长输管道焊接技术特性及问题探讨

长输管道焊接技术特性及问题探讨

樊文军

樊文军大庆油田工程建设有限公司油建二公司163000

摘要随着现代油田建设的发展，大庆油田工程建设工程在大口径长输管道开发方面不断发展和提高水平，但是我们也看到自动化率及机械化水平不高，只能达到30%左右，而发达国家一般都在60%以上，不论是在实际应用上还是焊接技术研发上，我国还都处在较低的技术水平上，所以提高长输管道焊接技术就显得尤为重要了。

关键词焊接长输管道

焊接技术是石油石化工程建设中非常重要的技术之一，主要是长输管道、炼化装置特种材料的焊接。焊接技术好坏关系着工程的质量。焊接技术是现代加工技术的主要组成部分，是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有以钢材为结构材料的产品，在生产中都不同程度地依赖焊接技术。

一、长输管道焊接技术特点

长输管道作为铁路、公路、海运、民用航空和长输管道五大运输行业之一，其输送介质，除常见的石油、天然气外，还有工业用气体如氧气、CO2等、乙烯、液氨、矿浆、煤浆等介质。管道作为运输行业中一个单独系统，与其他运输系统有以下几方面的不同特点：

首先，管道与输送介质相对流动，这就要求管道内部尽可能光滑，减少磨阻，考虑介质的腐蚀性，在设计上要增加相应的裕量。管道埋于地下，除改造、敷设新线路等原因外，管道一般不会发生位移，相对固定。

其次是输送的连续性。即管道一旦建成、投产，一般情况下应连续运行，相应地增加了不停输带压维修的操作难度和危险性。长输管道除特殊地形，一般均为地下敷设，运行中不易发现潜在的危险。

我国在70年代初建设了大口径长输管道，即著名的大庆油田至铁岭、由铁岭至大连、由铁岭至秦皇岛的输油管道，解决了困扰大庆原油外输问题。

80年代初开始推广手工向下焊工艺，同时研制开发了纤维素型和低氢型向下焊条。与传统的向上焊工艺比较，向下焊具有速度快、质量好，节省焊材等突出优点，因此在管道环缝焊接中得到了广泛的应用。

90年代初开始推广自保护药芯焊丝半自动手工焊，有效地克服了其他焊接工艺方法野外作业抗风能力差的缺点，同时也具有焊接效率高、质量好且稳定的特点，现成为管道环缝焊接的主要方式。

管道全位置自动焊的应用已探索多年，现已有了突破性进展，成功地应用在西气东输管道工程，其效率、质量更是其他焊接工艺所不能比的，这标志着我国油气管道焊接技术已达到了较高水平。

二、长输管道焊接工艺及原理

焊接是管道施工的关键环节，管材、焊材、焊接工艺以及焊接设备等是影响焊接质量的关键因素。

管道施工焊接方法，90年代应用自保护药芯焊丝半自动焊技术，到今天开始全面推广全位置自动焊技术，其工艺和原理如下：

自保护药芯焊丝半自动焊技术。20世纪90年代开始应用到管道施工中的，主要用来填充和盖面。其特点为熔敷效率高，全位置成形好，环境适应能力强，焊工易于掌握，是目前管道施工的一种重要焊接工艺方法。

1、STT型CO2半自动焊。STT型CO2半自动焊是以STT焊接技术进行管道的根焊，根焊的保护气体采用的是CO2。采用药芯焊丝（如林肯的NR207）进行自动送丝的手工焊接的焊接工艺。STT是“SurfaceTensionTransfer”的英文缩写，即表面张力过度的意思，是一种焊接熔敷金属过渡机理。

其工艺特点是，在压力管道的焊接中STT焊是一种廉价、高效的焊接方法，传统的CO2气保护焊不能从根本上解决焊接飞溅大、焊缝成形不理想的问题。而采用波形控制技术的STT型CO2半自动焊机，保证了焊接过程稳定，焊缝成形美观，干伸长变化影响小，显著降低了飞溅，减轻了焊工劳动强度。

其工艺原理是，由于STT技术的熔滴过渡是依靠液态金属的表面张力来实现的，有其自身特别的采用动态控制的一种焊接方法，因此在焊道上产生的熔池很小且很集中。

2、全自动气体保护下向焊技术。全自动气体保护焊是采用全自动焊机和保护气体进行管道焊接的一种焊接工艺，一般采用氩气或CO2为保护气体。

其工艺特点是，由于熔化极气体保护焊时焊接区的保护简单，焊接区域易于观察，生产效率高，焊接工艺相对简单，便于控制，容易实现全位置焊接。但其对管道坡口、对口质量要求高，要求管子全周对口均匀，对坡口型式要求严格，当管壁较厚时，确定工艺应采用复合型或Ｕ型坡口。在考虑减少工作量的同时，更要考虑到坡口对焊接质量的保证，小角度V型坡口虽然简化了施工程序，但从保证质量角度分析，复合型坡L或U型坡口更优。

其工艺原理是，管道全自动气体保护焊技术使用可熔化的焊丝与被焊金属之间的电弧为热源来熔化焊丝和钢管，在焊接时间向焊接区域输送保护气体以隔离空气的有害作用，通过连续送丝完成焊接。该工艺可实现全位置多机头同时工作，打底焊可从管内部焊接，也可从管外部焊接，焊接工艺参数的调节一般在控制台或控制面板上。

三、长输管道焊接常见问题

首先是现场焊接容易出现的问题。由于发现和开采的油气田地处边远地区，地理、气候、地质条件恶劣，社会依托条件较差，给焊接施工带来很多困难，尤其是低温带来的麻烦最大。因此，现场焊接时，是采用对口器进行管口组对，为了提高效率，一般是在对好的管口下放置基础梁木或土堆，在对前一个对接口进行焊接的同时，开始下一个对接准备工作。这将产生较大的附加应力。同时由于钢管热胀冷缩的影响，在碰死口时最容易因附加应力而出问题。

其次是内外焊机问题。内焊机功能较强，除具有焊接功能外，还具有对口功能；设备有液压、气路、保护气体、电、控制等系统，由于空间的限制，设备结构设计紧凑复杂。在现场应用过程中机械故障率较高，需要配备相当数量的备件和高水平的维修工来保证设备的正常运转。根焊因焊道薄(2毫米左右)，又加之管子重(壁厚14.6毫米、每根钢管4吨以上)，现场采用土堆支垫管子为防止外应力造成根部裂纹，根焊后不能撤走内焊机，解决的办法是热焊后撤走内焊机。

外焊机焊接主要是防风和抗风沙、抗高温问题及两者矛盾的处理，这些主要是对设备本身的要求，只要设备使用条件允许，现场操作及质量问题是有把握的。

再次是焊接参数：应当注意的是，因每条焊道焊接参数不同，整个焊缝的焊接参数应根据管材规格及现场条件，通过焊接试验合格后方可应用于生产。

总之，管道焊接要根据其特点，因地制宜，即做到保证质量、提高效率，又不使成本大幅增加，是其目的。