧焊 半自动下向焊 自动焊

相关的施工条件要求和技术要求在长输管道焊接施工中还存在一定的复杂性，比如，在焊接施工中的合适的焊接方法则是由管材的材质和管材的规格等因素所决定的，因此，焊接施工工艺在施工中的正确应用则能够有效保证焊接后的长输管道的优质使用，并且表现出良好性能[1，2]。

一、长输管道现场施工条件对焊接要求

第一，长输管道现场情况对于焊接质量存在一定影响，比如施工的地形和地貌。

第二，流动性施工对焊接质量存在一定的影响。

第三，施工场地较为狭窄，全位置焊接工况条件比较差，在焊接施工中由于存在较多的妨碍焊接操作的障碍物而存在诸多不便之处。

第四，气候环境对焊接质量存在一定影响。

第五，在现场应用的实际应用中先进的焊接技术存在诸多的限制因素，也就是说，在现场的机械化的焊接方法存在一定局限性。

二、手工电弧焊工艺

1.高纤维素焊条下向焊接

对于直径大于254mm、且钢级在X60以下、厚壁为7～16mm钢管焊接施工来说，目前国内长输管道普遍采用纤维素下向焊接的施工工艺方法。高纤维素焊条下向焊接优点则是高焊速和大电流，其中的焊接效率比较高，根焊速度基本上可达20～50cm/min。缺点则是焊缝的低温韧性和抗裂性比较低，比不上低氢焊条，同时，纤维素焊条的溶解氢含量比较高，高达30～40 mL/100g。当在寒冷地区进行焊接施工过程中，为了防止焊接裂纹的产生，应该对于焊接高强度钢管进行焊前预热和层间加热措施等必要措施。

2.低氢焊条下向焊

低氢型焊条药皮组成了相关的低氢焊条下向焊工艺，其中，优良的低温韧性和抗断裂性能在焊缝中能够表现出来，焊缝熔合金属含氢量小于5mL/100 g，主要的应用场所则为寒冷环境的管道，或者是硫化氢腐蚀较严重的管道。对于焊接速度来说，低氢焊条下向焊速度和纤维素焊条速度基本差不多，但是存在焊口组对和坡口尺寸要求高等特点，这样就很容易出现相关的内咬边、未融合和未焊透等根部缺陷。所以，这样方法一般都是采用组合方式在长输油气管道中的焊接施工中采用。

3.低氢焊条上向焊

对于具有优良的抗冷裂性能的低氢焊条上向焊来说，其主要应用在小口径管道的焊接施工中，其主要特点就是良好的X射线合格率仍然能够在接头尺寸不规格出现大错边情况下得以保持，在工艺施工中的相关的重要的接头盒管件上应用比较多，其焊接效率比较低，要低于低氢焊条下向焊和高纤维素焊条下向焊。

4.组合焊

为了获得最好的敢接效果，一道环焊缝是通过不同的焊接方法组成而完成，这就是所谓的组合焊。组合焊主要存在以下三种形式。一是通过根焊和热焊采用纤维素焊条下向焊。其中，上向焊工艺应用在盖帽和填充上。下向焊最为适用于壁厚为7-16mm管子的焊接施工中。但是如果对于管壁太厚的情况下，焊接燃弧时间因素因为存在增加的焊接层数而降低对于整个焊接时间的影响，这样其高效性优点不能得以充分发挥；二是上向焊应用到根焊，而下向焊应用到盖帽和填充上。在根焊施工中，坡口精度要高于上向焊则是下向焊的相关要求。上向焊打底根焊和下向焊填充、盖帽的施工工艺尤其适用于一些连头对死口焊接中；三是纤维素焊条下向根焊、热焊，低氢下向焊则应用到剩下的焊接中。在机械化流水线焊接作业中，对于组对质量要求低，并且根焊速度快的纤维素方法就显示出较大的优势。低氢下向焊应用到填充、盖面，一方面层间清渣容易，盖面成型美观，还能体现出速度快的特点，另外一方面，还能优良的低温韧性和抗裂性能在钢级在x56以上的输气管道应用十分明显。

