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1、浅析长输管道焊接技术的应用内容摘要:长输管道作为第五大运输行业，其重要性日渐明显，国内近些年正是长输管道建设的高峰期，工程项目越来越多。在长输管道施工过程中，其焊接质量直接影响到长输管道的安全运行和使用寿命。本文通过对影响长输管道焊接质量的因素的简要分析、对目前国内长输管道焊接方法的简单介绍、并结合公司长输管道焊接具体的应用实例，分析了目前被国内大多数施工企业所采用的纤维素手工下向焊、药芯焊丝半自动下向焊（自保护半自动焊）焊接方法的优点，设想了长输管道焊接技术在我公司的应用前景。浅析长输管道焊接技术的应用长输管道作为铁路、公路、海运、民用航空运输的一种补充措施,已经成为第五大运输行业。长输管道
2、输送的介质除常见的石油、成品油、天然气外，还有如氧气、CO2等工业用气体；乙烯、液氨、矿浆等介质。由于长输管道运输具有运行时间长、运输费用低、控制便捷等特点，现在逐渐成为上述介质长距离运输的首选方式，国内近些年正是长输管道建设的高峰期。我们公司在这种大环境下也承建了国内多条长输管线，目前这些管线均在正常运行。通过对长输管道施工的了解，我个人认为长输管道作为运输行业中一个单独系统，与其它运输系统有以下几方面的不同点：输送介质在管道内长距离流动，这就要求管道内壁尽可能光滑，减少磨擦阻力；另外考虑到介质的腐蚀性，在设计上要增加相应的腐蚀裕量。管道是相对固定的。即管道埋于地下，除改造、敷设新线路等原因
3、外，管道一般不会发生位移。输送的介质具有连续性的特性。即管道一旦建成、投产，一般情况下应连续运行，相应地增加了带压维修的操作难度和危险性。正在运行的管道对地面建（构）筑物或区域造成威胁，尤其是天然气、煤气、液化石油气等易燃气体管道，其威胁程度更大。长输管道除特殊地形，一般均为地下敷设，运行中不易发现潜在的危险，尤其是建设中未检出的缺陷。通过上述分析可以认为，长输管道的施工质量对其安全运行和使用寿命是非常重要的。因此，管道焊接质量是影响管道质量的极其重要的因素。一、影响长输管道建设中焊接质量的因素：在长输管道建设中，对其焊接质量产生较大影响的因素是多方面的，综合起来主要有以下几个方面的因素：流动
4、性施工对焊接质量的影响：长输管道施工作业点随着施工进度而不断迁移，与工厂化生产相比，增加了施工管理、质量管理、安全管理等方面的难度；因焊接作业处于流动状态，要保证焊接质量就相对增加了难度。地形地貌对焊接质量的影响：施工单位没有能力选择理想的施工场地，一条长输管道可能会遇到多种地形：如海南长输管道工程，自南向北途经村庄、鱼塘、河流、沙地、水稻田、山区、果园、公路、平原等，地形地貌对焊接有直接影响，所以要因地制宜，选择不同的焊接方法来满足工程的需要。环境对焊接质量的影响：风、雨、温度、湿度、日照等自然环境因素，与焊接质量高低有着一定的关系。焊接设备、焊接工艺、焊接材料及焊工技能等因素，对焊接质量有
5、很大影响。人文、社会环境对焊接质量的影响：以海南长输管道工程为例：在海南当地由于种种原因，施工不能连续进行，往往给现场焊接带来困难。由于外界因素干扰，造成现场留头多，连头数量增加，质量难以保证，也使焊接成本上升。二、国内长输管道焊接的现状：随着社会技术进步，长输管道焊接技术也在逐步提高。过去，长输管道的焊接以传统手工焊方法施工，该焊接方法由于焊接速度慢、焊接质量低已不再适用。到了20世纪80年代初，国内引进了欧美的手工下向焊工艺，并逐步得到推广，质量上了一台阶，该焊接方法已取代了传统手工焊方法。到了20世纪90年代初，国内有关单位从美国引进了自保护半自动焊（药芯焊丝半自动下向焊）设备和工艺，其
