隋永莉

(中國(guó)石油天然氣管道科學(xué)研究院油氣管道輸送安全國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，河北 廊坊 065000)

0 前言

截至2013年底，我國(guó)已建成長(zhǎng)輸油氣管道總里程達(dá)10.6萬km，覆蓋31個(gè)省區(qū)市和特別行政區(qū)，使近10億人口受益。其中，天然氣管道6萬km，原油管道2.6萬km，成品油管道2萬km。至此，我國(guó)形成了橫跨東西、縱貫?zāi)媳薄⑦B通海外的油氣管網(wǎng)格局，成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和造福民生的能源動(dòng)脈。長(zhǎng)輸油氣管道的輸量和運(yùn)距都不斷增加，管道建設(shè)越來越多地使用大口徑(如1 016 mm、1 219 mm)、高強(qiáng)韌性(如X70、X80)的管線鋼管。高強(qiáng)度管線鋼是低碳微合金控軋控冷的產(chǎn)物，在我國(guó)研究開發(fā)和應(yīng)用起步較晚，但發(fā)展速度較快，現(xiàn)已開發(fā)出X70、X80、X90和X100等強(qiáng)度等級(jí)的管線鋼管，且在化學(xué)成分設(shè)計(jì)、合金含量控制、軋制工藝和鋼管制造等方面日益完善，并在解決焊接冷裂紋和焊接熱影響區(qū)(HAZ)脆化等方面優(yōu)勢(shì)明顯。

與管線鋼管的快速發(fā)展相比，相應(yīng)的焊接技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用則相對(duì)滯后，環(huán)焊縫焊接在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都是以纖維素焊條手工焊和自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊為主。2001年西氣東輸管道工程建設(shè)期間，我國(guó)開始推廣應(yīng)用管道自動(dòng)焊技術(shù)，至今采用引進(jìn)的國(guó)外設(shè)備和研發(fā)的國(guó)產(chǎn)設(shè)備累計(jì)焊接管道長(zhǎng)度約2 600 km，占我國(guó)自2000年以來管道建設(shè)總里程不足10%。

1 我國(guó)管線鋼管的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 管線鋼管的發(fā)展

在20世紀(jì)50年代～70年代，我國(guó)管道建設(shè)用鋼管主要為Q235和16Mn，其焊接性較差。1971年根據(jù)工程建設(shè)需要，我國(guó)與日本簽訂了TSK52管線鋼的訂貨協(xié)議，并在以后的近二十年時(shí)間內(nèi)從日本進(jìn)口了數(shù)百萬噸的TSK52鋼板用于石油天然氣管道建設(shè)。管道工程界稱這種管線鋼板為“日本16Mn”。

20世紀(jì)90年代，面臨大規(guī)模建設(shè)高壓輸送管道的形勢(shì)，開始考慮管線鋼生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)化。我國(guó)管道技術(shù)人員赴日考察時(shí)發(fā)現(xiàn)，TSK52管線鋼就是API標(biāo)準(zhǔn)的控制軋制微合金化管線鋼。我國(guó)在美國(guó)石油學(xué)會(huì)(API)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上重新修訂了石油天然氣輸送管線鋼訂貨標(biāo)準(zhǔn)，并在“八五”期間開展了冶金和石油系統(tǒng)的聯(lián)合攻關(guān)，成功研制和開發(fā)了X52～X65管線鋼。20世紀(jì)90年代建設(shè)的鄯烏輸氣管線、陜京輸氣管線和庫鄯輸油管線，采用的熱軋板卷就是由國(guó)內(nèi)兩個(gè)鋼廠生產(chǎn)的X52、X60和X65。目前我國(guó)超過十家鋼廠具有生產(chǎn)管線鋼的能力，但限于原料、裝備和技術(shù)水平的不同，其性能指標(biāo)方面有較大差異。