三、半自动下向焊工艺

1.药芯焊丝自保护半自动下向焊

户外有风场合则特别适用药芯焊丝自保护半自动焊技术，对于这种高效优质焊接方法来说，能够有效保护电弧和熔池，这都是依靠药芯高温分解释放出的大量气体完成的，同时，少量熔渣对熔池和凝同焊缝金属还能够进行相关的保护。为了提高焊缝质量和劳动生产率，焊接接头数目在药芯焊丝的连续作业方式下可以有效得以减少，另外，药芯焊丝的电弧稳定、成形美观，并且具有优良的工艺性能，在全位置管道焊接中尤为适用。在野外作业中，力学冲击韧性在通过选择合适过渡元素含有在特定牌号的药芯焊丝中而得以大大增强。缺点则是，未熔合的缺陷容易在打底焊时出现，所以，应该对于工艺规范参数施焊进行严格要求。

2.CO2活性气体保护半自动下向焊

高效、廉价和优质则是 CO2活性气体保护半自动下向焊的主要特点。焊接飞溅大、控制熔深与成形的矛盾在普通的短路过渡CO2焊工艺中没有得到很好解决，随着波形控制技术的STT型CO2半自动焊机出现，可控电流电压波形成为可能，液体表面张力能够完成熔滴过渡。在具备相关防风措施的情况下，可用于全位置单面焊双面成形的打底焊。CO2半自动焊在长输管道施工中的应用随着STT型CO2半自动焊技术发展而应用越来越为广泛。目前，STT型CO2半自动焊与药芯焊丝自保护半自动焊是国内常用半自动下向焊方法。

四、自动焊的工艺

坡口的设计则是自动焊的焊接工艺关键所在。在基于节省焊材和确保接头性能的前提下，生产商结合自身自动机的特点，应用最好的设计到管材的坡口上。

第一，外部的自动焊机填充盖面与对口器上的内焊机封底相结合。4～6个焊炬在内焊机的管口周围均匀分布地安装，可以同时在无间隙对口的情况下而进行每个焊炬的焊接施工。这样则具备内焊道成型较美观的特点，还能大大提升封底速度。而较多的施工过程中施工设备故障和较为结构复杂的设备则是该工艺的最大缺点，因为这就需要配备相关的充足的设备备件和高专业水平的维修技术人员，相关的内焊机有一个或两个备用设备也显得必不可少，因为只有这样才能有效防止整个机组由于故障而出现的停止施工的情况。目前，最好的方案就是备用焊机，但是需要注意焊机价格成本较高。对于造价高的外加内焊机来说，存在较少的适用的管径范同。该工艺焊接速度快的特点只有在沙漠或者戈壁等特殊情况下才能充分体现，所以，很难推广该技术的应用。双焊炬自动焊机则在国外的外部填充盖面应用中采用的比较多，效率高则是其特点。目前，在西气东输工程建设中，我国已经采用了国产的单焊炬自动焊机来填充盖面。

第二，带内衬垫对口器外部管道自动焊。对于工艺的根焊、填充盖面来说，单焊炬或者是效率较高的双焊炬自动焊机都可以采用，分析这种工艺的优点如下：较低故障、易于操作和设备简单等等，另外，还具有适用的管径范围广泛和设备成本较低的特点。国外很多管道上都已经应用该工艺，特别是在海洋管道上应用的较多。值得注意的是，该工艺没有在西气东输工程建设过程中采用，而使得国内的陆上管线不能应用，使得国内自动焊接技术的应用和推广受到一定影响。

五、结语

长输管道的焊接方法应用的美好前景正在我们面前，因为诸如中俄输油管道、西部成品油管道、西南成品油管道等等都在运行和发展，相应的应该具有更高的管道焊接技术要求，通过强有力的技术支持应用到管道施工中，才能促使长输管道焊接生产的低成本、高速度和高质量发展。

参考文献

[1] 张峰， 衣粟， 祝卫国. 长输压力管道焊接及其质量控制[J]. 焊接技术， 2005，34（2）.

[2] 梁天军， 邹欣， 皮亚东. 国产长输管道焊接施工装备研究[J].管道技术与设备， 2012，（4）.