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1、Ac a d em ic 学术 对长输天然气管道焊接方法探讨 陈强 0 6 2 5 5 2 河北省任丘 市中国石 油管道局 第五 工程培训 鉴定 中心 河北任 丘 摘要 焊接是长输天然气管道施工工程当中的重要环节 焊接质量关系着管道的使用可靠性和运行安全性 该文分析了国内长 输天然气管道工程中比较常用的焊接方法及其特点 并对长输天然气管道材质 规格等因素进行综合考虑 总结了各自合适的焊 接方法以及最终的质量控制 引言 随 着社 会经 济 的发 展 以及 天然 气 相 关 技术 水平 的提 升 使 得 天然 气 的应 用得 以推 广和 普及 但 是 由于我 国天 然 气资 源分 布 问题 涉 及
2、 到天然 气 的长 距 离运 输 一 般而 言天 然气 管道 是 天然 气 运 输 最普 遍 也是 最关 键 的设施 天 然 气管道的能否正常使用会对天然气输送 产生 重要 影 响 其 中 长 输天 然 气管 道 在 安 装 中及安 装后 的质 量管 理成 为天 然 气输 送 的重 中之重 本文 对 有关 长输 天 然气 管道 焊接 方法 进 行研 究 对 焊接 方 法 的选择 进行 探 讨 并提 出具体 的质 量 管理对 策 不足之处 敬请指正 1 长 输天 然气 管道 常 用的焊 接方 法 及其特点 1 1 焊条 电弧焊 焊条电弧焊的原理是通过电弧放 电 的过 程 中 出现 大 量的 热量
3、 而把 焊条 和 工件 进行 熔化 然后 经过 冷凝 的环节 而 形成 焊缝 焊 条 电弧 焊方 法 具有 比较 广 泛 的适应 性 而且 装备 设施 比较 简 单 操作 起来 非 常简 单 对施 工 现场 的操 作 要求 非常 简单 因此 焊 条 电弧焊 是长 输 管道 焊接 方法 中最为 常见 的种 类 根 据 焊接 方 向 的不 同以及 使用 焊条 的 区别 焊条 电弧 焊焊 接方 法还 可细 分为 纤维 素 焊条下向焊 低氢焊条下向焊 低氢焊 条上 向焊 以及组合焊接等方法 1 1 1 纤维素焊条下 向焊 纤 维 素焊 条下 向焊 是现 阶段 我 国长 距离 输送 管道 广 泛选 择
4、的焊接 方法 具 有很 广泛 的适 应 性和 应用 性 最 大 的特 点是 单面 焊双 面 成型 广泛 应用 于混 合 焊接 工 艺根 焊 同时也 应用 于填 充和 盖 面 的安 装 工 艺 大 多选 择 E 6 0 1 0等种 类 的焊 条 这种 焊接 方法 一般 适用 于材 质 等级小于 X 7 0的薄壁大 口径管道焊接 具有 显 著 的熔透 及填 充 间隙 的优 点 而 且熔 敷速 率 比较 高 根 焊速 率甚 至 可 以 达到 1 0 1 5 c m m i n 当然这种 方法最大 的 缺 点是 纤维 素焊 条 的含氢 量 非常 高 一 般会达 到 4 0 m L 1 0 0 g 而
5、且焊缝 的低 温 韧性 不足 如 果是我 国西北方 比较寒 冷 的 区域使 用焊 接 高强度 管 道时 应 当 在施 工 之 前采取 一 定 的措 施 比如 焊前 预热和层间保温等对策 从而避免产生 裂纹 1 1 2低氢焊条下向焊 I 7 6 中国机械 M a c h in e C h in a 低 氢焊 条 下 向焊 选 择低 氢型 的焊 条 药皮 而 且其 含氢 量 比较低 一 般不 大 于 1 0 m L 1 0 0 g 比较典型 的焊 条种类 是 E 7 0 1 5 这种焊接方法成 型的焊 接接头 具备 一 定的低 温 韧性 而且 抗断 裂性 能 非 常好 比较 适合 材质 等 级 比
