唐崇峰論文：淺析長(zhǎng)輸管道焊接技術(shù)的應(yīng)用

1、唐崇峰論文：淺析長(zhǎng)輸管道焊接技術(shù)的應(yīng)用 淺析長(zhǎng)輸管道焊接技術(shù)的應(yīng)用 內(nèi)容摘要: 長(zhǎng)輸管道作為第五大運(yùn)輸行業(yè)，其重要性日漸明顯，國(guó)內(nèi)近些年正是長(zhǎng)輸管道建設(shè)的高峰期，工程項(xiàng)目越來(lái)越多。在長(zhǎng)輸管道施工過(guò)程中，其焊接質(zhì)量直接影響到長(zhǎng)輸管道的安全運(yùn)行和使用壽命。本文通過(guò)對(duì)影響長(zhǎng)輸管道焊接質(zhì)量的因素的簡(jiǎn)要分析、對(duì)目前國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管道焊接方法的簡(jiǎn)單介紹、并結(jié)合公司長(zhǎng)輸管道焊接具體的應(yīng)用實(shí)例，分析了目前被國(guó)內(nèi)大多數(shù)施工企業(yè)所采用的纖維素手工下向焊、藥芯焊絲半自動(dòng)下向焊（自保護(hù)半自動(dòng)焊）焊接方法的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)想了長(zhǎng)輸管道焊接技術(shù)在我公司的應(yīng)用前景。 淺析長(zhǎng)輸管道焊接技術(shù)的應(yīng)用 長(zhǎng)輸管道作為鐵路、公路、海運(yùn)、民用航空運(yùn)輸

2、的一種補(bǔ)充措施,已經(jīng)成為第五大運(yùn)輸行業(yè)。長(zhǎng)輸管道輸送的介質(zhì)除常見的石油、成品油、天然氣外，還有如氧氣、CO2等工業(yè)用氣體；乙烯、液氨、礦漿 等介質(zhì)。由于長(zhǎng)輸管道運(yùn)輸具有運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)輸費(fèi)用低、控制便捷等特點(diǎn)，現(xiàn)在逐漸成為上述介質(zhì)長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)氖走x方式，國(guó)內(nèi)近些年正是長(zhǎng)輸管道建設(shè)的高峰期。我們公司在這種大環(huán)境下也承建了國(guó)內(nèi)多條長(zhǎng)輸管線，目前這些管線均在正常運(yùn)行。 通過(guò)對(duì)長(zhǎng)輸管道施工的了解，我個(gè)人認(rèn)為長(zhǎng)輸管道作為運(yùn)輸行業(yè)中一個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)，與其它運(yùn)輸系統(tǒng)有以下幾方面的不同點(diǎn)： 輸送介質(zhì)在管道內(nèi)長(zhǎng)距離流動(dòng)，這就要求管道內(nèi)壁盡可能光滑，減少磨擦阻力；另外考慮到介質(zhì)的腐蝕性，在設(shè)計(jì)上要增加相應(yīng)的腐蝕裕量。 管

3、道是相對(duì)固定的。即管道埋于地下，除改造、敷設(shè)新線路等原因外，管道一般不會(huì)發(fā)生位移。 輸送的介質(zhì)具有連續(xù)性的特性。即管道一旦建成、投產(chǎn)，一般情況下應(yīng)連續(xù)運(yùn)行，相應(yīng)地增加了帶壓維修的操作難度和危險(xiǎn)性。 正在運(yùn)行的管道對(duì)地面建（構(gòu)）筑物或區(qū)域造成威脅，尤其是天然氣、煤氣、液化石油氣等易燃?xì)怏w管道，其威脅程度更大。 長(zhǎng)輸管道除特殊地形，一般均為地下敷設(shè)，運(yùn)行中不易發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)，尤其是建設(shè)中未檢出的缺陷。 通過(guò)上述分析可以認(rèn)為，長(zhǎng)輸管道的施工質(zhì)量對(duì)其安全運(yùn)行和使用壽命是非常重要的。因此，管道焊接質(zhì)量是影響管道質(zhì)量的極其重要的因素。 一、影響長(zhǎng)輸管道建設(shè)中焊接質(zhì)量的因素： 在長(zhǎng)輸管道建設(shè)中，對(duì)其焊接質(zhì)量

