油气管道在线动火焊口返修焊接技术浅析

【摘要】由于输油气管道新建成后在在投产过程中会出现很多的焊接缺陷，这就需要返修焊接，也就是在线动火返修焊口。但是，焊口经过两次或者以上次数的焊接和加热膨胀以及收缩后，容易在返修处出现冷热裂纹或者是产生较大的内应力作用在焊缝内部，这就会成为事故隐患。因此，当管道的钢级是X60、X70、X80以及L415时，在焊口返修之前需要增加焊前预热环节，在处于0摄氏度以下的施焊温度时，需要在焊口返修完成后增加保温环冷的相关措施。本文给出了实施在线返修焊口工作的焊前准备、焊接参数、工艺要求以及环境条件等要求，以尽可能提升首次返修的成功率，从而避免重复焊接，尽量减少因焊口重焊而导致的加工成本和难度的增加。

【关键词】油气管道 在线动火 焊口 返修焊接

1 存在的隐患

（1）石油气管道通常情况下是直缝或螺旋缝管道，在管道的内壁上有突起的焊道，由于管道运行工作压力高于4.0MPa，这就导致封堵器很难做到将管道完全封死；

（2）石油气管道进行动火返修焊接的工作存在很大的危险性，容易造成工作人员的烧伤，如果不小心将内燃气体引燃还会有性命危险，所以在焊口返修过程中要采取相应的安全措施，保证人员安全；

（3）经过返修焊接的焊口在缺陷消除后，仍很难形成较为规范的焊接间隙和坡口。如果在焊口返修焊接的过程中出现计划不周或者是较大的失误，将会使焊口完全报废；

（4）经过返修焊接的焊口应力集中，容易导致裂纹或者是延迟裂纹的产生，这不仅会产生很大的损失，还将会造成灾难性的事故隐患；

（5）焊口的返修焊接的质量高低与焊工的技术水平以及工作经验息息相关。

2 焊接应力

2.1 影响焊口返修焊接的质量

焊接进行过程中，由于焊接具有热循环的特点，导致焊口的加热和冷却不均匀，本身或者是外加的硬性束缚力阻碍了焊口热胀以及冷缩的过程，这就会导致很多不均匀的塑性形变出现在焊接的接口区，因此焊接应力产生。

目前在国内常用的管道规格一般处于φ325*8到φ1016*21.5之间的范围内，并且具有较为先进的焊接工艺焊口的焊接一般采用向焊+自保护药芯焊丝半自动焊组合或者是手工焊条电弧下的完全向焊技术，焊接过程需要两名焊工同时对称焊接或者是使用全自动焊接的方式，这样产生的焊接应力就会是均匀的，焊后残余应力也在允许的承载范围之内。

焊缝缺陷彻底清除之后，再进行焊口的反复焊接能够提高返修焊接的质量。当焊口经过两次或者以上的焊接膨胀与收缩之后，会将原焊口的返修处以外的应力由收缩变为压缩应力，并且和返修处的应力的方向相反[1]。

当返修焊接处的收缩应力小于原焊口的压缩应力时，或者是焊缝厚度可产生的抗拉强度比原焊口的压缩应力小时，原焊口的压缩应力就会占据主导地位，这就会拉断返修焊接处的焊缝，导致冷热裂纹的出现。当焊后焊口处的收缩应力以及抗拉强度稍微小于原焊口的压缩应力时，就不会有裂纹产生，但是会有很大的内应力产生，这就会导致管道长期负载工作，产生重大事故隐患。

2.2 防范措施

当管道钢级为X60、X70、X80以及L415时，需要在返修焊接之前增加焊前预热环节，这就会释放原焊口产生的收缩应力，并且能够拓展焊口的热膨胀系数，使焊缝的内应力降低，避免裂纹或者是延迟裂纹的产生[1]。当处于0摄氏度以下的焊接环境时，需在焊接后增加保温环冷环节，从而使焊口的冷却速度降低，避免冷却过快导致的淬硬组织，防止焊口抗疲劳能力的降低，从而增加焊口的寿命。

3 焊前准备

进行返修焊接之前，需要各开一个φ50大小的孔在焊口管道的两侧，并且通过注入氮气来替换原始残余的可燃气体，防止焊接过程出现危险。

焊前需要准备的原材料包括充足的置换氮气以及化学成分和管材强度均与原管道相同的焊接材料。对于规格在φ610*10至φ1016*21范围内的管道焊口，需要两套加热气焊[1]。当返修焊口的深度与长度确定之后，可以提前打磨焊缝，并且大致做出坡口的形状，确定合适的打磨深度保证管道有1.0-1.5毫米的剩余厚度。

4 焊接要求

以下是管材钢级为X 6 0、X 7 0、X80、L415、Q345，规格为φ325*8.0-φ1016*21.0，全位置水平固定焊口的油气管道的返修焊接要求[1]：

（1）焊缝设计。焊缝坡口的制作由动力角向砂轮机来完成，采用V型的坡口，60°±5°的坡口角度，3.0-4.0mm的焊缝间隙，1.5-2.5mm的钝边厚度，0-3.0mm的接头余高，0.5-2.0mm的增宽[1]。

（2）焊接方法。根据施工要求的不同可以采用手工焊条电弧焊、手工焊条电弧焊+钨极氩弧焊、手工焊条电弧焊+自保护焊丝半自动焊、自保护焊丝半自动焊+钨极氩弧焊等四种焊接方法[1]。

（3）准备焊接。包含管道被焊材料在内的焊口整体需要设置150-200摄氏度的预热温度，使用的焊机为林肯DC-400型号的直流焊机和自保护药芯焊丝的半自动焊机两种，火焰加热的宽度范围为超出焊缝至少100mm的厚度[1]。

（4）工艺条件。返修焊接焊口的温度要比预热温度高；返修焊接的填充焊接和根焊之间的时间间隔小于10min；焊后的热处理温度要比预热温度要高；返修焊接之后进行保温缓冷，包裹焊口的石棉毡规格为厚4.0毫米、宽400毫米；按规定要求进行焊条烘干；返修焊道和原始焊道的起始点不能重叠；避免重复焊接[1]。

（5）施焊温度。规定的焊接温度高于5摄氏度，风速小于8m/s，湿度低于90%RH，并且没有风雪天气，同时在一定的防护之下才可以进行焊接工作[1]。

5 小结

本文给出了实施在线返修焊口工作的焊前准备、焊接参数、工艺要求以及环境条件等要求，以尽可能提升首次返修的成功率，从而避免重复焊接，尽量减少因焊口重焊而导致的加工成本和难度的增加。

参考文献

[1] 吴昭，等.油气管道在线动火焊口返修焊接技术.油气储运，2010，29（10）：796 799

作者简介

范志军（1983-）男，山西省忻州市人，管道局第六工程建设公司助理工程师，研究方向：焊接工艺及设备自动化。