賈永亮　李建民

摘要:隨著天然氣管道施工技術(shù)的不斷提升,管線的建設(shè)和運行對焊接質(zhì)量、焊接效率和焊接技術(shù)水平都提出了更高的要求。由于天然氣管道的焊接技術(shù)水平直接關(guān)系到管線運行期間的工程質(zhì)量、工程安全和經(jīng)濟效益,我們有必要對天然氣管道施工中的焊接技術(shù)進行探討。本文主要介紹了目前天然氣管道施工中的手工焊、半自動焊和自動焊焊接技術(shù)。

關(guān)鍵詞:天然氣;管道施工;焊接技術(shù)

截止2006年,世界油氣管道的總長度已超過2.7×106km,并在以每年大約3%的速度增加。與此同時,我國天然氣管道的建設(shè)已經(jīng)進入蓬勃發(fā)展時期。隨著天然氣管道施工技術(shù)的不斷提升,天然氣管線的建設(shè)和運行對焊接質(zhì)量、焊接效率和焊接技術(shù)水平都提出了更高的要求。由于天然氣管道的焊接技術(shù)水平直接關(guān)系到管線運行期間的工程質(zhì)量、工程安全和經(jīng)濟效益,因此我們有必要對天然氣管道施工中的焊接技術(shù)進行探討。

經(jīng)過多年的發(fā)展,在天然氣管道焊接技術(shù)中,我國已具有成熟的手工下向焊技術(shù),正在普及半自動焊接技術(shù),全自動焊焊接技術(shù)的應(yīng)用作為一種發(fā)展趨勢,正在研制和逐步推廣。本文主要介紹了目前天然氣管道施工中的手工焊、半自動焊和自動焊焊接技術(shù)。

1手工焊

我國在70年代采用傳統(tǒng)焊接方法--低氫型焊條手工電弧焊上向焊技術(shù);80年代開始推廣手工電弧焊下向焊技術(shù),主要為纖維素焊條和低氫型焊條下向焊。

手工下向焊是目前比較先進的管道手工焊接工藝,與傳統(tǒng)的向上焊工藝比較,下向焊采用小間隙、大鈍邊、小坡口角度的工藝參數(shù),焊接速度快、生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、節(jié)省焊材、操作難度小、抗風(fēng)能力強、適合在野外施工,被廣泛應(yīng)用在許多國家的天然氣管道施工中。

1.1纖維素下向焊

纖維素下向焊是目前國內(nèi)外普遍采用的手工焊接方法。其顯著特點是根焊適應(yīng)性強,因此普遍用于混合焊接工藝的根焊。該工藝有較大的熔透能力和優(yōu)異的填充間隙性能,對管子的對口間隙要求不很嚴(yán)格,焊縫背面成形好,氣孔敏感性小,容易獲得高質(zhì)量的焊縫,主要應(yīng)用于鋼材為 X70 以下的薄壁大口徑管道的焊接。但此焊接工藝焊條熔敷金屬擴散氫含量高,焊接時應(yīng)注意預(yù)熱溫度和層間溫度的控制,以防止冷裂紋的產(chǎn)生。

1.2低氫下向焊

低氫下向焊工藝的抗冷裂紋和沖擊韌性較纖維素型焊條好,焊縫質(zhì)量好,適合焊接較為重要的部件。但此工藝熔化速度較慢,工人掌握的難度較大,根焊的適應(yīng)性比纖維素焊條差,多用于填充蓋面的焊接。

2半自動焊

我國在20 世紀(jì) 90 年代初從美國引進了自保護半自動焊設(shè)備和工藝,后陸續(xù)在突尼斯、蘇丹、澀寧蘭等工程中開始使用,是目前天然氣管道施工中重要的焊接方法。

半自動焊焊接工藝與手工下向焊比,勞動強度低,效率高,經(jīng)濟性好,焊接質(zhì)量好,工藝易掌握,但用于根焊時,焊縫質(zhì)量難以保證,因此主要用于管道的填充和蓋面焊道。 目前,在天然氣管道施工中,常見的半自動焊接技術(shù)主要有:

2.1CO2活性氣體保護焊

CO2活性氣體保護焊是一種廉價、高效、優(yōu)質(zhì)的焊接方法。由于傳統(tǒng)的短路過渡 CO2 焊不能從根本上解決焊接飛濺大、 控制熔深與成形的矛盾,目前自動焊的根焊主要采用STT半自動焊(屬于CO2氣體保護焊),它通過精確的基值和峰值電流和電壓控制,使熔滴過渡更利于成型,焊接過程穩(wěn)定,解決了飛濺問題和大口徑管道根部焊環(huán)節(jié)單面焊雙面成型的難題,可用于全位置單面焊雙面成形的打底焊。

