随着技术的发展, 大口径、高压力输送成为大流量长输管道主要的输送方式, 长输管道质量对管道长期安全运行和使用寿命至关重要, 不同焊接工艺在施工过程中的应用对长输管道的质量影响较大。目前, 在我国长输管道建设施工过程中使用的焊接技术主要有手工下向焊接技术、半自动气体保护焊技术、全自动气体保护焊技术等, 系统分析长输油气管道焊接过程中工艺选择及应用情况具有重要意义。
现场施工条件对长输管道焊接的影响主要表现在: (1) 地形、地貌影响长输管道焊接质量。长输管道施工条件一般在野外, 施工地形、地貌多种多样, 不同施工条件对焊管焊缝位置产生影响, 接口组对条件较差、焊缝间隙不易控制, 强制组对会产生较大约束应力等都对焊接质量有直接影响, 因此在施工过程中要根据具体条件选择适宜的焊接方法; (2) 流动作业影响焊接质量。长输管道施工一般都是流动作业, 作业点随着施工进度情况改变, 不同作业点施工条件差别大, 焊接质量难以得到保障; (3) 环境因素影响焊接质量。不同的天气条件, 不同的气候, 空气温度、湿度等都对焊接效果产生影响; (4) 施工现场场地狭小, 施工作业受限制, 影响焊接质量; (5) 施工现场条件差, 先进的焊接设备不能适应现场条件, 不利于先进焊接方法使用。
长输管道使用的管材主要是碳钢和低合金钢, 对碳钢进行焊接时可选用的焊接方法较多, 低合金钢焊接受到焊接热能量输入的影响, 焊接方法受到一定限制。通常对于X70及以下的管线钢可以使用手工焊接、半自动焊接和全自动焊接等焊接技术, X70以上的管线钢一般选用手工焊或者自动焊工艺, 对于输送高含硫、卤离子的石油天然气而采用双相不锈钢、INCONY合金时, 精确控制焊接时的热输入量对焊接质量至关重要。
手工焊接方法操作简单、对焊接设备要求不高, 适合于野外自然条件较差的情况, 我国长输管道焊接过程中, 普遍使用的手工焊接方法有手工氩弧焊和手工焊条下向焊。
(1) 手工钨极氩弧焊。手工钨极氩弧焊简称“TIG”焊, 采用金属钨和钨合金棒作为电极, 焊接过程中焊丝和母材融化, 电弧燃烧过程中电极不融化, 电弧长度不变, 燃烧稳定, 采用惰性气体氩气作为保护气, 保护效果好, 手工氩弧焊可以焊接黑色金属、合金、不锈钢等。在小口径管或者管壁较薄的焊接中, TIG焊有一定的优势。但手工氩弧焊对施工环境要求高, 使用成本相对较高, 并且在野外施工不方便。在施工中要根据具体情况, 选择全部使用手工氩弧焊, 或者使用手工氩弧焊打底, 结合其它焊接方法焊接。 (2) 手工焊条下向焊。现阶段焊条电弧焊下向焊接技术发展比较成熟, 主要焊接方法有方法主要有全纤维素型下向焊、混合型下向焊、复合型下向焊等三种类型。其中全纤维素型下向焊技术使用最为普遍, 其焊接效果好, 速度快。混合型下向焊对管材要求较高, 使用于厚壁管材或者是低温冲击韧性较好的管材。复合型下向焊采用根焊层和热焊层采用下向焊方法, 填充、盖面焊采用向上焊方法, 这种焊接方法适用于管壁较厚的焊接, 因具有热输入低、焊道薄的特点, 焊接速度较慢, 不宜作为单纯的下向焊使用, 通常进行打底焊效果较好。
半自动焊接技术应用较为普遍, 常用的半自动下向焊技术有药芯焊丝自保护半自动下向焊和活性气体保护半自动下向焊技术, 半自动焊接技术具有焊接质量高、操作方便、焊接速度快、成本低、对环境要求不高等特点。
(1) 药芯焊丝自保护半自动下向焊。药芯焊丝自保护半自动焊原理是通过药芯高温分解放出的气体作为保护气的焊接方法, 熔渣对熔池也有一定保护作用, 适合在野外有风的场合作业。药芯焊丝可以连续作业, 从而使焊接接头数目减少, 使焊接效果得到提升, 同时电弧稳定, 成形效果好。 (2) CO2活性气体保护半自动下向焊。CO2气体保护焊是国内常用的半自动下向焊技术。采用STT型CO2半自动焊机, 熔滴过渡由液体表面张力完成, 电流电压波形可控, 常用于全位置单面焊双面成形的打底焊, 该焊接方法具有焊接成本较低、焊接效率高的特点。
随着管材质量提高及工艺技术发展, 对于管径较大、管壁厚的长输管道, 普遍使用自动化焊接技术, 目前常用的自动焊接技术主要有实芯焊丝气体保护自动焊接技术、药芯焊丝自动焊接技术、电阻闪光对焊技术。实芯焊丝气体保护自动焊接技术原理上与融化极气体焊接技术相同, 自动化程度高, 操作简单, 需要有防风措施。该焊接方法对设备要求高, 且焊接设备价格昂贵、使用维护困难。闪光对焊是在低压、强交流电作用下的一种压力焊接方法。药芯焊丝自动焊接技术原理与实芯焊丝气体保护焊接技术类似, 可分为药芯焊丝气保护焊接和药芯焊丝自保护焊接两种方法。药芯焊丝自动焊接技术对管材要求不高, 焊接速度快、质量好、经济性好。
长输管道焊接质量影响管道的长期安全运行和整体寿命, 针对管道施工现场特殊条件及管材规格、材质对焊接质量的影响, 在施工过程中要根据具体情况选择合理的焊接方法, 使焊接作业达到质量高、速度快、经济性好的要求。
摘要：长输管道焊接工艺影响管道制造质量和长期运行安全, 在管道施工过程中要根据具体情况选择合理的焊接方法, 以达到最佳焊接效果。文中分析了现场施工条件和管材对长输管道焊接效果的影响, 介绍了手工焊接、半自动焊接、自动焊接方法的原理和优缺点, 对不同焊接方法在施工过程中应用情况进行了分析。
关键词：长输管道,焊接工艺,选择,应用
[1] 刘成玉, 许先果, 赵建华, 等.长输管道焊接方法的选择与应用[J].电焊接, 2007, 11 (37) :56-59
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