山区大口径长输管道焊接施工技术

山区大口径长输管道焊接施工技术摘要：针对山区区管道施工特特点，结合近近年来国内大大口径长输管管道对口及焊焊接技术，对对山区大口径径管道(川气东输管管道工程)焊接工艺、焊焊接设备和焊焊接材料、现现场对口及焊焊接施工、常常见焊接缺陷陷预防等技术术进行探讨。

关键词：山山区石方地段段

大口径管道

管口组对

焊接技术

一、山山区大口径长长输管道的现现场焊接特点点

由于地形起起伏较大，高高程变化频繁繁,施工中常会会遇到纵向坡坡度、横向坡坡度或叠加坡坡度；管道弯弯头、弯管较较多；施工作作业面狭窄,

管沟开挖难难度很大，一一般需要进行行岩石爆破；；可利用的现现成道路极少少，设备与材材料难以直接接运抵施工现现场。不大可可能按照平原原地段的程序序施工，需制制定合适的施施工工艺。

采采用大口径管管道高压输送送天然气时,

选用管材的的强度较高(材质为X70)，为保证可可焊性和冲击击韧性,需选用高质质量的焊接材材料和适宜的的焊接方法，来来保证焊接质质量,而管材、焊焊材、焊接工工艺以及焊接接设备等是影影响焊接质量量的关键因素素,应重点监控控。

二、焊接工工艺的选定

由由于自动焊技技术要求管子子全周对口均均匀,现场施工须须配备内对口口器、管端坡坡口整形机等等机具;为避免外界界气候的影响响，还需配备备防风棚,这些条件在在山区施工中中都很难满足足,因此本段不不考虑自动焊焊工艺。

1．根焊工艺艺

纤维素焊条条，具有极强强的造气功能能，电弧吹力力大，在全位位置焊接时熔熔滴向熔池稳稳定过渡，熔熔透能力和填填充间隙性能能好，对管子子的对口间隙隙要求不很严严格，焊缝背背面成形好，气气孔敏感性小小，容易获得得高质量的焊焊缝，适合打打底焊。

纤维维素焊条手工工电弧下向焊焊管口组对间间隙小，焊接接过程中采用用大电流、多多层、快速焊焊的方法来完完成，适合于于流水作业，焊焊接效率较高高。可用作主主线路根焊。

纤维素焊条手工电弧上向焊，采用息弧操作法完成，管口组对间隙较大,每层焊层厚度较大，可作为连头,返修根焊;

STT半自动焊通过精确的基值和峰值电流和电压控制熔滴过渡成型，焊接过程稳定，单面焊双面成型，焊接速度快、焊道光滑。但对口质量要求较高,抗风能力差，需采取防风措施。可用作山区段主线路根焊备选工艺。

2．填充、盖面焊工艺

低氢钾型，铁粉型低氢型焊条下向焊灵活简便、适应性强,熔敷效率、力学性能指标等均能满足要求，适用于坡度大等自动化率不高的场合,也适用于连头和返修等。

自保护药芯焊丝半自动焊熔敷效率高，综合成本低,焊丝的焊接工艺性能优良，电弧稳定，全位置成型好，抗风能力强，适宜野外施工。可用作山区段主线路的填充、盖面焊。

3.焊接工艺选择

根据以上分析,结合我单位西气东输焊接施工体会,在一般情况下，山区大口经长输管道主线路焊接以“纤维素型焊条手工根焊(下向)＋自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖面”

焊为主要焊接工艺,“STT半自动根焊＋自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖面”焊为辅助焊接工艺(备选);连头采用“纤维素型焊条手工上向焊根焊+

低氢焊条手工下向焊填充、盖面”和“纤维素型焊条手工上向焊根焊+

自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖面”两种焊接工艺;返修可采用“手工电弧上向焊

(E6010+E5515)”和“手工上向焊根焊+

手工下向焊填充、盖面(E6010+E8018G)”

两种焊接工艺。

纤维素焊条、自保护药芯焊丝含氢量高，现场焊接时线能量小，冷却速度快，会增加冷裂纹的敏感性，需采取必要的焊接措施，如焊前预热、限制根焊与填充焊时间间隔等。

4.