4、產(chǎn)生較大影響的因素是多方面的，綜合起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面的因素： 流動(dòng)性施工對(duì)焊接質(zhì)量的影響： 長(zhǎng)輸管道施工作業(yè)點(diǎn)隨著施工進(jìn)度而不斷遷移，與工廠化生產(chǎn)相比，增加了施工管理、質(zhì)量管理、安全管理等方面的難度；因焊接作業(yè)處于流動(dòng)狀態(tài)，要保證焊接質(zhì)量就相對(duì)增加了難度。 地形地貌對(duì)焊接質(zhì)量的影響： 施工單位沒(méi)有能力選擇理想的施工場(chǎng)地，一條長(zhǎng)輸管道可能會(huì)遇到多種地形：如海南長(zhǎng)輸管道工程，自南向北途經(jīng)村莊、魚塘、河流、沙地、水稻田、山區(qū)、果園、公路、平原等，地形地貌對(duì)焊接有直接影響，所以要因地制宜，選擇不同的焊接方法來(lái)滿足工程的需要。 環(huán)境對(duì)焊接質(zhì)量的影響： 風(fēng)、雨、溫度、濕度、日照等自然環(huán)境因素，與焊接質(zhì)

5、量高低有著一定的關(guān)系。 焊接設(shè)備、焊接工藝、焊接材料及焊工技能等因素，對(duì)焊接質(zhì)量有很大影響。 人文、社會(huì)環(huán)境對(duì)焊接質(zhì)量的影響： 以海南長(zhǎng)輸管道工程為例：在海南當(dāng)?shù)赜捎诜N種原因，施工不能連續(xù)進(jìn)行，往往給現(xiàn)場(chǎng)焊接帶來(lái)困難。由于外界因素干擾，造成現(xiàn)場(chǎng)留頭多，連頭數(shù)量增加，質(zhì)量難以保證，也使焊接成本上升。 二、國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管道焊接的現(xiàn)狀： 隨著社會(huì)技術(shù)進(jìn)步，長(zhǎng)輸管道焊接技術(shù)也在逐步提高。過(guò)去，長(zhǎng)輸管道的焊接以傳統(tǒng)手工焊方法施工，該焊接方法由于焊接速度慢、焊接質(zhì)量低已不再適用。到了20世紀(jì)80年代初，國(guó)內(nèi)引進(jìn)了歐美的手工下向焊工藝，并逐步得到推廣，質(zhì)量上了一臺(tái)階，該焊接方法已取代了傳統(tǒng)手工焊方法。到了20世

6、紀(jì)90年代初，國(guó)內(nèi)有關(guān)單位從美國(guó)引進(jìn)了自保護(hù)半自動(dòng)焊（藥芯焊絲半自動(dòng)下向焊）設(shè)備和工藝，其 優(yōu)點(diǎn)是：連續(xù)送絲、不用氣體保護(hù)、抗風(fēng)性能較強(qiáng)、5級(jí)風(fēng)以下不用防護(hù)、焊工易操作等；其缺點(diǎn)首先是不能進(jìn)行根焊，需要采用其它的焊接方法進(jìn)行根焊；其次是缺陷集中在夾渣上；另外，操作不當(dāng)時(shí)，蓋面易出現(xiàn)氣孔。目前，引進(jìn)的較先進(jìn)的焊接方法是“雙聯(lián)管焊接方法”，該方法由管道二公司在輪南庫(kù)爾勒輸油管道上首次應(yīng)用，在以后的陜京輸氣管道、蘇丹管道工程中部分采用，收到了較好的效果，為該焊接方法積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在西氣東輸工程中，管道二公司又引進(jìn)了noreast公司自動(dòng)焊機(jī)aw97-1；該技術(shù)適用于大口徑、大壁厚管道，適合大機(jī)組

