唐崇峰论文：浅析长输管道焊接技术的应用

1、唐崇峰论文：浅析长输管道焊接技术的应用 浅析长输管道焊接技术的应用 内容摘要: 长输管道作为第五大运输行业，其重要性日渐明显，国内近些年正是长输管道建设的高峰期，工程项目越来越多。在长输管道施工过程中，其焊接质量直接影响到长输管道的安全运行和使用寿命。本文通过对影响长输管道焊接质量的因素的简要分析、对目前国内长输管道焊接方法的简单介绍、并结合公司长输管道焊接具体的应用实例，分析了目前被国内大多数施工企业所采用的纤维素手工下向焊、药芯焊丝半自动下向焊（自保护半自动焊）焊接方法的优点，设想了长输管道焊接技术在我公司的应用前景。 浅析长输管道焊接技术的应用 长输管道作为铁路、公路、海运、民用航空运输

2、的一种补充措施,已经成为第五大运输行业。长输管道输送的介质除常见的石油、成品油、天然气外，还有如氧气、CO2等工业用气体；乙烯、液氨、矿浆 等介质。由于长输管道运输具有运行时间长、运输费用低、控制便捷等特点，现在逐渐成为上述介质长距离运输的首选方式，国内近些年正是长输管道建设的高峰期。我们公司在这种大环境下也承建了国内多条长输管线，目前这些管线均在正常运行。 通过对长输管道施工的了解，我个人认为长输管道作为运输行业中一个单独系统，与其它运输系统有以下几方面的不同点： 输送介质在管道内长距离流动，这就要求管道内壁尽可能光滑，减少磨擦阻力；另外考虑到介质的腐蚀性，在设计上要增加相应的腐蚀裕量。 管

3、道是相对固定的。即管道埋于地下，除改造、敷设新线路等原因外，管道一般不会发生位移。 输送的介质具有连续性的特性。即管道一旦建成、投产，一般情况下应连续运行，相应地增加了带压维修的操作难度和危险性。 正在运行的管道对地面建（构）筑物或区域造成威胁，尤其是天然气、煤气、液化石油气等易燃气体管道，其威胁程度更大。 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，尤其是建设中未检出的缺陷。 通过上述分析可以认为，长输管道的施工质量对其安全运行和使用寿命是非常重要的。因此，管道焊接质量是影响管道质量的极其重要的因素。 一、影响长输管道建设中焊接质量的因素： 在长输管道建设中，对其焊接质量

4、产生较大影响的因素是多方面的，综合起来主要有以下几个方面的因素： 流动性施工对焊接质量的影响： 长输管道施工作业点随着施工进度而不断迁移，与工厂化生产相比，增加了施工管理、质量管理、安全管理等方面的难度；因焊接作业处于流动状态，要保证焊接质量就相对增加了难度。 地形地貌对焊接质量的影响： 施工单位没有能力选择理想的施工场地，一条长输管道可能会遇到多种地形：如海南长输管道工程，自南向北途经村庄、鱼塘、河流、沙地、水稻田、山区、果园、公路、平原等，地形地貌对焊接有直接影响，所以要因地制宜，选择不同的焊接方法来满足工程的需要。 环境对焊接质量的影响： 风、雨、温度、湿度、日照等自然环境因素，与焊接质

5、量高低有着一定的关系。 焊接设备、焊接工艺、焊接材料及焊工技能等因素，对焊接质量有很大影响。 人文、社会环境对焊接质量的影响： 以海南长输管道工程为例：在海南当地由于种种原因，施工不能连续进行，往往给现场焊接带来困难。由于外界因素干扰，造成现场留头多，连头数量增加，质量难以保证，也使焊接成本上升。 二、国内长输管道焊接的现状： 随着社会技术进步，长输管道焊接技术也在逐步提高。过去，长输管道的焊接以传统手工焊方法施工，该焊接方法由于焊接速度慢、焊接质量低已不再适用。到了20世纪80年代初，国内引进了欧美的手工下向焊工艺，并逐步得到推广，质量上了一台阶，该焊接方法已取代了传统手工焊方法。到了20世