6、优点是：连续送丝、不用气体保护、抗风性能较强、5级风以下不用防护、焊工易操作等；其缺点首先是不能进行根焊，需要采用其它的焊接方法进行根焊；其次是缺陷集中在夹渣上；另外，操作不当时，盖面易出现气孔。目前，引进的较先进的焊接方法是“双联管焊接方法”，该方法由管道二公司在轮南库尔勒输油管道上首次应用，在以后的陕京输气管道、苏丹管道工程中部分采用，收到了较好的效果，为该焊接方法积累了丰富的经验。在西气东输工程中，管道二公司又引进了noreast公司自动焊机aw97-1；该技术适用于大口径、大壁厚管道，适合大机组流水作业，焊接质量稳定，操作简便，焊缝外观成型美观。目前长输管道焊接中采用的根焊方法主要有五
7、种，一是内焊机，二是外焊机，三是STT根焊，四是外焊内衬强制成型，五是手工根焊。填充焊及盖面焊的方法主要有，一是手工下向焊，二是半自动下向焊，三是全自动焊。根据以上分析和各种焊接方法的应用情况，我个人认为，在一般情况下，长输管道焊接应以手工下向焊结合半自动焊为主，像海南长输管道及西南成品油管道工程，地形较为复杂，各种地形均有出现，因此采用手工下向焊结合半自动下向焊的焊接方法。对于像西气东输这样的管道工程，地形主要是平坦地段，宜推广应用自动焊，手工下向焊接方法为辅，在条件允许情况下，可以部分采用双联管焊接。而对于甬-沪-宁这样的管道工程，地形主要是以水网地带为主，由于自动焊、半自动焊设备运用难度
8、大，而手工焊由于焊钳小，操作灵活便捷，因此宜采用手工下向焊的焊接方法。三、长输管道主要焊接方法的优点：由于长输管道焊接的方法较多，我们无法一一列举，这里仅对大多数企业主要采用的纤维素手工下向焊、药芯焊丝半自动下向焊（自保护半自动焊）这两种焊接方法的优点进行简单的分析。1、纤维素手工下向焊的优点：纤维素手工下向焊技术与传统的向上焊相比具有焊缝质量好，电弧吹力强、挺度大的特点，进行打底焊时可以单面焊双面成型。而且，纤维素焊条比普通低氢型焊条的熔化速度快、熔敷率高。在一些环境恶劣的地区，比如水网地带，因空气湿度大，对焊材的烘干、保管、使用要求严格，而纤维素焊条比低氢型焊条在同等条件下气孔产生的倾向小
9、；且水网地带限制了先进焊接技术的应用，自动焊、半自动焊设备运用难度大，而手工焊由于焊钳小，操作灵活便捷，可当首选的方法。2、药芯焊丝半自动下向焊的优点：药芯焊丝半自动下向焊具有生产效率高、焊接质量好、经济性好、适应性强、易于掌握等优点，且适用于各种位置的焊接。这种焊接方法的主要优点是：1）、质量好：焊道的焊接缺陷通常产生于焊缝接头处。同等管径的钢管手工焊接头比半自动焊接头数要多数倍，采用半自动焊降低了缺陷的产生机率。由于药芯焊丝多为低氢型，因此可降低焊缝中的氢含量；同时，半自动焊热输入高，可降低焊缝冷却速度，有助于氢的逸出及减少和防止出现冷裂纹。2）、效率高：药芯焊丝把断续的焊接过程变成连续的
10、生产方式，且半自动焊熔敷量大，比手工焊焊道少，熔化速度比纤维素下向焊提高15%20%，另外其焊后焊渣薄，脱渣容易，减少了层间的清渣时间。3）、综合成本低：以公司海南长输项目5088.7mm的钢管焊接为例，正常一个机组有3名管工，7名电焊工，1名起重工，2名力工，共13人，平均一天可以焊接40道焊口，800寸/D。按照正常手工焊来看，一个岗点2名管工，1名电焊来算，同等条件下一天可焊60寸/D。对比之下，同样焊接40道焊口至少减少6名焊工，21名管工，焊机也相应的减少了，因此综合成本降低很多。然而，药芯焊丝半自动下向焊的发展与进步依赖于焊机、对口器、送丝机构、行走机构等装备的技术成熟程度和焊材工