7、流水作業(yè)，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，焊縫外觀成型美觀。 目前長(zhǎng)輸管道焊接中采用的根焊方法主要有五種，一是內(nèi)焊機(jī)，二是外焊機(jī)，三是STT根焊，四是外焊內(nèi)襯強(qiáng)制成型，五是手工根焊。填充焊及蓋面焊的方法主要有，一是手工下向焊，二是半自動(dòng)下向焊，三是全自動(dòng)焊。 根據(jù)以上分析和各種焊接方法的應(yīng)用情況，我個(gè)人認(rèn)為，在一般情況下，長(zhǎng)輸管道焊接應(yīng)以手工下向焊結(jié)合半自動(dòng)焊為主，像海南長(zhǎng)輸管道及西南成品油管道工程，地形較為復(fù)雜，各種地形均有出現(xiàn)，因此采用手工下向焊結(jié)合半自動(dòng)下向焊的焊接方法。對(duì)于像西氣東輸這樣的管道工程，地形主要是平坦地段，宜推廣應(yīng)用自動(dòng)焊，手工下向焊接方法為輔，在條件允許情況下，可以部分采用雙聯(lián)管

8、焊接。而對(duì)于甬-滬-寧這樣的管道工程，地形主要是以水網(wǎng)地帶為主，由于自動(dòng)焊、半自動(dòng)焊設(shè)備運(yùn)用難度大，而手工焊由于焊鉗小，操作靈活便捷，因此宜采用手工下向焊的焊接方法。 三、長(zhǎng)輸管道主要焊接方法的優(yōu)點(diǎn)： 由于長(zhǎng)輸管道焊接的方法較多，我們無(wú)法一一列舉，這里僅對(duì)大多數(shù)企業(yè)主要采用的纖維素手工下向焊、藥芯焊絲半自動(dòng)下向焊（自保護(hù)半自動(dòng)焊）這兩種焊接方法的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。 1、纖維素手工下向焊的優(yōu)點(diǎn)： 纖維素手工下向焊技術(shù)與傳統(tǒng)的向上焊相比具有焊縫質(zhì)量好，電弧吹力強(qiáng)、挺度大的特點(diǎn)，進(jìn)行打底焊時(shí)可以單面焊雙面成型。而且，纖維素焊條比普通低氫型焊條的熔化速度快、熔敷率高。在一些環(huán)境惡劣的地區(qū)，比如水網(wǎng)地

9、帶，因空氣濕度大，對(duì)焊材的烘干、保管、使用要求嚴(yán)格，而纖維素焊條比低氫型焊條在同等條件下氣孔產(chǎn)生的傾向??；且水網(wǎng)地帶限制了先進(jìn)焊接技術(shù)的應(yīng)用，自動(dòng)焊、半自動(dòng)焊設(shè)備運(yùn)用難度大，而手工焊由于焊鉗小，操作靈活便捷，可當(dāng)首選的方法。 2、藥芯焊絲半自動(dòng)下向焊的優(yōu)點(diǎn)： 藥芯焊絲半自動(dòng)下向焊具有生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量好、經(jīng)濟(jì)性好、適應(yīng)性強(qiáng)、易于掌握等優(yōu)點(diǎn)，且適用于各種位置的焊接。這種焊接方法的主要優(yōu)點(diǎn)是： 1）、質(zhì)量好：焊道的焊接缺陷通常產(chǎn)生于焊縫接頭處。同等管徑的鋼管手工焊接頭比半自動(dòng)焊接頭數(shù)要多數(shù)倍，采用半自動(dòng)焊降低了缺陷的產(chǎn)生機(jī)率。由于藥芯焊絲多為低氫型，因此可降低焊縫中的氫含量；同時(shí)，半自動(dòng)焊熱輸入