6、纪90年代初，国内有关单位从美国引进了自保护半自动焊（药芯焊丝半自动下向焊）设备和工艺，其 优点是：连续送丝、不用气体保护、抗风性能较强、5级风以下不用防护、焊工易操作等；其缺点首先是不能进行根焊，需要采用其它的焊接方法进行根焊；其次是缺陷集中在夹渣上；另外，操作不当时，盖面易出现气孔。目前，引进的较先进的焊接方法是“双联管焊接方法”，该方法由管道二公司在轮南库尔勒输油管道上首次应用，在以后的陕京输气管道、苏丹管道工程中部分采用，收到了较好的效果，为该焊接方法积累了丰富的经验。在西气东输工程中，管道二公司又引进了noreast公司自动焊机aw97-1；该技术适用于大口径、大壁厚管道，适合大机组

7、流水作业，焊接质量稳定，操作简便，焊缝外观成型美观。 目前长输管道焊接中采用的根焊方法主要有五种，一是内焊机，二是外焊机，三是STT根焊，四是外焊内衬强制成型，五是手工根焊。填充焊及盖面焊的方法主要有，一是手工下向焊，二是半自动下向焊，三是全自动焊。 根据以上分析和各种焊接方法的应用情况，我个人认为，在一般情况下，长输管道焊接应以手工下向焊结合半自动焊为主，像海南长输管道及西南成品油管道工程，地形较为复杂，各种地形均有出现，因此采用手工下向焊结合半自动下向焊的焊接方法。对于像西气东输这样的管道工程，地形主要是平坦地段，宜推广应用自动焊，手工下向焊接方法为辅，在条件允许情况下，可以部分采用双联管

8、焊接。而对于甬-沪-宁这样的管道工程，地形主要是以水网地带为主，由于自动焊、半自动焊设备运用难度大，而手工焊由于焊钳小，操作灵活便捷，因此宜采用手工下向焊的焊接方法。 三、长输管道主要焊接方法的优点： 由于长输管道焊接的方法较多，我们无法一一列举，这里仅对大多数企业主要采用的纤维素手工下向焊、药芯焊丝半自动下向焊（自保护半自动焊）这两种焊接方法的优点进行简单的分析。 1、纤维素手工下向焊的优点： 纤维素手工下向焊技术与传统的向上焊相比具有焊缝质量好，电弧吹力强、挺度大的特点，进行打底焊时可以单面焊双面成型。而且，纤维素焊条比普通低氢型焊条的熔化速度快、熔敷率高。在一些环境恶劣的地区，比如水网地

9、带，因空气湿度大，对焊材的烘干、保管、使用要求严格，而纤维素焊条比低氢型焊条在同等条件下气孔产生的倾向小；且水网地带限制了先进焊接技术的应用，自动焊、半自动焊设备运用难度大，而手工焊由于焊钳小，操作灵活便捷，可当首选的方法。 2、药芯焊丝半自动下向焊的优点： 药芯焊丝半自动下向焊具有生产效率高、焊接质量好、经济性好、适应性强、易于掌握等优点，且适用于各种位置的焊接。这种焊接方法的主要优点是： 1）、质量好：焊道的焊接缺陷通常产生于焊缝接头处。同等管径的钢管手工焊接头比半自动焊接头数要多数倍，采用半自动焊降低了缺陷的产生机率。由于药芯焊丝多为低氢型，因此可降低焊缝中的氢含量；同时，半自动焊热输入

10、高，可降低焊缝冷却速度，有助于氢的逸出及减少和防止出现冷裂纹。 2）、效率高：药芯焊丝把断续的焊接过程变成连续的生产方式，且半自动焊熔敷量大，比手工焊焊道少，熔化速度比纤维素下向焊提高15%20%，另外其焊后焊渣薄，脱渣容易，减少了层间的清渣时间。 3）、综合成本低：以公司海南长输项目5088.7mm的钢管焊接为例，正常一个机组有3名管工，7名电焊工，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。按照正常手工焊来看，一个岗点2名管工，1名电焊来算，同等条件下一天可 焊60寸/D。对比之下，同样焊接40道焊口至少减少6名焊工，21名管工，焊机也相应的减少了，因此综合成