1999年，籌建西氣東輸管道工程時(shí)決定采用X70管線鋼管，由此開始了X70管線鋼管的開發(fā)工作。2000年9月X70螺旋縫埋弧焊管首次應(yīng)用于澀寧蘭管道X70試驗(yàn)段，2001年9月第一批X70螺旋縫埋弧焊管應(yīng)用于西氣東輸工程新疆段。西氣東輸工程和陜京二線天然氣管道工程標(biāo)志著我國(guó)采用大口徑、厚壁、高壓輸送管的新起點(diǎn)。

西氣東輸管道工程后，我國(guó)開始了關(guān)于X80直縫鋼管和螺旋縫鋼管的研究和應(yīng)用攻關(guān)。國(guó)內(nèi)鋼廠和管廠相繼成功開發(fā)了X80螺旋縫埋弧焊管和直縫埋弧焊管，2005年3月X80鋼管首次應(yīng)用于西氣東輸冀寧支線管道工程X80試驗(yàn)段，2008年12月第一批X80鋼管應(yīng)用于西氣東輸二線管道工程中。西氣東輸二線管道工程和陜京三線天然氣管道工程翻開了我國(guó)大口徑、厚壁、高壓輸送管應(yīng)用的新篇章，體現(xiàn)了世界油氣輸送管道的最高水平。

1.2 管線鋼管的應(yīng)用

API標(biāo)準(zhǔn)的管線鋼是基于低C－Mn－Si合金化發(fā)展起來的，以鐵素體/珠光體鋼和鐵素體/針狀鐵素體鋼兩種組織類型為基礎(chǔ)。近年研發(fā)的X100、X120則是第三種組織類型，是在針狀鐵素體基體上含有少量馬氏體和粒狀貝氏體的組織。我國(guó)管線鋼在應(yīng)用過程中，由于冶金理論和軋制技術(shù)的進(jìn)步，冶金設(shè)計(jì)理念發(fā)生了較大變化，但依然采用上述組織類型。

我國(guó)早期管線鋼生產(chǎn)過程中采用冶金設(shè)計(jì)思路，B和X42鋼為低C－Mn－Si，X52～X70鋼為在低C－Mn－Si的基礎(chǔ)上添加小于0.065%的單微合金元素或復(fù)合微合金化，還可添加少量的Cu、Ni、Cr等元素來確保不同厚度及軋制工藝下的管線鋼力學(xué)性能。

隨著管線鋼制造技術(shù)的進(jìn)步，X65、X70和X80這些高強(qiáng)度管線鋼的冶金設(shè)計(jì)有兩種主要的技術(shù)思路。其一為以低C－Mn－Si為基礎(chǔ)添加少量的Cu、Ni、Cr等元素，再添加少量Mo，與適當(dāng)?shù)目剀埧乩涔に嚱Y(jié)合可獲得鐵素體/針狀鐵素體組織;其二為以低C－Mn－Si的基礎(chǔ)上添加少量的Cu、Ni、Cr等元素，再添加總量不超過0.11%的Nb，也可獲得鐵素體/針狀鐵素體組織，這種設(shè)計(jì)可在較高的終軋溫度條件下實(shí)現(xiàn)鋼板生產(chǎn)。

1.3 高強(qiáng)度鋼管的焊接技術(shù)難點(diǎn)

管線鋼的發(fā)展歷史表明，鋼級(jí)的提高一方面是依靠冶金成分設(shè)計(jì)技術(shù)的突破，另一方面是精確控制合金含量、控制軋制和加速冷卻等冶煉、軋制工藝的改進(jìn)。這使得管線鋼在解決冷裂紋和HAZ脆化現(xiàn)象方面優(yōu)勢(shì)明顯，但在焊接過程中面臨下列一些新的技術(shù)難點(diǎn)。