10、高，可降低焊縫冷卻速度，有助于氫的逸出及減少和防止出現(xiàn)冷裂紋。 2）、效率高：藥芯焊絲把斷續(xù)的焊接過(guò)程變成連續(xù)的生產(chǎn)方式，且半自動(dòng)焊熔敷量大，比手工焊焊道少，熔化速度比纖維素下向焊提高15%20%，另外其焊后焊渣薄，脫渣容易，減少了層間的清渣時(shí)間。 3）、綜合成本低：以公司海南長(zhǎng)輸項(xiàng)目5088.7mm的鋼管焊接為例，正常一個(gè)機(jī)組有3名管工，7名電焊工，1名起重工，2名力工，共13人，平均一天可以焊接40道焊口，800寸/D。按照正常手工焊來(lái)看，一個(gè)崗點(diǎn)2名管工，1名電焊來(lái)算，同等條件下一天可 焊60寸/D。對(duì)比之下，同樣焊接40道焊口至少減少6名焊工，21名管工，焊機(jī)也相應(yīng)的減少了，因此綜合成

11、本降低很多。 然而，藥芯焊絲半自動(dòng)下向焊的發(fā)展與進(jìn)步依賴于焊機(jī)、對(duì)口器、送絲機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)等裝備的技術(shù)成熟程度和焊材工藝性能的穩(wěn)定性。但是，先進(jìn)的半自動(dòng)、甚至自動(dòng)焊設(shè)備會(huì)大幅度提高焊接效率，盡管更新裝備需投入大量資金，但在長(zhǎng)輸管道建設(shè)的高峰期，其市場(chǎng)回報(bào)率是可觀的。只有擁有技術(shù)，方可擁有市場(chǎng)。 四、焊焊接方法的具體應(yīng)用： 公司在不同的長(zhǎng)輸管道工程中采用了不同的焊接方法，在這里我們結(jié)合公司在海南的長(zhǎng)輸管道工程情況，簡(jiǎn)要介紹一下下向焊接方法的應(yīng)用情況： 公司在海南承擔(dān)了31公里天然氣輸氣管道的施工任務(wù)，該管道規(guī)格為5086.4mm、5088.7mm、50810.1mm三種。在線路中，該管線要穿越2

12、條中型河流、2條鐵路、1條國(guó)道、1條高速公路以及村莊、水道田、沼澤、山丘、沙地等地形，線路情況較為復(fù)雜。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐母鞣N條件，我們采用了手工下向焊結(jié)合半自動(dòng)下向焊的焊接方法。之所以選擇該方法，是因?yàn)槭止は孪蚝附Y(jié)合半自動(dòng)下向焊的焊接工藝具有顯著的優(yōu)越性。 1、手工下向焊結(jié)合半自動(dòng)下向焊焊接工藝的優(yōu)越性： 、互補(bǔ)性好。根焊采用纖維素焊條打底，可減少燒穿的可能性，并能達(dá)到單面焊雙面成型的效果。根焊成型良好，能有效提高根焊合格率，彌補(bǔ)了半自動(dòng)焊不能進(jìn)行根焊的缺點(diǎn)。 、采用半自動(dòng)下向焊進(jìn)行蓋面焊接，其焊縫成型美觀，焊接合格率高。 、抗風(fēng)能力強(qiáng)。在風(fēng)速小于12米/秒時(shí)，不需要采取任何防護(hù)

13、措施，特別適用于野外作業(yè)。 、可連續(xù)送絲，焊接過(guò)程中起弧和收弧接頭減少，降低了焊接缺陷產(chǎn)生的可能性。 、焊絲熔敷率高，藥皮脫渣性好，焊接熱輸入量高，可降低焊縫冷卻速度，有助于氫的逸出并減少和防止出現(xiàn)裂紋，生產(chǎn)效率約為手工電弧焊的58倍。 、焊接接頭性能好。半自動(dòng)焊焊層薄、焊層多，前一層起預(yù)熱作用，后一層可延緩前一層的冷卻速度，對(duì)減少焊接缺陷有利，可以提高焊接接頭的力學(xué)性能。 、生產(chǎn)成本低。 2、焊接工藝參數(shù)的選用： 3、焊接前的準(zhǔn)備： 、焊前布管時(shí)，應(yīng)先按直徑偏差進(jìn)行級(jí)配后再布管，以減少相鄰鋼管組對(duì)時(shí)的錯(cuò)邊量，提高組對(duì)速度和組對(duì)質(zhì)量。 、焊縫的對(duì)接采用內(nèi)對(duì)口器，并用砂輪機(jī)清除坡口及坡口兩邊20

