孔劍
【摘要】我國(guó)管道建設(shè)從無(wú)到有,從小到大,已經(jīng)形成了一個(gè)橫貫東西的大格局,并且有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)。特別是西氣東輸三線的開(kāi)工,為油田建設(shè)企業(yè)提供了廣闊的市場(chǎng)空間。本文主要就油氣管道建設(shè)有關(guān)問(wèn)題,進(jìn)行了綜合性的技術(shù)分析。
【關(guān)鍵詞】管道建設(shè) 焊接處理 工藝技術(shù)
一、焊接工藝的確定
(一)打底焊工藝
使用纖維素焊條手工焊纖維素下向焊焊條的藥皮中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω為30%~50%的有機(jī)物、纖維素,具有極強(qiáng)的造氣功能,焊接時(shí)在電弧熱的作用下可以分解出大量的CO和CO2氣體,在保護(hù)電弧和熔池金屬的同時(shí),顯著增加了電弧吹力,保證了熔滴在全位置焊接時(shí)向熔池的穩(wěn)定過(guò)渡,還可阻止鐵水和液態(tài)熔渣的下淌,同時(shí)還有較大的熔透能力和優(yōu)異的填充間隙性能,對(duì)管子的對(duì)口間隙要求不很?chē)?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,因此特別適合打底焊。
(二)填充、蓋面焊工藝
使用鐵粉低氫型焊條手工焊使用鐵粉低氫型向下焊條進(jìn)行填充、蓋面焊無(wú)論在國(guó)內(nèi)和國(guó)外都有許多成功的范例,其靈活簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)勞動(dòng)力資源相對(duì)豐富的條件下,更得到了充分的發(fā)揮。特別是近年來(lái)焊條工藝性能的改進(jìn),其熔敷效率、力學(xué)性能指標(biāo)等均能滿足當(dāng)今管道建設(shè)的需要,在焊接自動(dòng)化率要求不高的場(chǎng)合是十分適用的。
二、管道建設(shè)特點(diǎn)對(duì)焊接設(shè)備應(yīng)用的影響
管道建設(shè)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在施工現(xiàn)場(chǎng)不在固定的區(qū)域,施工環(huán)境復(fù)雜且多變,全位置焊接操作,施工固定條件不穩(wěn)定,和應(yīng)用的焊接工藝種類(lèi)多等幾個(gè)方面這些特點(diǎn)影響著焊接施工用焊接設(shè)備的選型。管道建設(shè)屬于典型的野外施工作業(yè),其作業(yè)點(diǎn)沿著管道的走向不斷遷移,焊接工作的難度可想而知,而采用流水作業(yè)或單兵作業(yè)的方式,更為這種模式的推進(jìn)帶來(lái)了困難。因此,焊接設(shè)備也需要隨著作業(yè)地點(diǎn)的改變而來(lái)斷移動(dòng),這就對(duì)焊接設(shè)備的質(zhì)量、體積、抗震等方面有所要求。
(1)在不同地形地貌、不同氣候條件,不同管徑、不同壁厚和不同旗工技術(shù)能力等條件下,對(duì)管道施工要采取的焊接工藝選擇是不一樣的。目前管道建設(shè)過(guò)程中采用的焊接工藝主要有纖維素型焊條下向電弧焊(SMAW),低氫焊條一向電弧焊(SMAW),自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)電弧焊,高性能焊機(jī)的CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)焊或自動(dòng)焊?,F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的焊接設(shè)備應(yīng)能夠適應(yīng)上述一種或多種焊接工藝。
(2)所要焊接的鋼管是水平固定的,管道焊接施工都是全位置的焊接操作。這對(duì)焊接設(shè)備、焊接材料和焊工操作水平都提出了較高的要求,需要焊接人員以更高的水平和更精細(xì)的焊接耐心。
(3)為提高管道建設(shè)速度,需要盡量縮短管口組對(duì)和根部焊接的時(shí)間,即在前一道焊口完成根部焊接進(jìn)行熱焊的同時(shí),進(jìn)行下一道焊口的管口組對(duì),這樣做可以提高效率,但是管子不能穩(wěn)定地固定,會(huì)產(chǎn)生一定的附加應(yīng)力。因此,選擇根焊焊接設(shè)備和焊接工藝的原則就是盡量快速地實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型,從而保證根焊層的厚度。
三、油氣管道焊接設(shè)備的選擇特點(diǎn)
(一)工藝適應(yīng)性好
