朱新昭

摘要：介紹了國內(nèi)油氣長輸管道焊接的發(fā)展?fàn)顩r及常見的焊接工藝和方法，重點(diǎn)介紹了國內(nèi)的半自動焊和自動焊系統(tǒng)，說明了選擇焊接的方法，最后分析了焊接工藝方法的發(fā)展趨勢，指出了半自動焊和自動焊技術(shù)的應(yīng)用將越來越廣泛。

關(guān)鍵詞：長輸管道 焊接工藝方法 手工下向焊 半自動焊 自動焊

1.引言

管道運(yùn)輸是一種大規(guī)模而經(jīng)濟(jì)的石油、天然氣的輸送方式。隨著石油和天然氣工業(yè)的發(fā)展，管道輸送油氣以其安全、經(jīng)濟(jì)、專能、高效而飛速發(fā)展。長距離、大管徑、高壓力已占據(jù)陸上油氣輸送管道的重要地位。管道不只是用來輸送石油和天然氣，還有氧氣、CO₂等、液氨、乙烯、礦漿等介質(zhì)。據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)家測算，在公路、鐵路、海運(yùn)、空運(yùn)和管道這五大運(yùn)輸方式中，管道運(yùn)輸被認(rèn)為是最為經(jīng)濟(jì)、簡單的一種運(yùn)輸方式，特別是對于石油、天然氣等流體來說更為有效。由于油氣管線飛速建設(shè)的需要，管道焊接工藝方法、焊接設(shè)備、焊接材料也相應(yīng)得到了很大發(fā)展。

2.國內(nèi)油氣管線常用的焊接工藝

2. 1目前管道焊接的施工工藝

2.1.1手工電弧焊。由于手工焊的靈活性以及焊接設(shè)備要求不高等原因，目前，對于室外管線的焊接，手工電弧焊的工作量仍約占一半。

2.1.2纖維素下向焊接工藝。纖維素下向焊接工藝是國內(nèi)外普遍采用的一種焊接工藝，應(yīng)用于包括鋼材為X70 以下的所有薄壁大口徑管道焊接。焊接速度快，根焊性能好，焊縫射線探傷合格率高，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良。

2.1.3低氫型立下向焊條焊接。該工藝與纖維素下向焊接工藝相比，根焊速度較慢，主要用于氣候條件極端惡劣，輸送酸性氣體及高含硫油氣介質(zhì)，對低溫韌性要求較高的管道或者厚壁管的焊接。

2.1.4立下向纖維素焊條打底焊，CO₂氣保焊填充蓋面。由于CO₂焊生產(chǎn)率高、成本低，不斷得到推廣和應(yīng)用，但對油氣管道要實(shí)現(xiàn)全位置焊接，必須在較小的電流范圍內(nèi)，用短路過渡形式完成，而短路過渡方式用于打底焊易出現(xiàn)未焊透等缺陷。因此，采用立下向纖維素焊條打底實(shí)現(xiàn)單面焊，背面成型，然后再用效率高的CO₂氣保焊填充面。

2.1.5自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊。自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊靠藥芯產(chǎn)生的氣體保護(hù)，抗風(fēng)性好，可用于X70、X80 等管道的高熔敷率的全位置焊。但該方法在打底焊時，焊根易出現(xiàn)未熔合的缺陷。

2.1.6高性能焊機(jī)的CO₂氣體保護(hù)半自動或全自動焊。目前，國外相繼生產(chǎn)了對焊接電流和電壓波形進(jìn)行適時控制或?qū)敵鎏匦赃M(jìn)行電能控制的高性能電源?；诤附釉O(shè)備性能的提高，使得管道半自動及全自動CO₂氣保焊得以很好實(shí)現(xiàn)，這就大大提高了焊接效率和焊接質(zhì)量。此外，在工廠內(nèi)進(jìn)行管道焊接也采用自動TIG焊，該方法質(zhì)量好，但生產(chǎn)效率低。

