关于油气管道焊接技术的分析与研究

通过对油气管道焊接施工焊接技术进行分析对比，可以为更好地选择焊接技术作出更加科学合理的选择，从而能够更好地提高效率。辽河石油勘探局油建二公司作为中国石油石化行业建设系统的多年品牌企业，具有较高生产资质，先后在西气东输、气化辽宁系列管道施工等多项施工项目中取得优异成绩，受到甲方的广泛好评，技术方面更是具有重要的品牌影响。

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1.管道焊接技术的要点

根据不同管道环境选择焊接设备。管道建设属于典型的野外施工作业，其作业点沿着管道的走向不断迁移，焊接工作的难度可想而知，而采用流水作业或单兵作业的方式，更为这种模式的推进带来了困难。因此，焊接设备也需要随着作业地点的改变而来断移动，这就对焊接设备的质量、体积、抗震等方面有所要求。

所要焊接的钢管是水平固定的，管道焊接施工都是全位置的焊接操作。这对焊接设备、焊接材料和焊工操作水平都提出了较高的要求，需要焊接人员以更高的水平和更精细的焊接耐心。为提高建设速度，需要尽量缩短管口组对和根部焊接的时间。即在前一道焊口完成根部焊接进行热焊的同时，进行下一道焊口的管口组对，这样做可以提高效率，但是管子不能稳定地固定，会产生一定的附加应力。在不同地形地貌、不同气候条件，不同管径、不同壁厚和不同旗工技术能力等条件下，对管道施工要采取的焊接工艺选择是不一样的。现场应用的焊接设备应能够适应上述一种或多种焊接工艺。

根据焊接施工特点确定相应工艺。打底焊工艺：使用纤维素焊条手工焊纤维素下向焊焊条的药皮中含有质量分数　为30％~ 50％的有机物、纤维素，具有极强的造气功能，焊接时在电弧热的作用下可以分解出大量的CO和CO2气体，在保护电弧和熔池金属的同时，显著增加了电弧吹力，保证了熔滴在全位置焊接时向熔池的稳定过渡，还可阻止铁水和液态熔渣的下淌，同时还有较大的熔透能力和优异的填充间隙性能，对管子的对口间隙要求不很严格，焊缝背面成形好，气孔敏感性小，容易获得高质量的焊缝，因此特别适合打底焊。

填充、盖面焊工艺：使用铁粉低氢型焊条手工焊使用铁粉低氢型向下焊条进行填充、盖面焊无论在国内和国外都有许多成功的范例，其灵活简便、适应性强的优点在我国劳动力资源相对丰富的条件下，更得到了充分的发挥。特别是近年来焊条工艺性能的改进，其熔敷效率、力学性能指标等均能满足当今管道建设的需要，在焊接自动化率要求不高的场合是十分适用的。

2.焊接高压缓冲器的技术

高压缓冲器具有较高的焊接难度，它一般由两个冲压半球和数根丝头接管组装焊接而成，直径600mm，壁厚42mm，设计温度150℃，工作介质为H2、N2，是Ⅲ类压力容器，焊接质量要求严格，其中A、B类接头100%RT检验，按照我国行业标准JB4730- 94《压力容器无损检测》执行，Ⅱ级合格，C、D类焊接接头进行MT或PT检测Ⅰ级合格，容器按GB150-1998《钢制压力容器》制造检验与验收。

高压缓冲器具的焊接特性。制订焊接工艺前，对16MnR的焊接特性和缓冲器的焊接特点进行详细的理论分析和研究。根据IIW推荐的碳当量计算法，16MnR的CE值较小（0.29%），其材质的可焊性较好。但是，由于16MnR含有少量合金元素，其淬硬倾向较低碳钢要大。在焊接16MnR时，一般情况下，不会产生裂纹。但是，在低温环境、或在大刚性和钢板厚度较大（>25mm）时焊接，因冷却速度过快而出现马氏体组织，增大了冷裂倾向，产生热裂纹。当HAZ达到1100℃时，粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏体组织而产生脆化，因此，焊接工艺参数要适中。

缓冲器的焊接特点。缓冲器的结构为球体，直径小（D= 600mm）、壁厚大（　=42mm），焊缝形式为对接和对接＋角接，坡口深而窄，焊接工作量大，如果整体组装后焊接，焊接过程中，容易产生夹渣（或未熔合）、气孔和裂纹等缺陷，一旦造成焊缝返修，经济损失严重。对拟定的焊接工艺，经模拟焊接和工艺评定合格后，根据容器组装后的实际情况，稍加修改并应用于焊接生产中。