(1)鋼的屈強(qiáng)比增加，應(yīng)變硬化能力降低。

隨著管線鋼強(qiáng)度的提高，屈強(qiáng)比增加。高屈強(qiáng)比表明鋼的應(yīng)變硬化能力降低，使管線抗側(cè)向彎曲能力降低，因而管線在土質(zhì)不穩(wěn)定區(qū)、不連續(xù)凍土區(qū)及地震帶等地區(qū)的不安全性增大。這對(duì)環(huán)焊接頭提出了更為嚴(yán)格的要求，如焊接接頭具有高強(qiáng)匹配、更高的低溫沖擊韌性和斷裂韌性等性能。

(2)鋼的合金化元素含量增加，焊接性有所降低。

為提高管線鋼的強(qiáng)度，需要添加較多的合金元素及一些微合金化元素。如X65鋼的碳當(dāng)量約為0.31 ～0.35，X70 鋼的碳當(dāng)量約為 0.36 ～0.38，X80鋼的碳當(dāng)量約為0.42～0.46。因添加了較多的合金元素，焊接過程中受母材熔合比的影響，將對(duì)焊接工藝穩(wěn)定性和焊接熱影響區(qū)、焊縫金屬的強(qiáng)度、韌性、硬度等綜合性能產(chǎn)生影響。這對(duì)焊接坡口形式設(shè)計(jì)、焊接工藝參數(shù)制定和焊接材料選擇提出了更高的要求。

(3)焊接熱影響區(qū)(HAZ)脆化和軟化現(xiàn)象。

焊接過程中，由于焊后冷卻速度低于軋制冷卻期間冷卻速度，晶粒長(zhǎng)大及微合金元素形成的第二相質(zhì)點(diǎn)溶解，使高強(qiáng)度管線鋼的HAZ脆化和軟化。X70鋼的脆化和軟化現(xiàn)象并不顯著，但X80及以上級(jí)別管線鋼比較明顯，特別是焊接熱輸入量較大時(shí)，脆化和軟化現(xiàn)象更為嚴(yán)重。這對(duì)焊接工藝控制提出了較高的要求，要嚴(yán)格控制焊前預(yù)熱溫度，嚴(yán)格控制焊接熱輸入量在較小的范圍之內(nèi)。

(4)環(huán)焊接頭與母材的強(qiáng)韌性匹配成為難點(diǎn)。

管線鋼是低碳微合金控軋及加速冷卻的產(chǎn)物，有較高的力學(xué)性能。而焊縫是由電弧熔化凝固的“鑄態(tài)”組織，其強(qiáng)韌性匹配關(guān)系遠(yuǎn)低于經(jīng)過TMCP處理的鋼管，要達(dá)到與母材等強(qiáng)相當(dāng)困難。但為了保證長(zhǎng)輸管道的安全可靠，環(huán)焊縫需滿足一定的強(qiáng)韌性指標(biāo)要求。隨著高強(qiáng)度管線鋼管的大規(guī)模應(yīng)用，迫切需要研發(fā)配套的高強(qiáng)度、高韌性實(shí)心焊絲，藥芯焊絲，焊條等焊接材料。

(5)根焊技術(shù)成為制約焊接質(zhì)量和施工效率的關(guān)鍵。

隨著管線鋼管強(qiáng)度等級(jí)的提高，碳當(dāng)量顯著增加，焊接冷裂紋敏感性也相應(yīng)加大。高強(qiáng)度管線鋼管進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，首先要求根焊工藝能夠有效避免焊接裂紋、內(nèi)咬邊和熔合不良等缺陷，保證根部焊接質(zhì)量，同時(shí)具有良好的焊接工藝性能和高的焊接效率。

2 我國(guó)管道現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 管道現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)的發(fā)展

我國(guó)鋼質(zhì)管道環(huán)焊縫焊接技術(shù)經(jīng)歷了幾次大的變革。20世紀(jì)70年代采用傳統(tǒng)焊接方法——上向焊的低氫型焊條手工焊工藝，該方法特點(diǎn)是可適應(yīng)的管口組對(duì)間隙大，焊接過程中采用斷弧操作法，焊層厚度大，焊接效率低，目前主要用于站場(chǎng)的小口徑工藝管道及一些返修焊縫的焊接。