11、本降低很多。 然而，药芯焊丝半自动下向焊的发展与进步依赖于焊机、对口器、送丝机构、行走机构等装备的技术成熟程度和焊材工艺性能的稳定性。但是，先进的半自动、甚至自动焊设备会大幅度提高焊接效率，尽管更新装备需投入大量资金，但在长输管道建设的高峰期，其市场回报率是可观的。只有拥有技术，方可拥有市场。 四、焊焊接方法的具体应用： 公司在不同的长输管道工程中采用了不同的焊接方法，在这里我们结合公司在海南的长输管道工程情况，简要介绍一下下向焊接方法的应用情况： 公司在海南承担了31公里天然气输气管道的施工任务，该管道规格为5086.4mm、5088.7mm、50810.1mm三种。在线路中，该管线要穿越2

12、条中型河流、2条铁路、1条国道、1条高速公路以及村庄、水道田、沼泽、山丘、沙地等地形，线路情况较为复杂。根据以往的施工经验，结合当地的各种条件，我们采用了手工下向焊结合半自动下向焊的焊接方法。之所以选择该方法，是因为手工下向焊结合半自动下向焊的焊接工艺具有显著的优越性。 1、手工下向焊结合半自动下向焊焊接工艺的优越性： 、互补性好。根焊采用纤维素焊条打底，可减少烧穿的可能性，并能达到单面焊双面成型的效果。根焊成型良好，能有效提高根焊合格率，弥补了半自动焊不能进行根焊的缺点。 、采用半自动下向焊进行盖面焊接，其焊缝成型美观，焊接合格率高。 、抗风能力强。在风速小于12米/秒时，不需要采取任何防护

13、措施，特别适用于野外作业。 、可连续送丝，焊接过程中起弧和收弧接头减少，降低了焊接缺陷产生的可能性。 、焊丝熔敷率高，药皮脱渣性好，焊接热输入量高，可降低焊缝冷却速度，有助于氢的逸出并减少和防止出现裂纹，生产效率约为手工电弧焊的58倍。 、焊接接头性能好。半自动焊焊层薄、焊层多，前一层起预热作用，后一层可延缓前一层的冷却速度，对减少焊接缺陷有利，可以提高焊接接头的力学性能。 、生产成本低。 2、焊接工艺参数的选用： 3、焊接前的准备： 、焊前布管时，应先按直径偏差进行级配后再布管，以减少相邻钢管组对时的错边量，提高组对速度和组对质量。 、焊缝的对接采用内对口器，并用砂轮机清除坡口及坡口两边20

14、30 mm内的内外壁上的杂物及氧化皮，将螺纹焊管管端的焊道按照规范错开，并将管端10 mm范围内的螺纹余高磨至与母材平，尾部呈30平缓过渡。 、采用火焰加热器预热，保证管口加热均匀，焊前用钢丝刷清除加热产生的氧化皮及烟尘，预热温度为100-200。冬季实际操作 时应高于该温度20-30，以保证施焊时所需温度，预热范围为坡口两侧各大于100 mm。 4、焊接时应该注意的事项： 、根焊采用纤维素焊条下向焊方法，填充焊和盖面焊均采用药芯焊丝半自动下向焊方法。该方法由于在根焊后用手工操作进行清根，清根后的焊道不规则，半自动焊填充时容易出现缺陷，主要是夹渣和未熔合。 、由于管径大，为保证焊接受热均匀，避