3.管道焊接的技术要求和规范

接管的焊接。焊前要对坡口进行预热，当温度达到（100~150）℃时，才能开始焊接。GTAW打底时，电弧应对准接管一侧稍加稳弧，适当添加焊丝，防止产生裂纹。

环缝的焊接。接管焊接完毕，并检验合格后，在两个半球上，按与环缝截面相垂直的轴线上分别焊接一根2吋的管子，架空一定高度，使整条环缝都能处于转动焊位置，再按焊序进行焊接。因GTAW焊层薄，为防止烧穿，用　3.2mm焊条焊第2层，电流不要太大，层间温度不能低于预热温度。第3、4层焊道宽度适中，在坡口两侧稍做稳弧，注意焊条角度，选择合适的焊接参数。第5~10层，采用一层两道的排焊方法。

焊接合龙的要求。拢不能使用管端坡口整形机来加工坡口，还要对钢管进行切断并在切断钢管的同时加工出坡口。大直径钢管火焰自动切割机保留了火焰切割使用方便的特点，舍弃了磁性行走轮而用带形轨道，同时该机还具有自动补偿管径误差和椭圆误差的特点，已在西气东输工程中被使用，取得了良好的效果，具有实用推广价值。

4.管道建设对焊接设备的要求

油气管道建设大多地处偏远地区，社会依托条件较差。要求焊接设备具备下列特点：

工艺适应性要好。针对油气管道建设常用的几种焊接工艺，焊接设备应具有良好的工艺适应性。对于纤维素型焊条焊接，还应保证小电流全位置焊接操作时飞溅小、引弧容易，有足够大的电弧推力利于单面焊双面成型。对于自保护药芯焊丝半自动焊，应保证送丝平稳，飞溅小。对于CO2或富氩气保护自动焊，焊接电源应具有热起弧和电流衰减功能，应能保证每台焊接电源的外特性曲线一致，整套设备操作方便，焊接规范易于修改。

环境适应能力要强，可靠性高。近年来，我国开始了以西气东输为主体的大规模的管道工程建设施工，从茫茫戈壁和荒漠，将天然气运送到中东部地区。施工过程中，冬季严寒，夏季炎热，风沙大，昼夜温差大；西北部地区多为高原和丘陵，气温、气压总体偏低、空气密度小；中部地区主要为山脉、黄土和山间平原，山势陡峭，河谷弯曲，地形起伏大；东、南部地区则是高温、多雨、湖湿的气候条件。因此，焊接设备应具备良好的在不同恶劣环境条件下的适应性，抗严寒，耐高温，抗颠簸，防湖、耐风沙，耐高原缺氧等。野外施工时，每天的焊接时间长达10~12小时，焊接设备一旦发生故障，将极大地影响施工进度和施工成本，特别是流水作业方式的施工，会发生大面积的窝工现象。因此，管道现场焊接施工更愿意选择功能简单，可靠性高的专机类设备组合成为一套的施工设备的机具。

控制面板简单易懂，调节方便。管道焊接施工既有平原大机组流水作业，也有山区小机组流水作业，还有沟下或水网地带单兵作业。在这些不同的作业方式中，有的焊工需要完成一道焊口从根焊到盖面的全部焊接操作，有的则需要完成其中某几层的焊接操作，还有的只需要完成其中一层的焊接操作。由于施工作业面宽，焊接点分散，技术人员不可能对每一台焊接设备进行调节，为此，焊接设备的控制面板应操作简单、易于让人理解，方便调节，同时在紧急情况下要有能够迅速关闭的功能。

5.保障施工安全的主要措施

从事油建施工焊接工作，必须牢固树立“安全第一”的思想意识。必须从我做起，从现在做起，端正自己的思想作风，无论从事哪个岗位，实施哪项工艺，都必须把安全工作放在首位，切实树立“责任重于泰山”的责任意识，时刻紧绷安全之弦，从严要求。从我做起，熟练掌握安全专业知识，预知危险，分析和控制危险。要不断提高安全施工极端重要性的认识。搞好安全生产工作是科学发展观的直接体现，是从事施工一线人员的基本知识和必要遵守的前提，严格按照规定和规程办事确保各项安全措施到位，做到万无一失。要强化检查督促。各级领导和安全生产监督人员一定要恪尽职守，勤奋工作，要改进工作方式，及时深入生产一线检查督促，警钟长鸣，防范于未然，使安全与质量同时抓、同投入、同检查，这样才能使施工质量和进度真正得到有效保障。

[1]中国焊接学会焊接手册（第2卷）.北京：机械工业出版社,1992

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