14、30 mm內(nèi)的內(nèi)外壁上的雜物及氧化皮，將螺紋焊管管端的焊道按照規(guī)范錯(cuò)開，并將管端10 mm范圍內(nèi)的螺紋余高磨至與母材平，尾部呈30平緩過(guò)渡。 、采用火焰加熱器預(yù)熱，保證管口加熱均勻，焊前用鋼絲刷清除加熱產(chǎn)生的氧化皮及煙塵，預(yù)熱溫度為100-200。冬季實(shí)際操作 時(shí)應(yīng)高于該溫度20-30，以保證施焊時(shí)所需溫度，預(yù)熱范圍為坡口兩側(cè)各大于100 mm。 4、焊接時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)： 、根焊采用纖維素焊條下向焊方法，填充焊和蓋面焊均采用藥芯焊絲半自動(dòng)下向焊方法。該方法由于在根焊后用手工操作進(jìn)行清根，清根后的焊道不規(guī)則，半自動(dòng)焊填充時(shí)容易出現(xiàn)缺陷，主要是夾渣和未熔合。 、由于管徑大，為保證焊接受熱均勻，避

15、免因受熱不均勻造成的錯(cuò)邊量加大，施焊時(shí)需由2名焊工從12點(diǎn)位置對(duì)稱向下施焊至6點(diǎn)位置。 、半自動(dòng)焊起弧時(shí)，焊絲應(yīng)伸出導(dǎo)電嘴50100 mm。重新起弧時(shí)應(yīng)把伸出的焊絲剪掉，這樣更容易起弧。焊接過(guò)程中應(yīng)當(dāng)保持焊絲的伸出長(zhǎng)度，仰焊時(shí)可將焊絲伸出長(zhǎng)度適當(dāng)加長(zhǎng)1020 mm，但不宜太長(zhǎng)，以免因焊絲太長(zhǎng)造成過(guò)熱發(fā)紅，使焊絲藥芯的合金元素?zé)龘p，從而降低焊逢的力學(xué)性能。 、根焊與填充焊之間的時(shí)間間隔不宜超過(guò)5分鐘，層間溫度不小于100。 、填充焊道以低于母材0.5 mm為宜，焊絲在坡口內(nèi)適當(dāng)擺動(dòng)，使坡口兩側(cè)融合良好，但不能破壞坡口。 、每層焊接結(jié)束后，需用砂輪機(jī)及鋼絲刷將焊縫表面的焊渣及表面缺陷清除干凈。 、

16、焊接初學(xué)者不宜采用熱接法進(jìn)行焊道接頭的連接，尤其是根焊時(shí)應(yīng)防止接頭處造成夾渣及未焊透等缺陷，焊道接頭處應(yīng)用砂輪機(jī)磨削后再進(jìn)行焊接。 、蓋面焊接時(shí)適當(dāng)擺動(dòng)電弧，使坡口兩側(cè)母材充分熔化，以減少焊接缺陷，保證焊縫順直，但不能擺動(dòng)過(guò)大，避免造成焊縫中心凹 陷。收弧時(shí)應(yīng)適當(dāng)停留并拉長(zhǎng)焊絲長(zhǎng)度，可以縮小弧坑及減少收弧所造成的缺陷。 、半自動(dòng)焊所用的藥芯焊絲對(duì)焊接參數(shù)的要求高，尤其是對(duì)電壓的精確度要求極為嚴(yán)格，誤差在0.5V以內(nèi)。焊工操作不當(dāng)以及焊接參數(shù)匹配不當(dāng)都容易產(chǎn)生氣孔，尤其在面層焊接時(shí)更容易發(fā)生。焊工要掌握正確的焊接操作方法，逐步掌握各種工藝參數(shù)，以有效防止焊接缺陷的產(chǎn)生。 海南項(xiàng)目最初采用這種焊接