15、免因受热不均匀造成的错边量加大，施焊时需由2名焊工从12点位置对称向下施焊至6点位置。 、半自动焊起弧时，焊丝应伸出导电嘴50100 mm。重新起弧时应把伸出的焊丝剪掉，这样更容易起弧。焊接过程中应当保持焊丝的伸出长度，仰焊时可将焊丝伸出长度适当加长1020 mm，但不宜太长，以免因焊丝太长造成过热发红，使焊丝药芯的合金元素烧损，从而降低焊逢的力学性能。 、根焊与填充焊之间的时间间隔不宜超过5分钟，层间温度不小于100。 、填充焊道以低于母材0.5 mm为宜，焊丝在坡口内适当摆动，使坡口两侧融合良好，但不能破坏坡口。 、每层焊接结束后，需用砂轮机及钢丝刷将焊缝表面的焊渣及表面缺陷清除干净。 、

16、焊接初学者不宜采用热接法进行焊道接头的连接，尤其是根焊时应防止接头处造成夹渣及未焊透等缺陷，焊道接头处应用砂轮机磨削后再进行焊接。 、盖面焊接时适当摆动电弧，使坡口两侧母材充分熔化，以减少焊接缺陷，保证焊缝顺直，但不能摆动过大，避免造成焊缝中心凹 陷。收弧时应适当停留并拉长焊丝长度，可以缩小弧坑及减少收弧所造成的缺陷。 、半自动焊所用的药芯焊丝对焊接参数的要求高，尤其是对电压的精确度要求极为严格，误差在0.5V以内。焊工操作不当以及焊接参数匹配不当都容易产生气孔，尤其在面层焊接时更容易发生。焊工要掌握正确的焊接操作方法，逐步掌握各种工艺参数，以有效防止焊接缺陷的产生。 海南项目最初采用这种焊接

17、工艺时，由于焊工对焊接工艺参数的匹配没有完全掌握，对于焊接过程中的注意事项没有加以总结和重视，致使焊接合格率不高，焊接效率低下。通过一段时间的摸索，焊工逐渐掌握了焊接规范，合格率及工作效率均得到了较大的提高。工程完工时，总体焊接一次合格率达到了97.74；单机组工作效率最高达到了每天（有效工作时间8小时）焊接50道焊口，平均达到了每天焊接40道焊口，很好地降低了施工成本。 五、国外长输管道焊接现状： 1、在国外，科学的发展带动了焊接的技术进步。国际上大直径管道施工以自动焊接为主，其代表性的管道自动焊设备及工艺，当属美国crc-evans。无论焊接技术如何发展，根焊依然是最根本的问题，据了解，当

18、前配合自动焊的根焊方法主要有两种，一是内焊机，二是带铜垫对口器外焊根焊成型。内焊根焊由于设备十分复杂，易出现故障，为保证管道连续作业，往往要求内焊机有备用设备，同时加强设备现场维修设施、备件及高水平维修人员的配备，使施工成本增加。带内铜衬垫对口器外根焊成型工艺，已在国外很多管道上应用，尤其是在海洋管道上应用更为广泛，但该工艺的渗铜问题和内部成型有尖锐金属对通球扫线有影响的问题至今没有得到很好的解决。 2、闪光焊方法是前苏联为乌依连戈到西欧管道走廊（直径1.42米）工程研制的。该工艺在工程应用中出现两个问题，一是焊缝韧性 差，二是内侧焊道有毛刺。后经试验, 焊缝韧性问题可以通过焊后热处理进行解决

19、；内侧毛刺问题可以通过专用设备进行处理，但毛刺除去以后，在向外清理时，会损坏管道内减阻涂层。但是，闪光焊的优点也是明显的，那就是不用焊材、对坡口无要求、焊缝区（接头）窄。但设备庞大，不利搬迁，尤其地形复杂时很难推广，不过可以应用到没有内涂层、冲击韧性要求低的管道工程中。 3、埋弧焊双联管技术在西方国家，如中东、俄罗斯已经较普遍应用。在克拉斯诺达尔输油管道中应用该技术，大大减少了现场工作量。 4、气保护强制成型工艺在日本某些厂家进行过研究开发，但未见应用报道，预计难度在于固定管的全周向焊接上，难以预测其前景。 5、固定管的全周向埋弧焊，据了解欧洲有人涉足，但未见报道，其难度与气保护强制成型类似。 六、长输管道焊接技术应用前景： 瞻望国内长输