20世紀(jì)80年代推廣焊條電弧焊下向焊工藝，采用纖維素型焊條和低氫型焊條下向焊。該方法特點(diǎn)是管口組對(duì)間隙小，焊接過程中采用大電流、多層、快速焊的操作方法，焊層厚度薄，焊接效率高。焊條電弧焊靈活簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)，同時(shí)由于焊條工藝性能的不斷改進(jìn)，其熔敷效率、力學(xué)性能仍能滿足當(dāng)今管道建設(shè)的需要。

20世紀(jì)90年代應(yīng)用自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝，該方法的特點(diǎn)是抗風(fēng)能力極強(qiáng)，焊接時(shí)不需要保護(hù)氣體，由送絲機(jī)構(gòu)連續(xù)送絲，焊工采用手持半自動(dòng)焊槍施焊。其采用的焊接電流和焊接速度較焊條電弧焊增加較多，在提高熔敷效率的同時(shí)，減少了接頭數(shù)量，焊接合格率大大提高。這種焊接方法的設(shè)備投資不小，利用率高，投資回收期短，且在焊接質(zhì)量、生產(chǎn)效率、降低焊材消耗、節(jié)約能源等方面優(yōu)勢(shì)明顯，非常符合我國(guó)的低成本焊接自動(dòng)化理念，在我國(guó)管道工程建設(shè)中的應(yīng)用發(fā)展最為迅速。

從2001年開始，隨著管道建設(shè)用鋼管強(qiáng)度等級(jí)的提高、管徑和壁厚的增大，在管道焊接施工過程中逐漸開始應(yīng)用熔化極氣體保護(hù)自動(dòng)焊工藝。該方法的特點(diǎn)是焊接接頭綜合性能優(yōu)良，對(duì)施工組織管理要求高，焊接過程受人為因素影響小，焊接效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，對(duì)于大口徑、厚壁鋼管以及惡劣氣候條件下的管道建設(shè)具有很大潛力。隨著自動(dòng)焊應(yīng)用平臺(tái)的逐步成熟，管道自動(dòng)焊的焊接質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益都將得到不斷提高，并逐漸成為管道建設(shè)的主要現(xiàn)場(chǎng)焊接方式。

自2010年開始進(jìn)行更高效率、更優(yōu)質(zhì)量、更好節(jié)能的新型管道自動(dòng)焊技術(shù)的研發(fā)工作，相繼開展了激光－電弧復(fù)合焊、單炬雙絲電弧焊、多焊炬(6炬及以上)外焊機(jī)熔化極氣保護(hù)電弧焊等自動(dòng)焊設(shè)備和技術(shù)的科研攻關(guān)，目前已形成樣機(jī)，并在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了大量的焊接試驗(yàn)，進(jìn)行設(shè)備和技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)的應(yīng)用

目前，管道焊接施工采用的主要焊接工藝有纖維素焊條和自保護(hù)藥芯焊絲組合的半自動(dòng)焊工藝(SMAW+FCAW－S，通常稱為半自動(dòng)焊)，實(shí)心焊絲或金屬粉芯焊絲脈沖氣保護(hù)和自保護(hù)藥芯焊絲組合的半自動(dòng)焊工藝(PGMAW+FCAW－S，通常稱為半自動(dòng)焊)，實(shí)心焊絲氣保護(hù)自動(dòng)焊工藝(GMAW，通常稱為自動(dòng)焊)以及纖維素焊條和低氫焊條組合的手工焊工藝(SMAW，通常稱為手工焊)。