2. 2長輸管道焊接方法

2.2.1國內(nèi)外長輸油氣管線常用焊接工藝

隨著社會技術(shù)進(jìn)步，長輸管道焊接技術(shù)也在逐步提高。二十世紀(jì)七、八十年代我國管線的焊接主要以傳統(tǒng)手工焊上向焊、下向纖維素焊條手工焊為主，由于這些方法為手工操作，因此效率低，且焊接質(zhì)量也受到了人工技能水平的制約。八十年代中期，由于電力、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，焊接設(shè)備的控制技術(shù)進(jìn)入智能化時代，因此為管道焊接自動化新設(shè)備、新工藝的成功實(shí)施創(chuàng)造了條件，相繼出現(xiàn)了半自動焊和全自動焊，使管道的焊接效率和焊接質(zhì)量有了很大提高。

2.2.2下向焊條電弧焊

20世紀(jì)80年代初，由管道三公司在秦京線林南倉煤礦改線工程試驗(yàn)下向焊工藝成功后，在以后的中滄輸氣管線、內(nèi)蒙的達(dá)哈線、突尼斯工程的前半期、鄯烏線、陜京線、西氣東輸、甬滬寧管線、西南成品油管線等工程上使用了此工藝數(shù)十年。手工下向焊接方法的焊接特點(diǎn):在管道水平放置固定不動的情況下，焊接熱源從頂部中心開始垂直下向焊接，一直到底部中心。下向焊條以其獨(dú)特的藥皮配方設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)上向焊焊條相比，具有電弧吹力大，焊接熔深大，打底焊時可以單面焊雙面成型，焊條融化速度快，熔敷效率高等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是根焊難以看到熔池，頻繁起弧和熄弧，在起和熄弧點(diǎn)易產(chǎn)生未焊透、未熔合等缺陷；施焊中間需要換焊條，耽誤時間。但相對于自動焊，克服了在野外較差的自然條件下使用設(shè)備復(fù)雜、操作不便的不足。因此，下向焊以其焊接質(zhì)量好、焊接速度快等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于焊接工程，尤其是大直徑薄壁長輸管道的焊接。

2.2.3自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊

20世紀(jì)90年代初，管道局從美國引進(jìn)了自保護(hù)半自動焊設(shè)備和工藝。經(jīng)過培訓(xùn)，將該工藝于1995年首次在突尼斯工程中應(yīng)用，在以后的庫鄯線、澀寧蘭、蘭成渝、西氣東輸、蘇丹輸油管道等工程和正在施工的川氣東送管道工程、西氣東輸二線、榆濟(jì)輸氣管道等工程中均采用了纖維素型焊條手工下向焊根焊，自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊填充、蓋面的焊接方法。目前，國內(nèi)一般和該工藝組合使用的根焊工藝：采用纖維素焊條下向焊或STT完成根焊。該工藝主要適用于管徑較大的油氣管道，管徑愈大愈能發(fā)揮半自動焊的優(yōu)點(diǎn)。半自動焊借助于設(shè)備進(jìn)行焊接，但設(shè)備只負(fù)責(zé)填充金屬的供給，焊接速度由焊工控制。半自動焊的優(yōu)點(diǎn)是勞動強(qiáng)度低，工作效率高，焊接質(zhì)量優(yōu)，綜合成本低。焊接熔敷效率高，全位置焊接成型好，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，是目前管道施工的一種重要的焊接工藝方法。

