崔 勇 張伯瑩

（1、中海油能源發(fā)展股份有限公司惠州石化分公司，廣東 惠州 516086；2、中海石油技術(shù)檢測(cè)有限公司，天津 300452）

1.引言

我國(guó)油氣輸送管道建設(shè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展已逐步過渡到現(xiàn)在機(jī)械化的時(shí)代。以“西氣東輸”工程為標(biāo)志，說明我國(guó)油氣管道建設(shè)已進(jìn)入蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。近年來，由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)對(duì)石油和天然氣的需求急劇增加，全國(guó)輸送油氣主干線和地區(qū)網(wǎng)絡(luò)分輸線的總長(zhǎng)度將達(dá)到l0萬公里，而傳統(tǒng)焊接方法和焊接工作量的加大，直接影響了管道建設(shè)的速度和質(zhì)量。油氣管道焊接工藝從手工上向焊，到手工下向焊到目前普遍采用的手工半自動(dòng)焊，經(jīng)過了相當(dāng)長(zhǎng)的發(fā)展過程。隨著中俄等過境管線的規(guī)劃實(shí)施與國(guó)外公司的競(jìng)爭(zhēng)等，都對(duì)我們傳統(tǒng)的管道施工技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。因此，盡快提高我們的管道焊接技術(shù)水平就是擺在我們面前的新課題。本文對(duì)此進(jìn)行了初步的分析與探討。

2 國(guó)內(nèi)外油氣管道焊接技術(shù)發(fā)展

國(guó)際上油氣輸送管道焊接施工以自動(dòng)焊接為主，焊條電弧焊為輔。代表性的油氣輸送管道自動(dòng)焊設(shè)備及工藝為美國(guó)的CRC-EVANS技術(shù)，和俄羅斯光對(duì)焊技術(shù)。美國(guó)CRC公司研制的CRC多頭氣體保護(hù)管道自動(dòng)焊接系統(tǒng)，焊接方法為實(shí)心焊絲熔化極氣保護(hù)焊和藥芯焊絲熔化極氣保護(hù)焊。法國(guó)等國(guó)也都研究應(yīng)用了類似的管道內(nèi)外自動(dòng)焊技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)已成為當(dāng)今世界大口徑管道自動(dòng)焊技術(shù)的主流。前蘇聯(lián)研制的管道閃光對(duì)焊機(jī)，焊接方法為電阻焊。這種工藝機(jī)組龐大，耗電量高，焊接效率高。受經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件的制約該項(xiàng)焊接技術(shù)已經(jīng)不再被采用。

我國(guó)油氣輸送管道環(huán)焊縫焊接技術(shù)在七十年代采用傳統(tǒng)焊接方法，上向焊的低氫型焊條電弧焊工藝，該方法的特點(diǎn)是管口組對(duì)間隙較大。焊接過程中采用斷弧操作法完成，焊接效率低，焊接質(zhì)量較差。八十年代推廣采用纖維素型焊條和低氫型焊條下向焊。該方法的特點(diǎn)是管口組對(duì)間隙小，焊接過程中采用大電流、多層、快速焊的操作方法來完成。焊層厚度薄，焊接效率高，并且通過對(duì)前面焊層的熱處理可提高環(huán)焊接頭的力學(xué)性能。焊條電弧焊具有靈活簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。同時(shí)由于焊條工藝性能的不斷改進(jìn)，其熔敷效率仍能滿足當(dāng)今管道建設(shè)的需要，在很多場(chǎng)合下是自動(dòng)焊方法所不能代替的。九十年代應(yīng)用自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝，該方法的特點(diǎn)是熔敷效率高，焊工易掌握，對(duì)施工環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，如今隨著油氣輸送管道建設(shè)用鋼管強(qiáng)度提高，在油氣輸送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)是焊接過程受人為因素影響小，焊接效率高，對(duì)于惡劣的氣候條件下的油氣輸送管道建設(shè)具有很大的潛力，現(xiàn)在正在逐步推廣使用。

