許超

【摘 要】 本文就我國(guó)管道建設(shè)中焊接新技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)要的概述，隨著我國(guó)能源工業(yè)的快速發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的調(diào)整，我國(guó)管道建設(shè)越來(lái)越趨向于長(zhǎng)距 離、高工作壓力大口徑、厚壁化的方向發(fā)展，這就需要我們應(yīng)用焊接新技術(shù)、新方法以及新材料來(lái)保證環(huán)焊接的強(qiáng)韌性。同時(shí)數(shù)字電源、氣保護(hù)藥芯焊絲、金屬粉芯焊絲等新技術(shù)的成功應(yīng)用，將我國(guó)管道焊接技術(shù)的深入發(fā)展推到一個(gè)新的高度。

【關(guān)鍵詞】 焊接技術(shù)；管道建設(shè)；焊接裂紋

一、 我國(guó)管道焊接施工面臨的主要問(wèn)題

隨著管道網(wǎng)絡(luò)輸送量和距離的不斷加大，石油天然氣管道朝著耐高壓、大直徑長(zhǎng)輸管道方向發(fā)展。同時(shí)管道材料的強(qiáng)度韌性以及施工地域環(huán)境難度越來(lái)越高，這對(duì)焊接技術(shù)有了新的要求。

（一）我國(guó)管道焊接使用方法使用材料的發(fā)展落后

雖然我國(guó)高鋼線鋼管的起步比較晚，但研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的速度快，但是與鋼管的發(fā)展相比，焊接材料的的發(fā)展則相對(duì)比較滯后。在我國(guó)管道焊接工程的建設(shè)中，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)焊縫的焊接材料在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，都是以進(jìn)口焊接材料為主，大大加劇了我國(guó)管道焊接工藝的工程造價(jià)。雖然我國(guó)在近幾年的焊接產(chǎn)品研發(fā)中，相繼研發(fā)了管道專用的纖維素焊條和保護(hù)藥芯焊絲等等但是其應(yīng)用范圍比較小，嚴(yán)重制約了我國(guó)管道建設(shè)的發(fā)展。

（二）我國(guó)管道建設(shè)的焊接工藝仍以半自動(dòng)化焊為主

由于我國(guó)地形地貌復(fù)雜，在全國(guó)各地的管道建設(shè)作業(yè)中，一條長(zhǎng)輸管道會(huì)遇到各種各樣的地貌和氣候環(huán)境。為適應(yīng)各種不同的焊接環(huán)境，要選用不同的焊接施工工藝。目前我國(guó)80%的管道環(huán)焊縫都是采用自保護(hù)芯焊絲半自動(dòng)化方法進(jìn)行焊接的，自動(dòng)化程度低。

（三）管道現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)焊縫的焊接成為高強(qiáng)度管線剛的發(fā)展瓶頸

由于管線鋼屬于C微合金控軋及加速冷卻的產(chǎn)物，具有良好的力學(xué)性能。但焊縫是有電弧融化凝固的“鑄態(tài)”組織，焊縫后與的韌性與TM-CP處理過(guò)的鋼管相比而言，比較差，與母材韌性匹配具有相當(dāng)大的困難。隨著管線鋼強(qiáng)調(diào)級(jí)別的不短提高，環(huán)焊接頭實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的匹配愈加困難。所以，隨著管線鋼強(qiáng)度的不短提高，高韌性、高強(qiáng)度的焊接材料的制造業(yè)越來(lái)與困難。因此，管道環(huán)焊縫的焊接成為管線鋼發(fā)展的主要制約因素。

二、 常用焊接工藝的局限性與優(yōu)越性

隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)管道焊接技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了焊條電弧上向焊法、焊條電弧向下焊法、自然保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)化下向焊法和自動(dòng)化焊法主要機(jī)構(gòu)經(jīng)歷過(guò)程。目前常用的焊接工藝主要有兩種：纖維素型焊條下向電弧根焊，自保護(hù)藥芯焊絲下向半自動(dòng)化電弧焊充填蓋面；溶化極氣體保護(hù)下向自動(dòng)焊根焊填充和蓋面兩種焊接形式。

（一）纖維素型焊條下向電弧根焊，自保護(hù)藥芯焊絲下向半自動(dòng)電弧焊填充蓋面工藝。

纖維素型焊條電弧的吹力大，焊接工藝性能優(yōu)，比較適合于單面焊雙面成型的根部焊接。而自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊操作靈活，熔敷率比較高，焊工容易掌握。該工藝的焊接參數(shù)見(jiàn)圖一。

但是該焊接工藝在應(yīng)用中并不普遍，僅在像中國(guó)、俄羅斯、印度等發(fā)展中國(guó)家應(yīng)用，但是隨著管道輸送壓力和鋼管強(qiáng)度級(jí)別的不斷提高，對(duì)環(huán)焊縫的工藝水平提出了更高更嚴(yán)的要求，所以適用的自保護(hù)藥芯焊絲產(chǎn)品的生產(chǎn)難度越來(lái)越大。