STT 型 CO2 半自動下向焊技術(shù)工藝電弧燃燒穩(wěn)定、飛濺極少、根焊焊道成型好、焊縫接頭少、焊絲熔敷率高 (可達 95 %以上)、焊縫含氫量低、低溫沖擊韌性好、焊接速度快。但此工藝施焊風(fēng)速不能大于2m/s,現(xiàn)場焊接需要有防風(fēng)措施。

2.2自保護藥芯焊絲半自動焊

我國在90年代初開始推廣自保護藥芯焊絲半自動焊,在管狀焊絲內(nèi)部填灌焊藥,焊接時不必用保護氣體,利用管狀焊絲中所含合金元素及焊藥,在冶金過程中保護熔池,清除從熔池中進入熔池中氮的不良影響,從而獲得合格焊縫。

自保護藥芯焊絲半自動焊工藝性能優(yōu)良、電弧穩(wěn)定、熔敷效率高、全位置成形好、環(huán)境適應(yīng)能力強,綜合成本低,焊接合格率高(可以達到95 %以上 , 部分可達到 99 %以上),焊工易于掌握,特別適合戶外有風(fēng)場合。但方法在打底焊時, 焊根較易出現(xiàn)未熔合的缺陷,因此主要用來填充和蓋面。

3自動焊

自動焊即借助于機械和電氣的方法使整個焊接過程實現(xiàn)自動化。管道自動焊技術(shù)由于其焊接效率高,勞動強度小,質(zhì)量高而穩(wěn)定,焊接過程受人為因素影響小等優(yōu)勢,在大口徑、厚壁管道的焊接中具有很大潛力。但全自動氣體保護焊設(shè)備造價高、 維修困難,加之根部自動焊問題尚未解決,管端坡口整形機等配套設(shè)施尚未成熟,這些因素均限制了自動焊技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。

自動焊種類很多,目前用于現(xiàn)場比較成熟的自動焊技術(shù)主要有:

3.1實芯焊絲氣體保護自動焊接

實芯焊絲氣體保護自動焊是熔化氣體保護焊的一種,其原理是在可熔實芯焊絲與被焊金屬間形成電弧,而熔化焊絲與母材形成焊縫。實芯焊絲氣體保護自動焊接工藝對焊工要求較低,在國外廣泛應(yīng)用于大口徑、大壁厚的管道焊接領(lǐng)域。但實芯焊絲氣體保護自動焊接技術(shù)在野外作業(yè)時,要有防風(fēng)棚,且由于管道環(huán)縫為全位置焊接,對焊接裝備及控制系統(tǒng)要求較高。

3.2藥芯焊絲自動焊接

藥芯焊絲自動焊又分為藥芯焊絲自保焊和藥芯焊絲氣保焊,藥芯材料主要有礦物材料、鈦合金、透氣劑、穩(wěn)弧劑、造渣劑及還原劑等。其基本原理與實芯焊絲氣體保護焊相似。藥芯焊絲工藝與實芯焊絲工藝相比,熔敷速度快、經(jīng)濟性好、焊接韌性好、對管材適應(yīng)性好。

3.3電阻閃光對焊

電阻閃光對焊是壓力焊的一種,是在低電壓(12 V左右)和強電流(600～1200 A)交流電的作用下,使兩管端瞬間達到高溫,蒸發(fā)金屬以保護焊接區(qū),通過外加頂鍛壓力使熔化的管端形成連接接頭,從而實現(xiàn)焊接。

電阻閃光對接焊接技術(shù)工藝效率高、接頭質(zhì)量好、經(jīng)濟性好、適應(yīng)氣候能力強。但該工藝設(shè)備龐大、設(shè)備針對性強、一次性投資大、焊縫沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進行無損檢測,鑒于以上各方面的原因,閃光對焊的推廣和應(yīng)用受到很大的限制,還未在天然氣管道施工焊接中普及。

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作者簡介:賈永亮,男,1976年10月23日生,籍貫河南省新鄉(xiāng)市獲嘉縣,1996年畢業(yè)于焦作市建筑經(jīng)濟學(xué)校,2007年畢業(yè)于焦作大學(xué)會計學(xué)專業(yè),為焦作中燃城市燃氣發(fā)展有限公司助理工程師,現(xiàn)從事專業(yè)燃氣工程。

李建民,1971年7月15日生,籍貫河南省漯河市午陽縣。1993年6月畢業(yè)于河南城建高等?？茖W(xué)校給水排水專業(yè),為許昌騰飛市政工程集團有限公司總工程師,高級工程師,現(xiàn)從事專業(yè)建設(shè)工程。