主线路焊接工艺参数(不作为焊接依据供参考)

焊接方法:

纤维素型焊条手工根焊＋自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖面焊接方向:

下向;

层间温度≥

80℃;

焊后热处理:

无;

根焊与填充焊时间间隔:

不大于10分钟

4.1

坡口型式:V形坡口，见5.1

图(1);

复合坡口型式见5.1图2。

4.2

焊接层数

:见表（1）

管壁厚（mm）

根焊（层）

热焊（层）

填充（层）

盖面（层）

17.5

1

1

3～5

1

4.3焊接工艺参数:

见表（2）

焊道

极性

焊材牌号

规格

（mm）

焊接电流（A）

焊接电压（V）

送丝速度in/min

焊接速度cm/min

根焊

DC-

伯乐E6010

φ4.0

85～125

25～33

8～15

热焊

DC-

赫伯特81N1

φ2.0

180～250

19～21

80～90

19～23

填充

DC-

赫伯特81N1

φ2.0

200～270

20～23

80～100

17～26

盖面

DC-

赫伯特81N1

φ2.0

220～250

20～23

85～95

17～22

DC表示焊条或焊丝接“-”

三、焊接设备的选型

焊接设备的选型应根据焊接工艺规程的要求进行,同时考虑施工环境和施工特点。大口径管道焊接采用流水作业，焊接工艺参数相对固定，焊接设备的选型具有多样性和灵活性,但焊机的性能应满足野外施工的使用要求，有较大裕量，故障率低，现场维修方便。

高纤维素型(E6010)焊条采用直流反接，一般的直流焊机如ZX7系列焊机(北京时代集团公司的ZX7-400B，济南奥太公司的ZX7-400ST等),

林肯公司的DC-400等可以满足要求。

铁粉低氢型焊条对弧焊设备的要求较低，一般的直流弧焊设备可满足要求。

CO2气保护焊根焊时,适用的焊机为林肯公司的STT型逆变电源+LN-742送丝机或林肯STT-Ⅱ电源，配STT-10型送丝机（由移动电站供电）。

自保护药芯焊丝半自动焊设备：DC—400弧焊电源＋LN—23P送丝机,四川熊谷ZD7-500电源+X6-90送丝机,

成都熊谷电焊机厂半自动逆变焊机DZ-700,米勒DU-OP双把焊手工/半自动焊机＋S—32P送丝机（自发电），也可选用四川成都熊谷便携式逆变手工/半自动焊机（由移动电站供电）。

四、焊接材料选择和使用

手工焊接宜用焊条的型号见下表,采用E6010焊条根焊,

其余焊道采用E8018-G

(返修可采用E5515)

。

表(3)

AWS型号

药皮类型

电流类型

焊芯直径mm

焊条长度mm

E6010

高纤维素型

直流反接

3.2/4.0

350

E8018-G

低氢钾型，铁粉型

交流或直流反接

3.2/4.0

350

E5515

低氢钠型

直流反接

3.2/4.0

350

半自动焊接采用E6010焊条根焊,其余焊道采用采用E71T8-Ni1自保护药芯焊丝

。

表(4)

线路工程使用焊材情况

焊材类别

焊材标准号

用途

纤维素型焊条

AWS

A

5.1

E6010

手工电弧焊根焊

AWS

A

5.5

E8010-G

手工电弧焊热焊

低氢型焊条

AWS

A

5.5

E8018-G

手工电弧焊填充焊、盖面焊

GB/T5118

E5515

手工电弧焊填充焊、盖面焊(返修)

自保护药芯焊丝

AWS

A

5.29

E71T8-Ni1

半自动焊填充焊、盖面焊

CO2气保护实芯焊丝

AWS

A

5.18

ER70S-G

STT半自动根焊

焊条使用前按使用说明书规定进行烘干，设专人负责，作好详细的烘干记录;

经烘干的低氢，应存入温度为100℃～150℃的恒温箱内，随用随取,现场使用的低氢型焊条，应存放在性能良好的保温筒内,并限领使用量,当天未用完的焊条应回收存放，

低氢型焊条重新烘干后首先使用，重新烘干次数不得超过两次;