（二）熔化極（GMAW—實(shí)心焊絲）氣保護(hù)焊時(shí)對(duì)焊接區(qū)域保護(hù)方便簡(jiǎn)單，且易操作，施工效率高，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化全位焊接，因此，在長(zhǎng)輸管道焊接中被廣泛推廣。自動(dòng)焊焊接效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，焊接施工過(guò)程穩(wěn)定，因而工程造價(jià)成本低，并且適用于平坦地面規(guī)?；魉鳂I(yè)。GMAW自動(dòng)焊工藝參數(shù)見(jiàn)圖二。2

由于熔化極自動(dòng)焊施工工藝對(duì)坡口以及管口組對(duì)要求比較嚴(yán)格。假若坡口形式以及管口組對(duì)的精確度不夠，焊接施工中容易造成燒穿、或焊接不實(shí)等缺陷。由于氣體保護(hù)焊方法的抗風(fēng)能力弱，所以自動(dòng)化焊接施工應(yīng)該在防風(fēng)棚內(nèi)進(jìn)行。受上述因素影響，自動(dòng)焊接施工的占地面積比較大，且焊接機(jī)組工作磨合期較長(zhǎng)都成了限制管道自動(dòng)焊方法大范圍推廣的主要原因。

三、 焊接新技術(shù)在西氣東輸二線X80管道建設(shè)中的應(yīng)用

西氣東輸二線管道工程全長(zhǎng)近9000km，其中有1條主干線和8條支干線。其干線管道鋼管的強(qiáng)度等級(jí)是X80，外徑為1219mm。工程西段的管線壁厚為18.4-33mm，設(shè)計(jì)壓力為12MPa；東段管線壁厚15.3-26.4mm，設(shè)計(jì)壓力為10MPa。其采用的焊接新技術(shù)有以下幾方面。

（一）根焊采用低氫型焊接法（根焊主要有STT和RMD兩種）

焊接技術(shù)通過(guò)數(shù)字芯片來(lái)控制電壓與電流。焊接材料選用實(shí)心焊絲，通過(guò)采用二氧化碳為保護(hù)氣體。將焊接參數(shù)設(shè)定在焊機(jī)的面板上完成。RMD根焊工藝基于美國(guó)Miller公司的一種單面焊雙面成型的專利工藝。焊接的設(shè)備為PipePro450焊接電源，以金屬粉芯為焊接材料，使用含量20%二氧化碳和80%氬混合氣體作為保護(hù)氣體，設(shè)定焊接參數(shù)，使用焊機(jī)面便控制鈕微調(diào)焊接參數(shù)進(jìn)行焊接施工。

STT和RMD根焊技術(shù)的工作原理。在檢測(cè)焊絲與溶池連接短路后，較大的電流容易時(shí)小球頂鍛受到擠壓，造成小球柔和過(guò)度。因此在兩種根焊當(dāng)中要求對(duì)電流做精準(zhǔn)的控制從而降低焊接熱量，減少焊芯飛濺和浪費(fèi)，提高焊接效率和焊接質(zhì)量。

（二）應(yīng)用保護(hù)藥芯焊絲和金屬粉芯焊絲等焊接材料

西氣東輸二線工程中使用了自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊、氣保護(hù)藥芯焊絲自動(dòng)焊和氣保護(hù)金屬粉芯自動(dòng)焊等工藝。由于金屬粉芯焊絲和藥芯焊絲的制造工藝相同，均為低C剛且具有延展性的材料作為薄鋼外皮，制成的鋼管。但藥芯材料不同焊接時(shí)是否需要保護(hù)氣體輔助焊接。

隨著油氣管線鋼管的強(qiáng)度和硬度不斷提高，對(duì)其焊接質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。金屬粉芯焊絲、合金過(guò)度及制造工藝相對(duì)容易，因此這種保護(hù)藥芯焊絲與金屬粉芯焊絲等的焊接材料將成為產(chǎn)業(yè)新的發(fā)展方向。

（三）自動(dòng)焊技術(shù)

在西氣東輸工程中采用實(shí)心焊接材料和保護(hù)藥芯焊絲并應(yīng)用單焊炬自動(dòng)焊與雙焊技術(shù)。其中雙焊炬自動(dòng)焊，氣保護(hù)藥芯自動(dòng)焊工藝在我國(guó)首次應(yīng)用。

在新時(shí)期，由于我國(guó)能源結(jié)構(gòu)改革的不短深化改革，我國(guó)不斷豐富能源進(jìn)口渠道，把我國(guó)新一輪的管道建設(shè)推向一個(gè)新的階段。隨著油氣管道建設(shè)不斷向長(zhǎng)距離、高壓力、鋼管韌度和強(qiáng)度不短升級(jí)的方向發(fā)展，對(duì)國(guó)內(nèi)環(huán)焊接頭的綜合性能提出了更高的要求。另外，油氣輸送管道焊接的現(xiàn)場(chǎng)情況越來(lái)越復(fù)雜化，為獲得施工的高效率和高質(zhì)量，數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化控制將是油氣輸送管道焊接的重要發(fā)展趨勢(shì)。不斷研發(fā)高質(zhì)量的焊接材料和與之匹配的高效高質(zhì)的焊接方法是應(yīng)對(duì)這一趨勢(shì)的重要出路。

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