17、工藝時(shí)，由于焊工對(duì)焊接工藝參數(shù)的匹配沒(méi)有完全掌握，對(duì)于焊接過(guò)程中的注意事項(xiàng)沒(méi)有加以總結(jié)和重視，致使焊接合格率不高，焊接效率低下。通過(guò)一段時(shí)間的摸索，焊工逐漸掌握了焊接規(guī)范，合格率及工作效率均得到了較大的提高。工程完工時(shí)，總體焊接一次合格率達(dá)到了97.74；單機(jī)組工作效率最高達(dá)到了每天（有效工作時(shí)間8小時(shí)）焊接50道焊口，平均達(dá)到了每天焊接40道焊口，很好地降低了施工成本。 五、國(guó)外長(zhǎng)輸管道焊接現(xiàn)狀： 1、在國(guó)外，科學(xué)的發(fā)展帶動(dòng)了焊接的技術(shù)進(jìn)步。國(guó)際上大直徑管道施工以自動(dòng)焊接為主，其代表性的管道自動(dòng)焊設(shè)備及工藝，當(dāng)屬美國(guó)crc-evans。無(wú)論焊接技術(shù)如何發(fā)展，根焊依然是最根本的問(wèn)題，據(jù)了解，當(dāng)

18、前配合自動(dòng)焊的根焊方法主要有兩種，一是內(nèi)焊機(jī)，二是帶銅墊對(duì)口器外焊根焊成型。內(nèi)焊根焊由于設(shè)備十分復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，為保證管道連續(xù)作業(yè)，往往要求內(nèi)焊機(jī)有備用設(shè)備，同時(shí)加強(qiáng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維修設(shè)施、備件及高水平維修人員的配備，使施工成本增加。帶內(nèi)銅襯墊對(duì)口器外根焊成型工藝，已在國(guó)外很多管道上應(yīng)用，尤其是在海洋管道上應(yīng)用更為廣泛，但該工藝的滲銅問(wèn)題和內(nèi)部成型有尖銳金屬對(duì)通球掃線有影響的問(wèn)題至今沒(méi)有得到很好的解決。 2、閃光焊方法是前蘇聯(lián)為烏依連戈到西歐管道走廊（直徑1.42米）工程研制的。該工藝在工程應(yīng)用中出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題，一是焊縫韌性 差，二是內(nèi)側(cè)焊道有毛刺。后經(jīng)試驗(yàn), 焊縫韌性問(wèn)題可以通過(guò)焊后熱處理進(jìn)行解決

19、；內(nèi)側(cè)毛刺問(wèn)題可以通過(guò)專用設(shè)備進(jìn)行處理，但毛刺除去以后，在向外清理時(shí)，會(huì)損壞管道內(nèi)減阻涂層。但是，閃光焊的優(yōu)點(diǎn)也是明顯的，那就是不用焊材、對(duì)坡口無(wú)要求、焊縫區(qū)（接頭）窄。但設(shè)備龐大，不利搬遷，尤其地形復(fù)雜時(shí)很難推廣，不過(guò)可以應(yīng)用到?jīng)]有內(nèi)涂層、沖擊韌性要求低的管道工程中。 3、埋弧焊雙聯(lián)管技術(shù)在西方國(guó)家，如中東、俄羅斯已經(jīng)較普遍應(yīng)用。在克拉斯諾達(dá)爾輸油管道中應(yīng)用該技術(shù)，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)工作量。 4、氣保護(hù)強(qiáng)制成型工藝在日本某些廠家進(jìn)行過(guò)研究開發(fā)，但未見應(yīng)用報(bào)道，預(yù)計(jì)難度在于固定管的全周向焊接上，難以預(yù)測(cè)其前景。 5、固定管的全周向埋弧焊，據(jù)了解歐洲有人涉足，但未見報(bào)道，其難度與氣保護(hù)強(qiáng)制成型類似。 六、長(zhǎng)輸管道焊接技術(shù)應(yīng)用前景： 瞻望國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