其中，纖維素焊條和自保護(hù)藥芯焊絲組合的半自動(dòng)焊工藝(SMAW+FCAW－S)主要用于X70及以下強(qiáng)度等級(jí)管線鋼管的焊接;實(shí)心焊絲或金屬粉芯焊絲脈沖氣保護(hù)和自保護(hù)藥芯焊絲組合的半自動(dòng)焊工藝(PGMAW+FCAW－S)主要用于X80鋼管的焊接。自20世紀(jì)80年代以來，纖維素焊條根焊一直是我國(guó)管道建設(shè)中廣泛采用的焊接方法，但根據(jù)X80鋼管焊接冷裂紋敏感性試驗(yàn)結(jié)果，為避免根焊產(chǎn)生焊接冷裂紋，X80鋼管的根焊推薦使用低氫型焊條、實(shí)心焊絲、金屬粉芯焊絲等低氫型焊材。實(shí)際工程應(yīng)用中，實(shí)心焊絲和金屬粉芯焊絲這兩種脈沖氣保護(hù)半自動(dòng)根焊方法由于熔敷效率較高，被用作主要的根焊工藝，而低氫型焊條根焊的效率低，只是在連頭和全壁厚返修的根焊中應(yīng)用。1999年以來，采用自保護(hù)藥芯焊絲組合的半自動(dòng)焊工藝?yán)塾?jì)完成的管道長(zhǎng)度占我國(guó)管道建設(shè)總里程的85%以上。

實(shí)心焊絲氣保護(hù)自動(dòng)焊工藝(GMAW)主要用于φ1 016 mm以上大口徑管道的鋼管焊接，目前多在新疆、甘肅、內(nèi)蒙古等地區(qū)的地勢(shì)平坦、管道平直的施工段應(yīng)用。管道自動(dòng)焊系統(tǒng)主要包括坡口機(jī)、內(nèi)對(duì)口器與根焊焊機(jī)組合系統(tǒng)、外焊機(jī)三部分。其中，坡口機(jī)主要用于鋼管端部復(fù)合坡口的現(xiàn)場(chǎng)加工。內(nèi)對(duì)口器與根焊焊機(jī)組合系統(tǒng)，既可以是內(nèi)對(duì)口器與內(nèi)焊機(jī)的一體組合，也可以是內(nèi)對(duì)口器與專用根焊外焊機(jī)的設(shè)備組合。外焊機(jī)有單焊炬外焊機(jī)和雙焊炬外焊機(jī)等。管道自動(dòng)焊的焊接方法有“氣體保護(hù)+實(shí)心焊絲”(GMAW)、“氣體保護(hù)+金屬粉芯焊絲”(GMAW)和“氣體保護(hù)+藥芯焊絲”(FCAW－G)。焊接特性有直流平特性(GMAW)和直流脈沖特性(PGMAW)。

纖維素焊條和低氫焊條組合的手工焊工藝(SMAW)主要用于焊縫金屬的返修及站場(chǎng)小口徑工藝管道的焊接。其中，全纖維素焊條焊接工藝多用于鋼管強(qiáng)度等級(jí)較低、輸送壓力不大的輸水管道和輸油管道的環(huán)焊縫焊接。纖維素焊條根焊與低氫焊條填充蓋面的組合工藝常用于鋼管強(qiáng)度等級(jí)較高、輸送壓力較大的輸水管道、輸油管道及輸氣管道的焊接。低氫型焊條下向焊工藝在20世紀(jì)90年代的陜京管道建設(shè)期間得到了廣泛的應(yīng)用，但目前能夠熟練掌握其操作技能的焊工越來越少，相反低氫型焊條上向焊工藝的應(yīng)用相對(duì)較多。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)的特點(diǎn)

長(zhǎng)輸油氣管道作為運(yùn)輸行業(yè)中一個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)，其獨(dú)特之處在于管道是相對(duì)固定的，輸送作業(yè)是連續(xù)性的，管道對(duì)地面建構(gòu)筑物或區(qū)域長(zhǎng)期構(gòu)成威脅，且運(yùn)行中的潛在危險(xiǎn)不易發(fā)現(xiàn)。因此，管道質(zhì)量對(duì)其安全運(yùn)行和使用壽命非常重要，而管道焊接施工是影響管道質(zhì)量的重要因素之一。長(zhǎng)輸油氣管道現(xiàn)場(chǎng)焊接施工的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為:

(1)施工場(chǎng)所流動(dòng)。

管道建設(shè)屬于野外施工，其施工作業(yè)點(diǎn)隨施工進(jìn)度不斷遷移。與工廠產(chǎn)品生產(chǎn)相比，增加了施工管理、質(zhì)量管理、安全管理等方面的難度。

(2)地質(zhì)條件和氣候條件復(fù)雜性。

我國(guó)西部地區(qū)多為戈壁和荒漠，冬季嚴(yán)寒、夏季炎熱、風(fēng)沙大、晝夜溫差大;西北部地區(qū)多為高原和丘陵，大氣壓力低、空氣密度小;中部地區(qū)主要為山脈、黃土和山間平原，山勢(shì)陡峭，河谷彎曲，地勢(shì)起伏較大;華東、華南東部地區(qū)則是高溫、多雨、潮濕的氣候條件，多為水網(wǎng)地區(qū)。在一條長(zhǎng)輸管道的建設(shè)過程中，會(huì)遇到多種人文環(huán)境、地形地貌和氣候條件。

(3)焊接工藝多樣性。

施工單位沒有能力選擇理想的施工場(chǎng)地，在不同地形地貌、氣候條件，不同管徑、壁厚和不同施工技術(shù)能力等條件下，長(zhǎng)輸管道的焊接施工要因地制宜選擇適用的焊接工藝來滿足工程質(zhì)量的需要。

(4)鋼管固定條件不穩(wěn)定。

建設(shè)管道施工組織時(shí)，為縮短管口組對(duì)和根部焊接時(shí)間，在前一道焊口完成根部焊接進(jìn)行熱焊時(shí)，下一道焊口開始組對(duì)。這樣管子的固定是不穩(wěn)定的，會(huì)產(chǎn)生一定的附加應(yīng)力。尤其是不同焊接施工作業(yè)機(jī)組相互間連接的最后一道焊口(連頭)，具有相當(dāng)大的應(yīng)力狀態(tài)。

(5)全位置焊接操作。

由于鋼管是水平固定的，管道焊接施工都是全位置的焊接操作。這對(duì)焊接設(shè)備、焊接工藝、焊接材料及焊工技能等都提出了較高的要求。

3 國(guó)內(nèi)外管道現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)的差異

3.1 焊接方法的選擇

國(guó)外管道工程建設(shè)過程中，采用自動(dòng)焊設(shè)備和技術(shù)焊接完成的管道長(zhǎng)度占其管道建設(shè)總里程的80%以上，其余為焊條電弧焊、氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊。自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊在北美、歐洲等國(guó)家的管道建設(shè)中幾乎不使用，在東南亞、中東、俄羅斯、南美等國(guó)家的管道工程中有所應(yīng)用，但應(yīng)用比例一般不超過自動(dòng)焊。

在我國(guó)管道建設(shè)過程中，采用自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝完成的管道長(zhǎng)度在管道建設(shè)總里程中占據(jù)了絕大多數(shù)，焊條手工焊和熔化極氣保護(hù)自動(dòng)焊的總和約為15%。半自動(dòng)焊工藝應(yīng)用的早期，焊接的母材多為X52、X60、X65這些正火狀態(tài)交貨的管線鋼管。隨著我國(guó)管道建設(shè)用鋼管的強(qiáng)度等級(jí)、管徑、壁厚和輸送壓力的提高，應(yīng)用的管線鋼管多為形變熱處理交貨狀態(tài)，合金含量較高，如X65、X70、X80，這些鋼管采用自保護(hù)藥芯焊絲焊接時(shí)，存在焊縫金屬夏比V型缺口低溫沖擊韌性離散的現(xiàn)象，一般認(rèn)為這與母材冶金成分、藥粉灌裝均勻性、焊接過程穩(wěn)定性、氣候環(huán)境潮濕等相關(guān)，增加了焊接質(zhì)量穩(wěn)定性控制的難度。

