长输油气管道焊接方法及焊材选用

摘要：长输管道作为远距离油气输送的主要方式，随着我国能源工业的发展和能源结构的调整，长输管道工程建设迅猛发展。在西气东输工程的带领和推动下， 长输管道的应用越来越多、建设量越来越大，长输油气管道逐步走向大口径、高压力、超长度的发展方向，输送的油气量直线上升而管道的质量对于管道长期的使用安全和油气运送顺畅来说至关重要，因此长输油气管道的各种焊接方法及焊材的选用对于保证管道运输油气的质量和效率是至关重要的。本文就长输油气管道的特点及焊接要求进行分析，详细介绍了几种焊接方法及材料的选用。

关键词：长输管道；焊接方法；焊材选用

中图分类号：TE973 文献标识码：A 文章编号：

石油、天然气需求的不断增长，提出了建设长输高压、壁厚、高钢级、大管径管道的要求，而管道焊接是长输管道施工中一道非常关键的工序，焊接质量直接影响管道的运行安全，管道焊接技术是施工中必须确保的关键技术，对管线运行期间的经济效益也有着重要影响。

1、长输油气管道的焊接特点及焊接要求

管道作为油气资源五大运输方式之一，具有线路长，跨区域范围大的特点，途经山区、平原、丘陵、沙漠和水域等多种地形、地貌。自然条件变化大、施工作业条件差，因此具有焊接场地不固定、施工作业直接受沿线地形地貌的影响、自然环境对焊接质量有较大影响，因此管道焊接自动化程度要低于工厂内焊接，焊接质量受焊工技能、焊工操作因素的影响较大等特殊性。

针对长输油气管道现场焊接的特殊性，选用焊接方法应满足以下要求：(1)必须能够进行全位置焊接(横、平、立、仰)，以便能够完成整个环焊缝的焊接；(2)对外界不利气候有较大的适应性；(3)焊接效率高，焊接速度快；(4) 能够获得高质量的焊接接头。

2、焊接方法及焊材选择

2.1手工电弧焊

手工电弧焊的设备简单、移动方便、操作灵活，是野外管道焊接最为常用的一种方法。根据管道焊接的施焊方向，分为上向焊和下向焊两种方式。上向焊是从管道环焊缝的管底起弧，向上运条焊接到管顶的一种自下而上的焊接方式。下向焊焊接方向正好与上向焊相反，是从管顶起弧向管底进行的焊接方式。根据焊接方向和选用焊条的不同，手工电弧焊接主要有以下几种方式：纤维素焊条下向焊、低氢焊条上向焊、低氢焊条下向焊和组合焊。

（1）纤维素焊条下向焊

纤维素焊条下向焊接工艺是国内外普遍采用的一种焊接工艺，应用范围包括钢材为X70以下的所有薄壁大口径管道的焊接。其主要优点是根焊的速度快，根焊性能好，焊工易掌握，焊缝射线探伤合格率高，经济性优良。其主要是指下向焊接可以采用粗直径焊条，用大电流高焊速进行焊接。但是由于焊缝扩散氢含量高、抗裂性能差，所以在高寒地区焊接高强度钢件时必须预热和控制层间温度，以避免产生冷裂纹。

（2）低氢焊条上向焊

低氢焊条上向焊主要被应用工作在管线的管道口比较小的钢焊接的工作中。该种焊接方式与其他焊接相比，有着其本身所特有的特点，即是抗冷性、抗裂性和即使是在接头尺寸大错边没有产生的情况下依旧有着良好的X射线合格量达到要求，所以在工艺厂站内的一些重要管件和接头上这种方法通常得到广泛的使用。

（3）低氢焊条下向焊

因为选用了焊条是低氢的，焊缝熔合金属含氢的质量比较低，因此低氢焊接这种方式使得焊缝具备了低温韧性和抗断裂的优点，因此，此方法被广泛的用于由于管线受到硫化氢腐蚀，或是由于管线所在的地点气候比较寒冷。在根焊过程中，这种方式的劣势是比较受到关注的，例如焊接速度远远的比纤维素焊条低得多，最重要的缺憾是没有完全的将焊条焊透，没有相互之间熔合和内咬边等缺陷现象的出现。