焊丝不能烘干，应在干燥通风的室内存放，保持干燥。焊条如有偏心度大、药皮裂纹、脱落等影响焊接质量的现象，不得用于焊接。

五、对口施工

5.1

确定坡口型式

按设计文件和焊接工艺规程的规定选择管口组对的坡口型式。

①管端壁厚相等的对接接头坡口型式

图4

V型坡口

图5

复合型坡口

②管端壁厚不等的对接接头坡口型式

当外径相同，壁厚不同的管口进行对接时，按图

的方法进行坡口的过度加工。

5.2

加工坡口

当采用复合型坡口时,坡口加工宜在施工现场采用坡口机进行;采用V型坡口时，可直接使用；连头处可采用机械或火焰切割,切割时将管端不小于50mm宽的内涂层(有内涂层时)和管端150mm±5mm宽的外防腐层清除干净后进行操作。机械加工形成的卷边和钝边不符合要求时，应用锉刀或电动砂轮机清除整平

对于不同壁厚管材对接，按图3采用坡口加工机（具备加工内坡口功能）进行坡口的过度加工，用专用检具进行检查。

5.3对口施工

管口组对前按设计要求对钢管材质、规格和防腐层等级等进行最后复核，与现场使用要求相符,测量管口周长、直径，确保匹配对口。

①管内清扫：用专用清管工具（管道有内涂层时要有涂层保护作用）或压风机清除将管内脏物和杂物清扫干净。

②管口清理和修口：用棉纱、铲刀、汽油、电动钢丝刷、砂轮机清理管口内外表面，管端10mm范围内应无油污、铁锈、油漆和污垢，应露出金属本色。管口清理与组对焊接的间隔时间不宜超过2小时，以避免二次清口。

③管端螺旋焊缝或直缝余高打磨:管端部10mm范围内螺旋焊缝或直缝余高打磨掉，并平缓过渡,以防产生应力集中。

④错口校正:一般可采取对口器校正法、修口法、锤击法。其中锤击法校正应注意管子对口根焊后不准对管口进行锤击;对管端的轻度变形，可采用胀管器或千斤顶等机械方法矫正,矫正无效的管口和存在裂纹或分层的管口必须切除。千斤顶矫正法采用16吨的液压千斤顶，其工作原理如图5：

⑤平直段或坡度小于10度地段对口施工:

标出管长的中心线，采用2台吊管平稳吊管,

使用内对口器对口，每个管子下面应设置1-2个管墩，管底与地面的距离为0.4-0.5m。管墩可用土筑并压实或用装填软土的草袋堆筑;人工微调使错变量均匀分布在圆周上，对口合格后开始根焊,在根焊完成后移动对口器，为防止由于受力造成根焊开裂，可以在热焊焊完之后撤对口器,移动对口器时，管子应保持平衡;

⑥坡度在22度以下时,采用吊管机控管,

稳妥地使管子就位在管墩,再用10T手拉葫芦并配有适当的机械设备进行调整，使用外对口器对口,按自下而上的顺序对口;

⑦坡度在22度以上时,可采用四步架、10T手拉葫芦、千斤顶及适当的机械设施使管子就位在管墩,

再用10T手拉葫芦并配有适当的机械设备进行调整，使用外对口器对口;

对口合格后开始根焊,

在根焊焊完管周长一半且分布均匀后方可谨慎拆掉外对口器。外对口器对口见图14。

可将移动电站停放在靠近组对焊接位置，加长电源线，将焊机取下抬至沟边，进行管道的焊接作业;

⑧在连头、弯管（弯头）时采用外对口器对口,由于曲线段组对更困难,

有时不得不用用吊车、挖沟机强行组对强制对口,内应力大，为避免或减轻强制对口,特别是在沟下的连头、弯管（弯头）处加大管沟的宽度,为对口预留足够的空间;

