【摘 要】 隨著石油天然氣及石油化工工業(yè)的發(fā)展，以西氣東輸工程為標志，長輸油氣管道越來越向大口徑、高壓力輸送方向發(fā)展。管道質(zhì)量對管道長期安全運行和使用壽命至關重要。而焊接技術(shù)是長輸管道建設中的關鍵技術(shù)。近年來我國在長輸管道的焊接加工技術(shù)方面已經(jīng)歷傳統(tǒng)的普通手工電弧焊接、手工焊條下向焊、半自動氣體保護焊技術(shù)，目前長輸施工中成熟的半自動氣體保護下向焊已廣泛推廣使用。隨著科學技術(shù)的進一步發(fā)展，自動焊已有了更進一步的發(fā)展和改善，將在工程施工建設中起到提高效率不可替代的作用。

【關鍵詞】 長輸；油氣管道；焊接方法；選擇應用；發(fā)展

1 長輸管道現(xiàn)場施工條件對焊接要求

在一些環(huán)境惡劣的地區(qū)，限制了先進的焊接技術(shù)的應用。比如一些山區(qū)地帶、水網(wǎng)地帶。水網(wǎng)地帶因空氣濕度大，對焊材的烘干、保管、使用要求嚴格，現(xiàn)場焊接多采用纖維素焊條手弧焊，原因是纖維焊條比低氫型焊條在同等條件下氣孔產(chǎn)生的傾向小。另一方面，山區(qū)地帶、水網(wǎng)地帶施工現(xiàn)場，自動、半自動焊接設備運用難度較大，而手工焊由于焊鉗小，操作靈活簡便，在滿足焊縫力學性能的前提下，可根據(jù)現(xiàn)場條件選擇可行的焊接方法。輸油、輸氣管道的焊接施工常在野外作業(yè)，作業(yè)環(huán)境相對惡劣，因地制宜選擇可行的焊接方法、選用合理的焊接工藝與加強質(zhì)量控制是管道運輸建設工程中的重要課題。

（1）野外流動施工對焊接質(zhì)量的影響。由于長輸管道隨進度的變化施工作業(yè)點發(fā)生變化，所以增加了焊接質(zhì)量的保證難度。

（2）氣候環(huán)境對焊接質(zhì)量影響。水網(wǎng)地帶、沼澤地域等施工環(huán)境，風、雨、溫度、濕度等自然環(huán)境對焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響。

（3）施工地形、地貌對焊接質(zhì)量的影響。由于長輸施工都會遇到各種地形地貌，其差異導致管焊縫位置多樣化，接口組對條件差，焊縫間隙不易控制，強制組對會產(chǎn)生較大約束應力，有的施工投用后甚至產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。所以因地制宜選擇不同焊接方法滿足工程需要。

（4）全位置焊接工況條件較多，施工場地狹窄、障礙物多，施焊不便。

（5）機械化的焊接方法在現(xiàn)場適用性差，先進焊接技術(shù)限制因素多。

2 長輸管材現(xiàn)場焊接要求

2.1材質(zhì)對焊接方法選用的要求

目前長輸大量使用碳鋼和低合金鋼。碳鋼管線焊接方法選用較多，但對低合金鋼焊接方法選擇要注意焊接線能量的輸入。X70以上的管線鋼要考慮焊絲的工藝性能、綜合力學性能的滿足程度。建議此類材質(zhì)選用手工電弧焊、某些特殊的自動焊接方法。對于輸送高含硫石油天然氣采用INCONY合金、雙相不銹鋼時，精確控制焊接如輸入量，對于SFA2205雙相不銹鋼，如果不能保證鐵素體含量在25%～50%之間，將影響管道的耐腐蝕要求，自動焊是這類管道的首選焊接方法。

2.2規(guī)格對焊接方法選用的要求

長輸管道施工管材規(guī)格、壁厚較多，對于小口徑管道通常手工焊條下向焊、手工鎢極氬弧焊較適宜，可采用手工氬弧焊打底，手工焊條下向焊填充蓋面；但對于大口徑厚壁管道，由于需大量增加焊接層道時，則考慮下向焊與上向焊結(jié)合的復合型焊接工藝。對于特殊條件限制或防腐蝕能力等特殊要求時，要根據(jù)具體要求和實際情況選用適宜的焊接方法。

3 結(jié)合國內(nèi)西南輸氣管道及中亞管道長輸淺談長輸管道焊接方法對比和應用

國內(nèi)外長輸管道施工中遇到的管道多自φ22.5×3.5～φ1219×30.2，了解先進技術(shù)、設備的推廣應用，結(jié)合長輸管道施工發(fā)展，合理選擇可行的焊接方法、選用合理的焊接工藝，對于施工建設中管控質(zhì)量、建設安全、掌控全局越來越起著至關重要的作用。

