试论长输管线焊接工艺的改进及相关设备的研制

【摘要】：现今，随着现代交通运输业的的不断发展，管道运输已然成为现代交通运输体系的一个重要的组成部分。在大口径、高输送压力、长距离输送成为管线工业发展的总趋势的形势下，近几年，我国进行了大规模的大口径制管机组的改进和研制，为管线中用管的生产奠定了一定的基础。而焊接工艺对于长输管线的钢管来说非常的关键，本文主要结合了在长输管道焊接过程中常出现的问题，探讨了长输管线焊接工艺的改进以及相关设备的研制。

【摘要】：长输管线；焊接工艺；改进

中图分类号：TG44文献标识码： A

1.引言

随着我国社会经济的不断发展，石油工业得到迅猛的发展，因此天然气长输管线越来越多。管道运输成为继铁路、公路、水路以及航空的第五大运输方式，一旦建成之后，便能投入使用，但由于长输管线埋在地下，运输中存在的一些危险就不易被发现，因而，长时间使用就会对人以及建筑物造成损害，因此焊接工艺和焊接的质量对长输管线来说非常关键，而目前采用最多的是自动焊接技术，不过自动焊技术有其缺点。主要体现在：一是对管道坡口、对口质量要求高，即要求管子全周对口均匀；二是受外界气候的影响较大，这也是气体保护焊的普遍问题；三是边远地区气源问题，尤其是氩气，如西气东输工程西部平坦，适合于自动焊，但是氩气气源较远，混合气体只有西安较近，无形中增加工程成本。所以在长输管线的施工过程中，改善焊接工艺以及提高焊接的质量非常的重要。

2.对长输管线焊接过程中焊接工艺存在的问题的探究

2.1焊接工艺

从西气东输到川气东送再到西气东输，从这些长输管线来看，由于管线的直径越来越大，钢的等级也越来越高，因此对焊接工艺的要求也越来越高。目前，在长输管线中的焊接工艺有许多方案，但在长输管线的施工单位中使用最多的一种方案就是焊条电弧焊技术和药芯焊丝自保护焊工工艺相结合的方案，这种方案也是诸多焊接工艺中最为成熟的一种工艺。下图图1所示的就是药芯焊丝自保护焊的填充、盖面焊接工艺及操作的示意图。6点的位置，也就是仰焊的位置，是在整个长输管道的焊接过程中焊工劳动强度最大的位置，也是难度系数最大的位置，同时也是长输管道中保证焊接质量最关键的部位。焊接时一般两人一组，同时从12点的位置自上而下的进行焊接，在6点（仰焊）的位置合拢。

图1 药芯焊丝自保护焊的填充、盖面焊接工艺及操作

2.2焊接过程中焊接工艺存在问题的探究

螺旋埋弧焊管存在工艺上的缺陷

一般来说，螺旋焊管是利用热轧钢带作为管胚，经过螺旋然后成型，并采用高频率的焊接法或者采用埋弧焊接的方法焊接成型。这种焊接工艺的优点就是它能够用比较窄的胚料生产出管径较大的焊管，还可以使用同样宽度的胚料生产出不同管径的焊管。但是螺旋埋弧焊管在七八十年代就开始在油、气得输送中受到挑战，这主要是因为螺旋埋弧焊管在焊接工艺中就存在无法克服的问题和缺陷。其主要表现在：焊缝长，因此焊接的可靠性就差，并且由于焊管成型时与焊接是同时进行的，因此焊缝出现的几率就会明显提高，焊接处的焊管的质量就难以得到保证；其次就是，焊管的成型和焊接参与的压力大，而且因为螺旋焊管的生产线上普遍不具有扩径的工序，导致其压力大且无法得到降低，因此，焊管内部较大的残余力与管壁内产生的环向的拉应力叠加在一起，致使焊管承受压力的能力减弱；另外，由于螺旋焊管的焊接是在曲面上进行的，因此焊缝的形状不好，且造成应力集中而且又难以避免；此外，由于焊管内热影响的区域大，硬度也较高，因此导致其抗腐蚀的能力以及韧性下降。

