黃超 侯仰杰 顧文才 赫德明 康煜媛

1.概述

西氣東輸二線是繼西氣東輸之后我國(guó)的又一項(xiàng)特大型國(guó)家重點(diǎn)工程，是目前國(guó)內(nèi)輸送距離最長(zhǎng)、設(shè)計(jì)壓力最大、年輸量最多、投資最大，以及經(jīng)過(guò)省份最多的天然氣輸送管道。西氣東輸二線（某段）線路長(zhǎng)度約567km，管徑1219mm，設(shè)計(jì)壓力10MPa，設(shè)計(jì)輸氣能力300億m3/a。沿線經(jīng)過(guò)18個(gè)（縣）市，地貌以低山、丘陵、沖積平原及山間溝谷地為主，水網(wǎng)區(qū)域多，工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜。為了解決地形給管道敷設(shè)帶來(lái)的困難，保證管道強(qiáng)度及安全，提出采用STT半自動(dòng)焊根焊＋藥芯焊絲半自動(dòng)焊填充蓋面的工藝，取得了很好的工程效果和經(jīng)濟(jì)效益。

2.STT技術(shù)的焊接原理

STT技術(shù)是通過(guò)輸入脈沖參數(shù)電流實(shí)現(xiàn)熔滴表面張力過(guò)渡，并能精確對(duì)電壓電流波形進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)與控制的數(shù)字化焊接方法。其以傳統(tǒng)短弧氣體保護(hù)焊接為基礎(chǔ)，結(jié)合了高頻逆變技術(shù)和先進(jìn)的波形控制技術(shù)，以一個(gè)基值電流維持電弧燃燒并加熱母材金屬，電極與焊接熔池形成短路之后，電流迅速減少以確保穩(wěn)定的短路過(guò)渡過(guò)程。之后，采用夾斷電流擠壓熔化的金屬，使其掉落到熔池中。液橋即將斷裂時(shí)，電源會(huì)做出反應(yīng)，電流降低，電弧立即重新建立，應(yīng)用一峰值電流產(chǎn)生離子力向下推動(dòng)焊接熔池防止發(fā)生意外短路。最后，電流逐漸減小到基值電流，保證穩(wěn)定的焊接過(guò)程。

3.STT根焊的優(yōu)點(diǎn)

常規(guī)的管道根焊技術(shù)有以下幾種：①TIG焊，多用于小管徑、薄壁管道的焊接。②纖維素焊條電弧焊，適用范圍廣，對(duì)焊工熟練度要求高。③STT根焊，多用于大口徑管線，速度快，操作簡(jiǎn)單。

STT 焊與TIG焊相比：效率高2～4倍，并且保護(hù)氣更廉價(jià)。

STT焊與纖維素焊條相比：STT根焊能很好的控制熔渣和飛濺，方便進(jìn)行層間清理，提高工作效率，節(jié)省清理費(fèi)用。經(jīng)過(guò)層間清理后纖維素焊條根焊一般只有1.5～3.0 mm，而STT根焊厚度可達(dá)3.5～4.5 mm，STT根焊的焊接效率更高。

綜合成本比較，STT根焊是TIG 焊的30%；與SMAW 相比，節(jié)約60%～75%。

4.STT焊接工藝試驗(yàn)

（1）S T T設(shè)備 S T T設(shè)備如圖1所示。S T T焊接電源重量53 k g，尺寸為590mm×335mm×620mm。沒(méi)有電壓控制旋鈕，只有基值和峰值電流控制旋鈕。熱輸入相對(duì)較低，可以防止過(guò)熱或燒穿。與之匹配的送絲機(jī)是STT—10，質(zhì)量29.5kg，尺寸為405mm×380mm×785mm。由于絲盤(pán)是開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，故防沙除霧能力較差，適合固定工廠使用。

圖1 STT設(shè)備

（2）試驗(yàn)?zāi)覆倪x擇 母材選用西氣東輸二線站場(chǎng)實(shí)際所用管線鋼材，鋼級(jí)按照標(biāo)準(zhǔn)API Spec—5L選為X70鋼（巨龍鋼管有限公司）。屈服強(qiáng)度為540MPa，抗拉強(qiáng)度為655MPa，伸長(zhǎng)率為36%，屈強(qiáng)比為82%。

（3）試驗(yàn)焊材 焊材選用林肯的MG50—6焊絲，焊絲為φ1.2m m，盤(pán)狀，屈服強(qiáng)度為455MPa，抗拉強(qiáng)度為550MPa，伸長(zhǎng)率為25%，化學(xué)成分如表1所示。

（4）焊接坡口 本項(xiàng)目選用同直徑的鋼管5G位置水平固定對(duì)接的方式，為了得到較好的單面焊雙面成形效果，設(shè)計(jì)55°～65°單面V形坡口，間隙2～4mm，鈍邊1～2mm（見(jiàn)圖2）。

（5）焊接參數(shù) 焊接之前，需預(yù)熱，溫度為100～200℃，試驗(yàn)用的焊接參數(shù)如表2所示，管道焊接現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

（6）焊接檢測(cè) NDT檢測(cè)：焊接完成后對(duì)焊縫進(jìn)行水冷。檢測(cè)焊縫外觀，焊縫外形良好，余高及焊縫寬度均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。24h后經(jīng)RT和UT檢測(cè)，達(dá)到Q/SYGJX0112—2007《西氣東輸二線管道工程無(wú)損檢測(cè)規(guī)范》中無(wú)損探傷驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)定合格。

力學(xué)性能測(cè)試：根據(jù)西氣東輸二線管道工程技術(shù)規(guī)格書(shū)及線路焊接技術(shù)規(guī)范QSY0110—2007進(jìn)行試驗(yàn)。①拉伸試驗(yàn)。抗拉強(qiáng)度為614MPa，斷裂位置位于母材，符合標(biāo)準(zhǔn)要求（見(jiàn)圖4）。②彎曲試驗(yàn)。試樣彎曲180°后未產(chǎn)生裂紋，結(jié)果合格（見(jiàn)圖5）。③宏觀腐蝕試驗(yàn)。焊道層間清晰，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，檢測(cè)合格（見(jiàn)圖6）。④采用維氏硬度計(jì)HV10進(jìn)行測(cè)試，最大硬度242HV，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

綜合無(wú)損檢測(cè)和力學(xué)性能試驗(yàn)的結(jié)果，STT打底焊的焊接接頭符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可以應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目中。

5.結(jié)語(yǔ)

在該項(xiàng)目管線焊接中，STT半自動(dòng)焊根焊＋藥芯焊絲半自動(dòng)焊填充蓋面的焊接工藝成功完成了部分地段的焊接工作，以97.35%的無(wú)損探傷一次合格率，為施工進(jìn)度及工程質(zhì)量提供了有力的保障。

表1 MG50—6化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 焊接參數(shù)

圖2 坡口形式

圖3 管道焊接現(xiàn)場(chǎng)

圖4 拉伸試驗(yàn)

圖5 側(cè)彎試驗(yàn)

圖6 宏觀腐蝕試驗(yàn)

STT根焊過(guò)程中焊接效率高、飛濺小，焊縫成形美觀，質(zhì)量良好。此外，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了焊接成本。在國(guó)內(nèi)外的管道項(xiàng)目中，STT根焊已逐漸被重視并開(kāi)始使用，以其先進(jìn)技術(shù)及優(yōu)越性能，決定了該工藝必將成為以后管道焊接應(yīng)用的主流。20140401