六、焊接施工

焊接施工前，按业主提供的焊接工艺规程,根据施工地段特点、施工技术和装备等情况，选择与管线壁厚和焊接方法相适应的焊接工艺规程。

山区大口径管道宜采半自动焊焊接工艺（

手工下向焊根焊＋自保护药芯半自动焊填充盖面）进行主管线的焊接。

焊接准备

①被焊接表面应均匀、光滑，不得有起鳞、磨损、铁锈、渣垢、油脂和其他影响焊接质量的有害物质；管内外表面坡口两侧25mm范围内应清理至显现金属光泽。

②按焊接工艺规程要求调整好焊接参数，包括：电压、电流、焊速、保护气体流量、电源极性、送丝速度、提前送气和延迟停气的时间、干伸长度、电弧的摆幅、摆频和良好的停留时间等。

③焊接前，准备好加热器、测温计、保温被以及焊工使用的焊梯、焊台、隔热胶皮板等辅助工具，保证焊接工作顺利进行。

④焊接地线尽量靠近焊接区，采用自制卡具将地线与管表面接触牢固，避免产生电弧伤害母材。

焊前预热

①根据焊接工艺规程规定的温度进行焊前预热；可采用环形火焰加热器、电伴热加热或中频加热方法进行预热。如果预热温度偏低，不利于降低钢材的淬硬程度、延缓焊缝的冷却速度,不利于氢的逸出和改善应力条件、降低接头的延迟裂纹倾向;

但若层间温度过高或预热温度过高，易引起过热或产生接头塑性和冲击功的下降。

②当焊接两种具有不同预热要求的材料时，应以预热温度要求较高的材料为准；

③预热宽度应为坡口两侧各50mm,均匀加热，使用红外线测温仪等测温工具测量。预热热源撤走后，尽快开始焊接。

管道焊接

①根焊焊道由2～3名焊工在管口同时起弧，由上向下施焊，根焊道必须焊透，表面成形好。相邻两层的接头点不得重叠，应错开30mm以上；由于第二层的热焊熔池较浅，不易将熔渣折出，根焊完成后，应修磨清理根焊道；为避免地线打火产生弧坑，采用特制的接地线，形式如下：

②梅层焊道和每道焊口应连续焊完，中间不应中断，在熔池未冷却前，进行下一层施焊(或下道焊接)，根热焊间隔时间不易超过10min;

采用直线运条方式进行热焊,将焊丝干伸长调整到合适长度，使用直接短路引弧法进行引弧，在焊接过程中，焊丝不摆动；层间温度达不到要求，应重新加热；为避免熔池液体金属外溢，仰焊时应采用低速焊接

③层间焊道上的焊渣，在下一步焊接前清除干净；填充焊接时，由于坡口宽度的增加，焊丝要作适当的摆动，为避免发生熔池满溢、气孔和夹渣等缺陷，焊接速度要控制适当，以保持熔池前移；填充焊应有足够的焊层，盖面焊后，完成焊缝的横断面在整个焊口上均匀一致；盖帽焊前坡口应填满，剩余坡口深度控制在1.6mm以内，盖帽焊接的送丝速度应与填充焊的相同或略低一些。

④流水作业时，当天未完焊道至少焊三遍；

⑤在焊接作业中，焊工应对自己所焊的焊道进行自检和修补工作。每处修补长度不小于30mm；

⑥对需要后热或热处理的焊缝，应按焊接工艺规程的规定进行后热和热处理。需缓冷焊缝，焊后不允许立即清除药皮，待缓冷结束后，方可清除药皮和修补。焊后缓冷多采用复合型缓冷装置，即由耐热材料、保温材料、保护层等组成,

将完成的焊口趁热裹上石棉被并盖上毛毡，用橡皮带捆紧，保温时间在半小时以。具体形式如下图

图22

保暖结构

⑦每日下班前应将管线端部管口临时封堵好，防止异物进入。临时封堵装置可利用机械式、套筒式、收缩套堵板式等。沟下焊管线还应注意防水。

⑧焊接完成后用记号笔写在距焊口(油、气流动方向下游)1m处防腐层表面，并同时作好焊接记录。焊口标记为：“施工图号-桩号-焊口号-施工单位简写-机组号”