3.1中亞管道長輸淺談長輸管道焊接方法應用

烏-中天然氣管道項目是中亞天然氣管道項目的一部分，管道起于土烏邊境，至于烏哈邊境，中亞管道工程是我國能源戰(zhàn)略調(diào)整的重要部分，是國家新時期的鋼鐵絲綢之路，也是中國石油集團公司建設國際化能源大公司具有里程碑意義的一個重大項目，屬沙丘地帶。

圖1 現(xiàn)場焊接

該工程由中國石油工程建設公司總承包，由中國石油管道局設計院設計，英國摩的監(jiān)理公司進行監(jiān)理，烏國質(zhì)量監(jiān)督局進行質(zhì)量監(jiān)督，施工質(zhì)量要求高。

設計方采用ASME、API等國際標準規(guī)范和前蘇聯(lián)有關標準規(guī)范及烏國的有關法律法規(guī)；

工藝管道主要介質(zhì)為天然氣，設計壓力為9.85Mpa，管道及管件主要材質(zhì)為API 5L X70、API5L X60、API 5L GR. B、不銹鋼等。其中材質(zhì)為API 5L X70、API 5L X60 管道管徑大、管壁厚度大、焊接難度高、厚壁管道焊后需進行熱處理，屬易燃易爆介質(zhì)、高壓管道。大口徑管道主要規(guī)格包括φ 1219×30.2、φ 1067×25.4、φ 1067×19.1、φ 914×25.4等；

外部依托與施工前背景：本工程焊接量大，海外施工，社會依托條件差，不可預見因素多，施工組織困難；在以往的試焊中，多道焊接應力過大，曾出現(xiàn)焊后根部開裂現(xiàn)象，氣孔、未熔合、夾渣等缺陷出現(xiàn)頻率較高。且其它小口徑管道焊接存在當?shù)貧鍤赓Y源不足、切割用氣源不足、社會依托條件差等諸多困難，更增加了工期實現(xiàn)的困難；在現(xiàn)場安裝條件下進行焊接，存在諸多不利因素，施工采用ASME、API等國際標準規(guī)范和前蘇聯(lián)有關標準規(guī)范及烏國的有關法律法規(guī)，100%射線無損檢測，焊后需進行熱處理，施工工序多，因此焊接質(zhì)量對工期的按時實現(xiàn)具有舉足輕重的作用。

經(jīng)過現(xiàn)場經(jīng)理和管理人員分析論證，本工程焊接量大、社會依托條件差。因此焊接方法選用，固定口留置是否適宜，避免強力組對導致焊后開裂等考慮尤其重要，經(jīng)過現(xiàn)場合理調(diào)整，將大管道的固定口選在了45度斜口處，根據(jù)管道規(guī)格、施工環(huán)境、現(xiàn)場條件，選用了以藥芯焊絲自保護半自動下向焊為主，因地制宜添加纖維素焊條下向焊、手工電弧焊、氬弧焊焊接方法。焊接方法包括氬弧焊、手工電弧焊上向焊接、氬電聯(lián)焊、氣體保護半自動下向焊及下向焊與上向焊結(jié)合的復合型焊接工藝等。根據(jù)現(xiàn)場選用的焊接方法做好焊接工藝評定，編制焊接作業(yè)工藝指導書、選拔合格焊工、做好焊前培訓、嚴格進行焊接作業(yè)的質(zhì)量監(jiān)督檢查，實施質(zhì)量改進，避免了焊后根部開裂現(xiàn)象出現(xiàn)，降低氣孔、未熔合、夾渣、燒穿等缺陷的出現(xiàn)頻率，確保施工工藝先進、施工質(zhì)量上乘，焊接工程目標圓滿實現(xiàn)。

圖2 現(xiàn)場斜450焊口焊接

斜450碰口焊口焊接方法選擇：采用纖維素焊條下向焊/氬弧焊（聯(lián)頭焊口）進行根部焊道焊接，自保護藥芯焊絲半自動下向焊進行填充焊和蓋面焊；對于三通、彎頭等管件組對的斜450焊口，考慮半自動下向焊焊把操作中有一定不便，選用氬弧焊進行根部焊道焊接，手把焊進行填充焊和蓋面焊；考慮聯(lián)頭焊口內(nèi)部管道清理困難或無法進行，故選用氬弧焊進行根部焊道焊接，半自動下向焊/手把焊進行填充焊和蓋面焊。以上焊接過程均采用雙人對稱焊接，聯(lián)頭焊口需注意選用合適電流進行第二遍的焊接/熱焊，防止燒穿缺陷的產(chǎn)生。