3.油氣輸送鋼管焊接問題分析與展望

隨著油氣輸送管道鋼級(jí)的提高，在油氣輸送管道焊接過程中面臨著一些新的問題，首先是油氣輸送管道鋼的屈強(qiáng)比增加。隨著油氣輸送管道鋼強(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)的不安全性增大。這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)油氣輸送管道環(huán)焊接頭的焊接工藝和性能提出了與以往不同的要求，如要求焊接接頭具有高強(qiáng)匹配、更高的低溫沖擊韌性等性能。還有就是HAZ軟化現(xiàn)象。油氣輸送管道焊接過程中，由于焊后冷卻速度低于軋制冷卻期間的冷卻速度，晶粒長(zhǎng)大及微合金元素形成的第二相質(zhì)點(diǎn)溶解使得高等級(jí)的油氣輸送管道鋼的HAZ軟化。尤其是X80及以上級(jí)別油氣輸送管線鋼比較明顯，這對(duì)焊接工藝施工提出了較高的要求，要注意嚴(yán)格控制焊前預(yù)熱溫度，控制焊接熱輸入量在較小范圍內(nèi)。其次是油氣輸送管道焊接接頭與母材性能匹配問題。油氣輸送管道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)系較差，要與母材等韌是相當(dāng)困難的。最后就是現(xiàn)場(chǎng)焊接工作在地質(zhì)條件復(fù)雜的油氣輸送管道設(shè)計(jì)時(shí)，一般都要求焊接接頭的強(qiáng)度比鋼管的屈服強(qiáng)度高5%～10%。此時(shí)，當(dāng)油氣輸送管道承受外界負(fù)載時(shí)，環(huán)焊接頭僅是彈性應(yīng)變，可避免在焊接接頭發(fā)生應(yīng)力集中而斷裂。如果不能保證環(huán)焊接頭對(duì)管體的高強(qiáng)匹配，出現(xiàn)了低強(qiáng)匹配的情況，則環(huán)焊接頭往往因?yàn)槭菓?yīng)力集中部位而導(dǎo)致管線的早期破壞。通過大量試驗(yàn)表明，隨著油氣輸送管道鋼強(qiáng)度級(jí)別的提高，環(huán)焊接頭實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)匹配變得困難。另外，根焊的焊接技術(shù)也成為制約焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素。要能夠有效避免焊接裂紋和熔合不良，保證根部焊接質(zhì)量和高的焊接效率。

焊接在油氣管道建設(shè)中施工作業(yè)點(diǎn)隨著施工進(jìn)度而不斷遷移，與工廠產(chǎn)品生產(chǎn)相比，增加了施工管理、安全管理等方面的難度，還有就是不同區(qū)域施工。一條油氣輸送管道可能會(huì)遇到多種地形地貌、多種人文社會(huì)環(huán)境，并且油氣管道的焊接都是在野外自然環(huán)境中進(jìn)行的，受天氣因素影響很大，現(xiàn)場(chǎng)焊接施工時(shí)，需要根據(jù)不同的情況選擇相適應(yīng)的焊接方法，以保證焊接質(zhì)量和施工效率。目前國(guó)內(nèi)在油氣輸送管道焊接材料、方法、工藝和設(shè)備等應(yīng)用方面與國(guó)外的技術(shù)差距越來越小，自動(dòng)焊技術(shù)已基本普及應(yīng)用。但是國(guó)內(nèi)的焊接材料多滿足于手工焊，而自動(dòng)焊絲和半自動(dòng)焊材自主研發(fā)、生產(chǎn)不足，相當(dāng)一部分還需要進(jìn)口。用于打底的自動(dòng)根焊電源國(guó)內(nèi)還沒有生產(chǎn)。因此，國(guó)內(nèi)在油氣輸送管道焊接技術(shù)方面還有很大的提升空間，油氣輸送管道焊接用戶對(duì)焊接材料和設(shè)備的需求也會(huì)進(jìn)一步增加。

4.結(jié)語

總之，隨著國(guó)家能源戰(zhàn)略儲(chǔ)備的開工建設(shè)，我國(guó)大型油氣輸送管道建設(shè)將大幅增加，對(duì)油氣輸送管道施工和建設(shè)將面臨更大挑戰(zhàn)，油氣輸送管道焊接的現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，影響焊接質(zhì)量的因素很多，未來的油氣輸送管道建設(shè)，為獲得施工的高效率和高質(zhì)量，數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化控制將是油氣輸送管道焊接的重要發(fā)展趨勢(shì)。我們需要積極研制開發(fā)焊接新技術(shù)工藝設(shè)備，為未來的油氣輸送管道建設(shè)做準(zhǔn)備。

[1]史耀武.嚴(yán)酷條件下的焊接技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000，1～3.

[2]曲文卿.油氣管道缺陷評(píng)定方法的進(jìn)展.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2002，21（7）,3～8.

[3]馬良.海洋油氣管道工程.北京：海洋出版社，1987，1～30.

[4]曲文卿，張鵬等.石油天然氣輸送管道底缺陷評(píng)定方法及應(yīng)用.焊管，2002，25（2）：1～6.