（2）焊接工艺不足，存在缺陷

我国国内的市场上药芯自保护焊机采用的控制方式大多都是在引燃电弧之后，采用一定的方式，即电流检测自锁的装置来实现自锁。然后松开开关，最后完成正常的焊接。在焊接的过程中，如果想要灭弧，就必须对电弧进行强行的拉断。在焊接工艺中，焊工在仰焊时需要“打枪”，也就是间断焊，这就需要焊工不断地进行灭弧和起弧。在灭弧时，要求焊工必须果断而且迅速的进行，否则，如果动作迟钝就非常容易产生气孔以及余高超出标准等缺陷；起弧要求焊工必须能够找准起弧点，如果起弧点找的不准，接头就极易产生缺陷，焊道也将会容易夹渣等。由于目前，我国的市场上被焊机控制方式限制，焊工必须强行的对电弧进行拉断。但是，在拉断电弧的过程中，由于熔池很难控制，灭弧的时间延缓，因此在起弧的时候，要求焊工的专业技能水平高，同时要求焊工能够迅速的找到并找准起弧点，由于此过程对焊工的技能要求高，也就在一定程度上增长了对焊工专业技能培训的时间。目前，由于仰焊位置是焊工难以掌握的焊接部位，因此仰焊是每个焊工培训中心重点培训的内容。但尽管如此，仰焊也未能得到很好的掌握，由此导致了不仅影响焊缝质量的余高超标以及接头缺陷等问题，而且增加了焊工的劳动强度，因为对焊管的返修打磨，也浪费了焊材，在一定程度上降低了劳动生产的效率。

（3）焊道存在质量缺陷问题

焊接过程中存在的质量问题有很多，焊道也由于焊工工艺的缺陷也相应的存在一些质量方面的问题，如，咬边，由于在焊接的过程中未能盖住母材的破口，从而在焊道的边缘留下低于母材的缺口就是咬边，如果咬边很深，就会对焊道的性能产生极其不利的影响；夹渣，一些存在于焊缝中的熔渣、铁锈或者其他存在于焊缝中的物质都是夹渣。夹渣对焊道会产生极大的影响，其中最大的影响就是一些形状比较尖锐的夹渣，会对焊道的塑性产生不利影响，而且会造成焊道应力的过于集中。

3.长输管道焊接电源的研制

3.1 长输管道的焊接电源应该具有多种功能

长输管道的施工与工厂内设备的更换与维修不同，长输管道的施工复杂且不方便，经常野外只有一名焊工，但是却要完成所有的工作，例如从打底到填充盖面，而在根焊和填充盖面一般会采取不同的焊接方法，因此就需要研制出多功能的焊接电源；由于施工的企业经常要转换长输管道的口径，而口径的大小不同就会影响到所采用的焊接方法。如果一台焊接电源能够同时完成根焊和填充盖面，将会很大的减少人力。

3.2 焊接性能的优化

长输管道中采用的普通的MIG/MAG焊电源一般不能满足自我保护药芯焊丝的要求，经过实践证明，必须严格要求焊接电源的输出特性以及动态的特性，而且要在焊接性能的提高上多下时间和精力，才能焊接药芯自保护焊丝。

3.3实现焊接的高效化

为了降低施工的成本以及焊机对供电电源的要求，并能够满足一台发电机能够带动更多焊机的要求，尤其是在野外中采用内燃发电机组作为焊机的电源的时候，焊接电源要实现高效化，也就是效率要达到百分之九十以上。

3.4加强焊工人员的考核与录用制度

由于，仰焊工艺比较难以掌握，因此要培养一些专业素质较高的焊工人员，各个焊工培训机构要把仰焊作为培训的重要内容，焊工人员也要充分了解工程所使用的焊材的性能及参数。另外，也要提高焊工人员的责任心，加强焊工人员的考核与录用制度。

4.结束语

随着石油工业的迅猛发展，我国的管线运输也向着长距离、高压向的方向发展，在长输管线的焊接中除了要严格的按照焊接的工艺进行焊接，也要针对目前我国长输管线焊接过程中存在的焊接工艺的不足及缺陷，不断地对其进行改进和完善，并研制出相关的设备，实现长输管线焊接性能的优化以及焊接的高效化，有效的减少焊接的缺陷。相信未来随着社会技术进步，长输管道焊接技术逐步完善提高，为国家石油行业做出更大的贡献。

【参考文献】

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