3.2國內(nèi)外長輸施工常用焊接方法優(yōu)缺點比較

3.2.1手工電弧焊特點：①設備簡單；②能進行全位置焊接適合焊接多種材料，焊鉗小，操作靈活方便；③不足之處是生產(chǎn)效率低、勞動強度大；

3.2.2氬弧焊特點：①通過保護氣體的保護作用，易獲得較高質(zhì)量的焊縫，背部焊縫無需清渣，易保證管內(nèi)清潔度；②在很小電流情況下仍可穩(wěn)定燃燒，特別適用于薄板材料焊接；③熱源和填充焊絲可分別控制，可進行全方位焊接，也是實現(xiàn)單面焊雙面成型的理想方法；④由于填充焊絲不通過電流，故不產(chǎn)生飛濺，焊縫成型美觀。⑤交流氬弧焊可成功地焊接一些化學活潑性強的有色金屬，如鋁、鎂及合金；⑥熔敷速度小、熔深淺、生產(chǎn)率低；⑦生產(chǎn)成本較高；⑧氬弧周圍受氣流影響較大，不易室外工作。

3.2.3纖維素焊條下向焊：①焊接速度快，效率高；②單面焊雙面成形技術(shù)，焊縫根部成形飽滿，電弧吹力大，焊道背面成形美觀，抗風能力強，適于野外作業(yè)。③減少焊接材料的消耗，綜合成本低；④由于采用多層多道焊，焊接速度快，線能量小，焊縫結(jié)晶組織細小，力學性能好，熱影響區(qū)亦小，因而接頭的綜合性能優(yōu)于“向上焊”工藝。

3.2.4藥芯焊絲自保護半自動下向焊：①質(zhì)量好，半自動焊可降低焊縫中的氫含量。同時，半自動焊熱輸入高，可降低焊縫冷卻速度，有助于氫的逸出及減少和防止出現(xiàn)冷裂紋；②效率高，藥芯焊絲把斷續(xù)的焊接過程變?yōu)檫B續(xù)的生產(chǎn)方式；③熔化速度比纖維素手工下向焊提高15%～20%，焊渣薄，脫渣容易，減少了層間清渣時間；④綜合成本低，僅是手弧焊的一半。

4 輸油、輸氣長輸管道焊接的發(fā)展狀況、現(xiàn)場焊接方法前景

圖3 管道自動焊焊接

輸油、輸氣管道的焊接施工常在野外作業(yè)，傳統(tǒng)的管道焊接操作技術(shù)均為向上施焊。操作時以平、仰焊點為界將環(huán)形焊口分成對稱的兩個半圓形焊口，從環(huán)形焊口底部引弧，向頂部焊接，經(jīng)歷仰一立一平的焊接順序。由于焊接過程中焊接位置不斷變化，操作困難，常出現(xiàn)根部第一層焊透不均勻，焊縫表面凹凸不平的焊道，焊接速度慢，生產(chǎn)效率低。長輸管道下向焊技術(shù)自20世紀60年代引進我國以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前已具有成熟的手工下向焊技術(shù)，半自動氣體保護下向焊技術(shù)是目前普及應用的先進的管道焊接工藝。

5 結(jié)束語

目前在長輸管道現(xiàn)場焊接施工中，半自動焊占有相當?shù)谋壤?，展望中國管道建設的發(fā)展前景，除西氣東輸外，陜京管道、中俄管道、煤漿管道、LNG管道、哈中管道等已運行或開工建設管道用鋼向著高強度方向發(fā)展，需要更多的焊接技術(shù)支持。全自動氣體保護焊技術(shù)與下向焊技術(shù)的結(jié)合作為長輸管道焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢，將會在全國長輸管道建設中大力推廣。

自動焊技術(shù)由于焊接效率高，目前在普通管道試用階段統(tǒng)計為人工焊接的4～5倍，并且勞動強度小、焊接過程受人為因素影響小等優(yōu)點，將在大口徑厚壁管道建設中具有很大潛力。目前自動焊根焊技術(shù)已解決，焊接效率已出現(xiàn)顯著提高，隨著配套設施的進一步完善焊接效率將有進一步提高。小口徑管道可以采用手工焊進行焊接以外，在保證滿足管道設計的焊縫沖擊韌性要求下，閃光焊也將被引進普通管道焊接中，雙聯(lián)管焊接技術(shù)在條件允許的情況下，應推廣應用。自動焊由于其特有的優(yōu)點將成為管線施工的主要焊接方式。