（4）组合焊

组合焊这种方式是由许多种不同的焊接方式一起运用在一道环焊缝的各个不同部分的焊接，来达到最佳的理想的焊接效果。组合主要包括：①对于根焊和热焊的焊接情况，用纤维素焊条下向焊，填充、盖面这两种则是利用上向焊方式的组合。②根焊采用上向焊，填充和盖面采用下向焊对于根焊，下向焊要求的坡口精度要高于上向焊。在一些连头对死口焊接中，推荐使用上向焊打底根焊，下向焊填充、盖面。③纤维素焊条下向根焊、热焊，其余焊道采用低氢下向焊。

2.2半自动焊

随着国内长距离、大口径、高压力的管道日益增多，现场管道焊接工作量和劳动强度也大幅度增加，手工电弧焊难以适应管道建设发展的需要，而选用自保护药芯焊丝的半自动焊方法则能满足这种要求。这种方法具有一下特点：

（1）通过采用半自动焊机和自动送丝机这两种方法的综合利用，焊接时可以从管顶部施焊，一直焊到管底，中间不需更换焊条，因而也不会出现断弧，大大节省了焊接时间。同时由于减少了焊接中的断弧、起弧，因而也就降低了接头缺陷的产生。

（2）不再需要气体的保护，能够在即使风速较大的情况下依旧可以进行施焊工作，带来了降低了对于焊机的气体保护设施和防风棚的要求，使得野外焊接工作的进行更加有利。

（3）利用某同一个牌号的焊丝作为对于同一个焊道焊接过程中的填充、盖面层的工序过程，来减少所焊接作业线幅度，并且缩短了设备的搬移次数。

2.3全自动焊

全自动焊借助于机械和电气的方法使整个焊接过程自动化。这种焊接方法成功率相当高，焊接一次合格率达到98 % 以上。这项技术应用于大庆、辽河、华北、长庆、大港等众多油建事业，成功应用了这项技术在西气东输主线路及支线路的工程管道焊接1000余公里。其中比较成熟的自动焊技术主要有全自动实芯焊丝气体保护自动焊接技术和药芯焊丝自动焊接技术。

（1）全自动实芯焊丝气体保护焊接技术

全自动实芯焊丝气体保护焊以其独特的优点在管道焊接行业中最具发展潜力。全自动气体保护焊可以减少人为因素对焊接质量的影响，减轻工人劳动强度，容易保证焊接质量，同时具有焊接速度快、焊接材料成本较低（同等条件下比药芯焊丝成本低20%）、对焊工的技术水平要求较低等优点。

（2）药芯焊丝自动焊接技术

药芯焊丝自动焊接技术又分为药芯焊丝自保焊和药芯焊丝气保焊，基本原理与全自动实芯焊丝气体保护焊相似。药芯材料主要是矿物材料、钛合金、透气剂、稳弧剂、造渣剂和还原剂等，药芯焊丝与实芯焊丝相比，其优点是，熔敷速度快，焊接质量好，特别是耐冲击韧性好，经济性好，对各种管材的适应性好，其药料成分可以方便地加以调整，设备投资成本比全自动实芯焊丝气体保护焊少。药芯焊丝自动焊设备主要由焊接电源送丝系统、焊枪行走系统、供气系统及控制系统等组成。用自保焊丝焊接时，供气系统关闭，喷嘴换成焊枪即可。

全自动焊的设备比较复杂，所以特别是在选择用实芯焊丝气保焊时，那么防风棚的使用，就显得是那么的必不可缺，因此对于管道的口径比较大、大壁厚管线的比较平缓的地段的环境，全自动焊接这种方法是比较可行的。

3、结束语

在选择焊接工艺方法时要综合考虑钢管的强度级别、壁厚、管径、施工环境（风速、温度、湿度）以及焊工的技能等因素，从确保焊接质量和经济性的角度出发，选择最合理的工艺方案。手工焊、半自动焊和全自动焊三种方法各有各的特色，相互之间互为补充，使得所得焊接成果更加具备高质量。半自动焊在国内应用比较成熟，是目前管道焊接中最常用的一种方法；全自动焊接也已从试验阶段进入到工程实用阶段，将在今后的大型管道工程中得到广泛的应用；而手工焊作为一种传统的焊接方法，在管道焊接中的主导地位已基本被替代，但因其设备简单，操作方便，在管道焊接中仍将被采用，尤其是小口径管道工程。对于以后工程条件越来越复杂、质量要求越来越高的长输油气管道工程，我们有理由对于长输管道的焊接方法的创新发展进行自豪的展望，也相信新的更好的焊接技术会应运而生，给管道施工提供强有力的技术支持，更好的加快长输管道焊接生产朝着高效率、高质量、高速度、低成本的方向发展。

参考文献

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