6、较 高 壁 厚而 且对 焊 缝韧 性要 求 比较 高等 其 焊 接速 度大 约 等 同于纤 维素 焊条 的速 度 这种 方法 最大 的缺 点 是根焊 的速 度不 如 纤维 素 下 向焊 根 焊 的适应 性 非 常差 很容 易出现 各种 各样 的缺 陷 比如未 融 合 未焊 透 以及 内咬边 等 因此 比较 适 合进行管道 的填充及盖面焊接工作 1 1 3 低氢焊条上 向焊 低 氢焊 条上 向焊 的优点 是抗 冷裂 性 能 良好 即便 是焊接 接 头处 的错 边量 非 常大 最 后 的结果 依 然会 让人 满 意 最 大 的 缺 点 是焊 接 速 度 大 约 是 8 1 2 c m m i n
7、选择 的代表性焊条是 E 7 0 1 6 该焊 接工艺多用于口径比较小的管道 或者 是长 距 离输 送管 道 的连头 口 碰 死 口进 行焊接 1 1 4混合 型焊接 1 根焊 选择纤维 素焊条 下向焊的 方式 填充及盖面选择低氢焊条下向焊 的焊 接 方法 这种 混合 型焊 接方 式 的优 点在 于 根焊 速度 符 合施 工要 求 而 且 根焊 质 量显 著 填 充和 盖面 的速 度 能跟 上施 工 要求 层 间清 渣 比较简 便 盖 面 成 型符 合 审美 一般 而 言 这种 方法 适 用 于焊 接韧 性要 求及 材质 级别 比较高 或 者输 送 的是酸 性介 质 我 国北 方寒 冷 环境等
8、 2 根焊 选择纤维 素焊条 下向焊的 方 式 填 充及 盖面 选择 低氢 焊 条上 向焊 的焊接方式 这种方式 的优点不再赘述 大多用于焊接壁厚不小于 1 6 m m的管道 3 根焊选择纤维素焊条上向焊的 方 式 填 充及 盖面 选 择低氢 焊 条下 向焊 的方 式 上 向焊 工艺对 于坡 口精 度 的要 求 比较 低 因此 这种 混合 型焊 接工 艺可 以适用 于连 头 口 碰 死 口 以及 返修 口等 方 向 的焊 摄 1 2钨极氩弧焊 钨极 氩 弧焊 的原 理是 通过 焊接 熔池 及 钨 极二者 产生 的电弧对 母材 及 填充焊 丝产 生熔化 作 用 的一种 焊接 工 艺 这种 焊接
9、方式 的特 点 如下 焊缝 比较 清 洁 管道 焊接 质量 符合 技术 要求 而 且背 部 不存 在 焊渣 根焊 渗透 可 以进 行调 控 从 而大 大提 升焊缝 根部 耐腐 蚀及 抗开 裂 性 能 缺 点是 必须 要对 焊前 坡 口进行 清 理 焊接 速 率 比较低 抗风 性 能不 足 对 于野 外施 工环 境 的技术 要求 比较 高 因此 这种 焊接 工 艺多 用于 管径 不大 壁 厚 较小 的碳 钢 低 合金 钢管 道等 的焊 接 以及连头 口 碰死 口的根焊 1 3 半 自动焊 半 自动 焊 的原 理是 利用 送丝 机构 对 焊接 电弧 电压及 送丝 速度 进行 控制 从 而 让焊机
10、对 焊接 电流进 行 自动 调节 由 焊 工对 焊接速 度及 焊丝 伸 出 的长 度进 行 手工控制 因此称 其为半 自动焊接方法 1 3 1 S T T型 c O 气体保 护半 自动焊 现阶段 长 距离 输送 油 气管 道焊 接 方法 中 S T T型 C O 气体保护 半 自动焊 的方 式 也 比较广 泛 大部 分选 择 实心焊 丝 把百分之 百的 c 0 当作保护 气体 利用数 字 芯片 对基 值 峰值 电流及 电压 进 行控 制 通过液体表面的张力完成熔滴过渡 因此焊 接 的过程 十分 稳定 对于 飞溅 及 大 口径 管道 根焊 单面焊 双面 成 型 中存 在 的困难 有所 帮助 总而
11、 言之 这 种方 法 具 有 电弧燃 烧稳 定可 靠 坡 口应 用 性 比 较 强 焊 接速 率 比较 高 甚 至可 以达 到 2 0 c m m i n 焊 缝含 氢 量 比较 低 以及 飞 溅 少等 特 点 然而 抗风 性差 是其 最 大 的 缺 点 在 正 常情 况下 要求 风速 不 能大 于 2 m s 因此 只能 用于 单面焊 双面 成形 等类 型的根焊 1 3 2自保护 药芯焊丝 半 自动焊 这 种 方 法 的 原 理 是 药 芯 在 极 高 的 温 度 下 分 解 而 出现 大 量 气 体对 电弧 及 熔 池产 生一 种保 护 然 后通 过 一小 部分 熔 渣对 熔池 及凝 固焊