2.2.4全位置自動焊

20世紀(jì)60年代，國際上就開始在管道工程中應(yīng)用自動焊技術(shù)，自動焊技術(shù)適用于大口徑、大壁厚管道。自動焊技術(shù)在國內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用是在西氣東輸管道工程中。該工藝主要是采用自動焊機(jī)頭以實(shí)芯焊絲為焊材，利用CO₂氣體或CO₂和Ar氣的混合氣體做保護(hù)氣體的一種焊接工藝方法。本工藝優(yōu)點(diǎn)：大機(jī)組流水作業(yè)，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，操作簡便，焊縫外觀成型美觀；減少焊工的勞動強(qiáng)度；焊接施工效率比半自動焊高。缺點(diǎn)：對管道坡口、對口質(zhì)量要求高；坡口型式要求嚴(yán)格；受外界氣候的影響較大，要求風(fēng)速<2m/s，這也是氣體保護(hù)焊的普遍問題；邊遠(yuǎn)地區(qū)氣源運(yùn)輸困難；由于設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自動化程度高，輔助設(shè)備比較多，搬遷較為困難；在管道施工過程中設(shè)備故障較多，設(shè)備需要配備備件和高技術(shù)水平的維修人員。該工藝主要適用于管徑大、管壁厚的油氣管道焊接，目前，正在施工的西氣東輸二線工程也使用了該焊接工藝。

3.焊接方法的選擇

3.1焊接方法的選擇原則:就是選擇一種費(fèi)用最低而又能最大限度地提高生產(chǎn)率，并且能滿足質(zhì)量要求的焊接方法，其指標(biāo)包括焊接方法的技術(shù)可行性、與施工預(yù)定速度的一致性、項(xiàng)目組織方案實(shí)現(xiàn)的可能性、焊接方法的能量效益和經(jīng)濟(jì)效益，這些指標(biāo)在管道施工中的差別很大，在施工中就是要選擇一種經(jīng)濟(jì)有效的焊接方法。

3.2選擇焊接方法應(yīng)考慮的因素包括管子直徑、壁厚、管子級別、設(shè)計(jì)條件、管道長度以及施工地點(diǎn)等。

3.3直徑和壁厚主要影響長輸管道手工下向焊和(半) 自動焊方法的選擇。當(dāng)管徑達(dá)到某一范圍時，可以考慮從手工焊改為(半) 自動焊。對大口徑管道而言，壁厚同樣在很大程度上影響著焊接方法的選擇。對于大口徑、大壁厚的管道而言，自動焊應(yīng)該作為優(yōu)先的選擇。

3.4如果管道設(shè)計(jì)用于輸送酸性介質(zhì)，或者對焊縫質(zhì)量有較高的韌性要求，需要認(rèn)真考慮焊接方法，采取的焊接工藝要得到允許。

3.5一般認(rèn)為，手工下向焊可用于焊接X70 等級以下的管道，并且實(shí)踐證明也是成功的。對于X70 等級以上的管道，為了保證焊接質(zhì)量和較高的韌性條件，需要考慮其他的焊接方法。

3.6在野外施工中，管道自動焊能夠使焊接工人從野外鋪設(shè)管道比較繁重、惡劣的工作條件中解脫出來。

4.焊接技術(shù)的發(fā)展

受管道設(shè)計(jì)條件及國內(nèi)制管機(jī)組等的限制，國內(nèi)建設(shè)的長輸管道焊接方法以往絕大部分選用手工下向焊。目前，國內(nèi)的手工下向焊焊接技術(shù)工藝非常成熟，焊工資源充足。隨著西氣東輸、川氣東送、西氣東輸二線等大型管道工程的建設(shè)，傳統(tǒng)的焊接工藝已不能適應(yīng)長距離輸運(yùn)管道施工的需要，已被半、全自動焊焊接工藝所代替。目前藥芯焊絲半自動焊以焊接合格率和生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢，在我國大、中型直徑長距離輸運(yùn)管道建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。由于市場對長距離、大口徑、重壁厚管線的施工需求的增加，必然驅(qū)動自動焊系統(tǒng)的發(fā)展。隨著自動焊系統(tǒng)的頻繁應(yīng)用，熟練勞動力隊(duì)伍不斷擴(kuò)大，啟動費(fèi)用將減少，工時減少、效率增加、質(zhì)量提高、操作簡化等特點(diǎn)將增加人們對各種自動焊的興趣與使用。隨著電力供應(yīng)的改善以及電腦系統(tǒng)不斷適應(yīng)現(xiàn)場焊接，自動焊將成為管線施工的主要焊接方式?！?/p>