特殊环境条件下的焊接：

①环境风速较大(低氢型焊条电弧焊，风速大于5m/s,酸性焊条电弧焊，风速大于8m/s；自保护药芯焊丝半自动焊，风速大于8m/s)

时:采取有效的防风措

施进行焊接区域的防护;

②大气相对湿度大于90%:采取加热措施将管口烘干，同时启动防风棚内的除湿机;

在小雨天焊接时，设防雨棚，操作人员戴干燥手套，防止触电，焊接完成后，焊口温度降至室温时才拆去防雨棚;

雨后地面潮湿时，设置地面隔离垫，防止地下返潮，避免焊接操作时人与地面接触,

焊接使用的材料严格按要求烘干，存放在保温筒中，随用随取，并将保温筒通电盖好;

③环境温度略低于5℃时，缩短层间间隔时间和保证层间温度，根焊和热焊的间隔时间不应超过5min,

保证预热温度和层间温度为规程的上限温度,并增加专用加热烤把及检测工具,采用中频感应加热器，增加防风棚，以保证局部范围的温度场,焊后保温缓冷，现场焊接完成后，立即用石棉被将焊口包裹好，当焊口区温度降至环境温度时，方可将保温被拆除。

焊缝检查：

焊缝应先进行外观检查，外观检查合格后方可进行无损检测。

外观检验：

用目视法焊接检验尺检查焊缝表面成型质量

①焊缝外观成型均匀一致，焊缝及其热影响区表面上不得有裂纹、未熔合、气孔、夹渣、飞溅、夹具焊点等缺陷。

②焊缝表面不应低于母材表面，焊缝余高一般不应超过2mm，局部不得超过3mm，余高超过3mm时，应进行打磨，打磨后应与母材圆滑过渡，但不得伤及母材。

③焊缝表面宽度每侧应比坡口表面宽0.5mm～2mm。

④

咬边检查:

深度大于0.8mm或大于12.5%管壁厚(取二者中的较小值),

任何长度均不合格;

深度大于6%～12.5%的管壁厚或大于0.4mm(取二者中的较小值),

在焊缝任何300mm连续长度上不超过50mm或焊缝长度的1/6(取二者中的较小值);

深度小于或等于0.4mm或小于或等于6%的管壁厚(取二者中的较小值)

任何长度均为合格;

无损检测：

由业主委托的第三方检测机构按设计要求的比例和标准进行,并将检测的结果报监理单位和施工单位。

焊缝返修：

采用手工电弧焊返修工艺:手工上向焊根焊+手工上(下)向焊填充盖面

。

①返修焊接应在监理人员的监督下，由具备返修资格的焊工依照返修焊接工艺规程进行返修。根据无损检测结果，由检验人员和参加返修的焊工用记号笔对缺陷部位作出标记，并确定缺陷的性质、尺寸。用砂轮机彻底清除缺陷,

每处修补的长度应大于50mm。相邻两修补处的距离小于50mm时，按一处缺陷进行修补，缺陷返修完成后，无损检测同主体焊接。返修执行业主批准的返修工艺和返修技术要求。

②非裂纹性缺陷:

使用评定合格的返修焊接工艺规程直接返修。

③裂纹性缺陷:

当裂纹长度小于焊缝长度的8%时，应使用评定合格的返修焊接规程进行返修。当裂纹长度大于8%时带裂纹的焊缝必须从管线上切除。

④焊缝在同一部位的返修，不得超过2次。根部只允许返修一次，否则应将该焊缝切除。返修后，按原标准检测。

管道连头

采用手工上向焊根焊＋自保护药芯半自动焊填充盖面焊接工艺进行连头焊接(也可采用手工上向焊根焊+手工下向焊填充盖面工艺),

管道连头是指对施工中因穿跨越、阀室、清管、测径、试压、管道转角等处因施工技术要求的限制而预留的管口进行焊接。曲线段组对更困难，由于强制组对内应力大,

应避免连头处设在曲线段,地质不良时应加设防护装置。

①作业坑开挖:

连头前将两连头管端之间管沟开挖出来，每个连头处连死头的两个点开挖作业坑，作业坑开挖坡比为1：0.75，坑深一般地段为3米，基它地段根据情况加深