3.2 自動(dòng)焊技術(shù)的應(yīng)用

國(guó)外的管道自動(dòng)焊設(shè)備生產(chǎn)公司采用的是相似的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式，即優(yōu)先作為承包商使用自己的設(shè)備和技術(shù)人員進(jìn)行管道焊接施工，自動(dòng)焊設(shè)備只租不賣或少賣。例如，目前世界各地約有70個(gè)機(jī)組租用美國(guó)CRC自動(dòng)焊設(shè)備，每天應(yīng)用中出現(xiàn)的問題都能及時(shí)反饋到CRC總部。PWT公司的設(shè)備和技術(shù)一直應(yīng)用于澳大利亞、俄羅斯、哈薩克斯坦等國(guó)家的長(zhǎng)輸管道工程建設(shè)中。NOREAST的自動(dòng)焊設(shè)備和技術(shù)主要面對(duì)中東、俄羅斯、烏克蘭等大口徑石油天然氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)市場(chǎng)。RMS公司則主要面向加拿大石油天然氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)市場(chǎng)，其主要技術(shù)方向轉(zhuǎn)為雙焊炬，單焊炬產(chǎn)品已停產(chǎn)。

我國(guó)引進(jìn)自動(dòng)焊設(shè)備的方式主要為購買，技術(shù)培訓(xùn)和產(chǎn)品保質(zhì)期后生產(chǎn)商就不再免費(fèi)提供技術(shù)支持和產(chǎn)品售后服務(wù)。如需技術(shù)支持和售后服務(wù)要另外購買，價(jià)格昂貴。這使我國(guó)早期引進(jìn)的自動(dòng)焊系統(tǒng)技術(shù)落后、設(shè)備老化，沒有達(dá)到與國(guó)外設(shè)備和技術(shù)現(xiàn)狀的同步。在我國(guó)引進(jìn)的自動(dòng)焊設(shè)備中，意大利PWT根焊外焊機(jī)由于根焊缺欠率較高，且與半自動(dòng)根焊方法相比焊接效率提高不顯著，在西氣東輸和陜京二線管道工程后就較少使用。英國(guó)NOREAST、加拿大RMS及國(guó)內(nèi)較早研發(fā)的外焊機(jī)，目前的設(shè)備和技術(shù)基本停留在2001年的水平，部件老化嚴(yán)重，設(shè)備故障率高，現(xiàn)在也較少使用。

3.3 無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

國(guó)外早期的管道建設(shè)采用的無損檢測(cè)方法為射線檢測(cè)。近40年來，隨著管道自動(dòng)焊技術(shù)的廣泛應(yīng)用，采用的無損檢測(cè)方法主要為自動(dòng)超聲波檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)。在陸地及海洋管道施工現(xiàn)場(chǎng)，自動(dòng)超聲波檢測(cè)設(shè)備是以多探頭的自動(dòng)超聲波檢測(cè)方法為主。該方法與相控陣自動(dòng)超聲波檢測(cè)方法相比，都是通過沿軌道旋轉(zhuǎn)的小車讀取環(huán)焊縫缺欠信息，并采用計(jì)算機(jī)分析軟件判讀檢測(cè)結(jié)果，不同之處在于多探頭是通過多組超聲波探頭的合理排布，實(shí)現(xiàn)疊加聲束對(duì)焊接接頭全截面的掃查。