11、艺性能的稳定性。但是，先进的半自动、甚至自动焊设备会大幅度提高焊接效率，尽管更新装备需投入大量资金，但在长输管道建设的高峰期，其市场回报率是可观的。只有拥有技术，方可拥有市场。四、焊焊接方法的具体应用：公司在不同的长输管道工程中采用了不同的焊接方法，在这里我们结合公司在海南的长输管道工程情况，简要介绍一下下向焊接方法的应用情况：公司在海南承担了31公里天然气输气管道的施工任务，该管道规格为5086.4mm、5088.7mm、50810.1mm三种。在线路中，该管线要穿越2条中型河流、2条铁路、1条国道、1条高速公路以及村庄、水道田、沼泽、山丘、沙地等地形，线路情况较为复杂。根据以往的施工经验，
12、结合当地的各种条件，我们采用了手工下向焊结合半自动下向焊的焊接方法。之所以选择该方法，是因为手工下向焊结合半自动下向焊的焊接工艺具有显著的优越性。1、手工下向焊结合半自动下向焊焊接工艺的优越性：、互补性好。根焊采用纤维素焊条打底，可减少烧穿的可能性，并能达到单面焊双面成型的效果。根焊成型良好，能有效提高根焊合格率，弥补了半自动焊不能进行根焊的缺点。、采用半自动下向焊进行盖面焊接，其焊缝成型美观，焊接合格率高。、抗风能力强。在风速小于12米/秒时，不需要采取任何防护措施，特别适用于野外作业。、可连续送丝，焊接过程中起弧和收弧接头减少，降低了焊接缺陷产生的可能性。、焊丝熔敷率高，药皮脱渣性好，焊接
13、热输入量高，可降低焊缝冷却速度，有助于氢的逸出并减少和防止出现裂纹，生产效率约为手工电弧焊的58倍。、焊接接头性能好。半自动焊焊层薄、焊层多，前一层起预热作用，后一层可延缓前一层的冷却速度，对减少焊接缺陷有利，可以提高焊接接头的力学性能。、生产成本低。2、焊接工艺参数的选用：焊接方法焊条直径极性电流A电压V焊速cm/min运条打底手工下向焊E60103.2mmDC70-9022-3010-20直拉焊接方法焊丝直径电流A电压V送丝速度焊丝外伸层间温度填充半自动 下向焊NR2074.0mm30021-223.3m/min10cm100-150盖面28020-213 m/min10cm100-130
14、3、焊接前的准备：、焊前布管时，应先按直径偏差进行级配后再布管，以减少相邻钢管组对时的错边量，提高组对速度和组对质量。、焊缝的对接采用内对口器，并用砂轮机清除坡口及坡口两边2030 mm内的内外壁上的杂物及氧化皮，将螺纹焊管管端的焊道按照规范错开，并将管端10mm范围内的螺纹余高磨至与母材平，尾部呈30平缓过渡。、采用火焰加热器预热，保证管口加热均匀，焊前用钢丝刷清除加热产生的氧化皮及烟尘，预热温度为100-200。冬季实际操作时应高于该温度20-30，以保证施焊时所需温度，预热范围为坡口两侧各大于100 mm。4、焊接时应该注意的事项：、根焊采用纤维素焊条下向焊方法，填充焊和盖面焊均采用药芯
15、焊丝半自动下向焊方法。该方法由于在根焊后用手工操作进行清根，清根后的焊道不规则，半自动焊填充时容易出现缺陷，主要是夹渣和未熔合。、由于管径大，为保证焊接受热均匀，避免因受热不均匀造成的错边量加大，施焊时需由2名焊工从12点位置对称向下施焊至6点位置。、半自动焊起弧时，焊丝应伸出导电嘴50100 mm。重新起弧时应把伸出的焊丝剪掉，这样更容易起弧。焊接过程中应当保持焊丝的伸出长度，仰焊时可将焊丝伸出长度适当加长1020 mm，但不宜太长，以免因焊丝太长造成过热发红，使焊丝药芯的合金元素烧损，从而降低焊逢的力学性能。、根焊与填充焊之间的时间间隔不宜超过5分钟，层间温度不小于100。、填充焊道以低于母材0.5 mm为宜，焊丝在坡口内适当摆动，使坡口两侧融合良好，但不能破坏坡口。、每层焊接结束后，需用砂轮机及钢丝刷将焊缝表面的焊渣及表面缺陷清除干净。、焊接初学者不宜采用热接法进行焊道接头的连接，尤其是根焊时应防止接头处造成夹渣及未焊透等缺陷，焊道接头处应用砂轮机磨削后再进行焊接。、盖面焊接时适当摆动电弧，使坡口两侧母材充分熔化，以减少焊接缺陷，保证焊缝顺直，但不能摆动过大，避免造成焊缝中心凹陷。收弧时应适