12、 缝金 属产 生保 护 的 一 种焊 接工 艺 该方法 最 典型 的焊 丝是 E 7 1 T 8 一 N i 1 J 具有电弧稳 定可靠 效率高 美观 等特 点 一般用于全位置管道焊接 除此之 外 这种 方法 比较 适用 于野 外作 业 针对 一些温度大于 5 C 湿度不 大于 9 0 以及风 速不大 于 8 m s的作 业环 境 无需其他 防护措施 1 4自动焊 自动焊 的焊 接工 艺在 一 定程度 上 解 决 了全位 置 多机头 同时工作 的难 题 包 括管 道 内部及 管道 外部 完成 根 焊工 艺 具有 容 易操 作 质 量高 速度 快 以及 成 型美 观 等特 点 大 多应 用 于大
13、 口径 大 壁 厚管道焊接方面 1 4 1 实芯焊 丝气 体保护 自动焊 此 方法 属 于熔 化极 气体 保 护焊 的其 中一 种 具体 原理 是通 过 可熔 实 芯焊 丝 和被 焊金 属 二者 之 间形成 的 电弧对 焊 丝 及母 材 形成 焊缝 进 行熔 化 这 种方 法 对 于焊工的条件不高 因此广泛适用于各 种领域 尤其是大 口径 大壁厚等管道 焊接 方 面 但 是 如果 是野 外作 业 需要 采 用防风措施 1 4 2自保护药芯焊丝 自动焊 这种方法具有 自动化程度较高 焊 材 的利 用效 率 非常 高 焊 接 质量 显著 等 特点 层间清渣时间短 大多应用于大 管径 厚壁 管等填充
14、及盖面焊接 2 选择长输天然气管道焊接方法 针对 长 输天 然气 管 道 如何选 择 正 确 的焊 接方 法 一方 面 需要 对管 道 的材 质 直 径 壁 厚 等方 面 进行 综 合考 虑 另一方面需要计算输送压力 要考虑焊 接施 工 现场 的一些 情况 具 体而 言 可 以 参 考表 一 可 以通过 具体 的数据 参数 进 行 管道 焊接 的选择 选 择正 确 的焊 接方 法 对 于确 保焊 接质 量 以及 减少 工程 投 资具有 非 常大 的帮 助 本文 从诸 多 工程 施 工经 验 中总 结分 析 得 出具有 普遍 适 用性 的原则 2 1 管道材质方面 管道有不 同的等 级 等 级不
15、 同 则管 道 的材 质 也存 在一 些 区别 比如说 管道 的 焊接 接头 会 受到 热量的影响 而使管道的脆化倾 向性随 着热量 的升高而增大 根部焊道冷裂倾 向也随之增强 腐蚀敏感性变大的同时 焊 接接 头 的韧 性变 差 针对 材质 低 于等 级 X 7 0的 管线 钢 而 言 建 议 选择 纤 维素 焊 条 下 向焊 混合 型手 工 下 向焊 当然 也可 以选择 半 自动 焊和全 自动焊 的方 式 针 对 等 级高 于 X 7 0的管 线钢 大 部 分是 直接 选 择 S T T和 R M D根 焊 药 芯 半 自动 下向焊 以及全自动焊填盖等方式 针对 一 些特 殊 管 道 比如高
16、 含硫 的 天然 气管 道 如 果仅 仅 选择 双相 不 锈钢 则 需要 提 高焊 接 要 求 在 焊接 过程 中对热 输入 量进 行精 确 控制 这 是重 中之 重 又 如 针 对 S 3 1 8 0 3双相 不锈钢来 说 铁 素体含 量应 严格控制在 4 O 一 6 O 的范 围之 内 而且要对其热输入量及层间温度进行控 制 以此 确保管道具有一定 的耐蚀性 能 其 中 自动焊 的焊 接方 式 由于 焊接 线能 量能够进行精准的控制 因此是高强度 长输天然气管道 的重 要选 择 2 2管道 直径及壁厚方面 针对直径 小 于 3 2 3 m m壁厚 小于 1 0 m m的管 道 大部 分 选择 手 工焊 条 电弧焊 的方 式 针 对直 径 大 于 3 2 3 m m的管 道 同时 属 于多 层焊 接 则 可 以从 工 程进 度 方面 进行 考虑 大 多是 直接 选择 纤 维素焊 条 下 向焊 和药 芯焊丝 自保护半自动焊相互结合的焊接 方 式 如果 是大 口径 及大 壁 厚 的天然气 管道 则应当首选 自动焊焊接方式 换 言之 如果是直径大 于 8 1 3 n u n 而且壁厚 不小