我國(guó)的管道建設(shè)采用的無損檢測(cè)方法主要為射線檢測(cè)和手動(dòng)超聲波檢測(cè)。自2000年以來，隨著管道自動(dòng)焊技術(shù)的應(yīng)用，開始與自動(dòng)焊技術(shù)配合使用自動(dòng)超聲波檢測(cè)。在實(shí)際工程中，常常規(guī)定采用射線檢測(cè)的方法對(duì)自動(dòng)超聲波檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行復(fù)核。但由于這兩種檢測(cè)方法對(duì)不同類型缺欠的檢測(cè)靈敏度、對(duì)相同類型缺欠的評(píng)判準(zhǔn)則不同，使得難以對(duì)兩種檢測(cè)結(jié)果的矛盾之處做出合理抉擇。

4 我國(guó)管道現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 半自動(dòng)焊和焊條電弧焊仍將是管道建設(shè)的可選擇方法

在口徑較小、強(qiáng)度等級(jí)較低的管線鋼管現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)，自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊和低氫焊條手工焊工藝仍將是主要的焊接方法。另外，受地理位置、地形條件、氣候環(huán)境等外界因素的限制，不利于進(jìn)行管道自動(dòng)焊施工的管道也將使用自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊和低氫焊條手工焊的工藝。但在應(yīng)用自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的管道段，需要對(duì)管線鋼管的冶金成分進(jìn)行必要限定，以確保環(huán)焊接頭的力學(xué)性能滿足工程要求。

4.2 管道自動(dòng)焊技術(shù)將成為未來管道建設(shè)的主要焊接方式

隨著自動(dòng)控制技術(shù)和電弧跟蹤技術(shù)的不斷完善，自動(dòng)焊設(shè)備設(shè)計(jì)模塊化和配件標(biāo)準(zhǔn)化，以及自動(dòng)焊應(yīng)用平臺(tái)的成熟，自動(dòng)焊操作將變得更容易，設(shè)備生產(chǎn)和維護(hù)保養(yǎng)將更加迅速和便捷，熟練的自動(dòng)焊操作工隊(duì)伍將不斷擴(kuò)大。這使得管道自動(dòng)焊技術(shù)越來越適應(yīng)石油天然氣長(zhǎng)輸管道的現(xiàn)場(chǎng)焊接需求，其焊接質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益都將不斷提高，并逐漸成為大口徑、高鋼級(jí)管道建設(shè)的主要現(xiàn)場(chǎng)焊接方式。

4.3 追求更加有序、順暢的管道自動(dòng)焊施工組織方法

選擇購買國(guó)產(chǎn)設(shè)備或租用國(guó)外設(shè)備可以獲得良好的技術(shù)支持和售后服務(wù)，有利于管道自動(dòng)焊技術(shù)的大范圍應(yīng)用和持續(xù)發(fā)展。通過研發(fā)或引進(jìn)專用的焊接材料，與自動(dòng)焊設(shè)備配套使用，用焊接材料的高度質(zhì)量一致性來保證送絲過程平穩(wěn)和焊接電弧穩(wěn)定，確保自動(dòng)焊的焊接質(zhì)量。管道建設(shè)中，合理布置機(jī)組作業(yè)面、采用流水作業(yè)、協(xié)調(diào)工序銜接，保證焊接施工和無損檢測(cè)過程有序、順暢、高效。

5 結(jié)論

隨著對(duì)清潔能源需求的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)所擁有的石油天然氣長(zhǎng)輸管道里程逐年增長(zhǎng)，同時(shí)管道建設(shè)用鋼管的強(qiáng)度等級(jí)、管徑、壁厚和輸送壓力也在逐步提高，對(duì)管道現(xiàn)場(chǎng)焊接施工技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，也使高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫的質(zhì)量與安全問題突顯，成為制約高鋼級(jí)管道發(fā)展的瓶頸。與國(guó)外相比，我國(guó)目前的管道現(xiàn)場(chǎng)焊接存在著技術(shù)方面的差異性。在未來的管道建設(shè)中，自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊和低氫焊條手工焊工藝仍將是可選擇方法，但管道自動(dòng)焊技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。