針對(duì)長(zhǎng)輸管道建設(shè)常用的幾種焊接工藝,焊接設(shè)備應(yīng)具有良好的工藝適應(yīng)性。對(duì)于纖維素型焊條焊接,還應(yīng)保證小電流全位置焊接操作時(shí)飛濺小、引弧容易,有足夠大的電弧推力利于單面焊雙面成型。對(duì)于自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊,應(yīng)保證送絲平穩(wěn),飛濺小。對(duì)于CO2或富氬氣保護(hù)自動(dòng)焊,焊接電源應(yīng)具有熱起弧和電流衰減功能,應(yīng)能保證每臺(tái)焊接電源的外特性曲線一致,整套設(shè)備操作方便,焊接規(guī)范易于修改。
(二)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng),可靠性高
我國(guó)管道施工的大部分地區(qū)多為戈壁和荒漠,冬季嚴(yán)寒,夏季炎熱,風(fēng)沙大,晝夜溫差大;西北部地區(qū)多為高原和丘陵,氣溫、氣壓總體偏低、空氣密度小;中部地區(qū)主要為山脈、黃土和山間平原,山勢(shì)陡峭,河谷彎曲,地形起伏大;東、南部地區(qū)則是高溫、多雨、湖濕的氣候條件。因此,焊接設(shè)備應(yīng)具備良好的在不同惡劣環(huán)境條件下的適應(yīng)性,抗嚴(yán)寒,耐高溫,抗顛簸,防湖、耐風(fēng)沙,耐高原缺氧等。野外施工時(shí),每天的焊接時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10-12小時(shí),焊接設(shè)備一旦發(fā)生故障,將極大地影響施工進(jìn)度和施工成本,特別是流水作業(yè)方式的施工,會(huì)發(fā)生大面積的窩工現(xiàn)象。因此,管道現(xiàn)場(chǎng)焊接施工更愿意選擇功能簡(jiǎn)單,可靠性高的專(zhuān)機(jī)類(lèi)設(shè)備組合成為一套的施工設(shè)備的機(jī)具。
四、管道焊接的技術(shù)應(yīng)用
管道焊接施工中使用的焊接設(shè)備主要為適合于纖維素焊條、低氫焊條和自保護(hù)藥芯焊絲的逆變式直流電源和適合于CO2焊的脈沖直流電源。
(一)纖維素焊條用焊接設(shè)備
纖維素焊條的焊接電流值較小,但是它的電壓值較大(30-35V)。使用一般的直流焊機(jī)進(jìn)行焊接,在小電流時(shí)易出現(xiàn)斷弧、粘條、電弧不穩(wěn)等問(wèn)題。目前,針對(duì)纖維素焊條焊接而研制開(kāi)發(fā)的焊接電源種類(lèi)很多,但在管道中得到成功應(yīng)用的并不多。管道焊接施工中常用的焊接電源有美國(guó)林肯公司的DC—400,濟(jì)南奧太集團(tuán)的ZX7-400ST,另外美國(guó)MILLER公司的XMT-340,北京時(shí)代集團(tuán)公司的ZX7-400B(PE21-400)等焊接電源也有應(yīng)用。
(二)低氫型焊條用焊接設(shè)備
低氫型焊條對(duì)弧焊設(shè)備的要求較低,一般的直流弧焊設(shè)備即可滿足要求。在長(zhǎng)輸管道建設(shè)中,一般采用與纖維素焊條焊接相同的焊接電源。
(三)CO2氣體保護(hù)焊用焊接設(shè)備
自動(dòng)焊的情況下,則還要求焊接電源的外特性曲線能夠與控制系統(tǒng)的控制特性相協(xié)調(diào)。成焊口根部的單面焊雙面成型,自動(dòng)焊則用來(lái)完成從根部焊到蓋面的全部焊接過(guò)程。在半自動(dòng)焊的情況下,具有脈沖功能的焊接電源匹配送絲平穩(wěn)的送絲機(jī)構(gòu),更容易保證全位置的焊接操作和焊縫的焊接處迅速成型。
五、管道合攏工藝當(dāng)一個(gè)作業(yè)機(jī)組
將若干鋼管焊接成一段管道后,就要和另一個(gè)作業(yè)機(jī)組焊成的另一段管道進(jìn)行連接,俗稱(chēng)合攏。由于此時(shí)進(jìn)行的是所謂的封閉連接,因此不能使用管端坡口整形機(jī)來(lái)加工坡口。又由于此時(shí)需要連接的長(zhǎng)度并非是一根鋼管的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度,因此還要對(duì)鋼管進(jìn)行切斷并在切斷鋼管的同時(shí)加工出坡口。這道工序通常使用鋼管火焰自動(dòng)切割機(jī)。
總之,管道焊接施工既有平原大機(jī)組流水作業(yè),也有山區(qū)小機(jī)組流水作業(yè),還有溝下或水網(wǎng)地帶單兵作業(yè)。在這些不同的作業(yè)方式中,施工作業(yè)面寬,焊接點(diǎn)分散,技術(shù)人員不可能對(duì)每一臺(tái)焊接設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié),為此,焊接設(shè)備的控制面板應(yīng)操作簡(jiǎn)單、易于讓人理解,方便調(diào)節(jié),從而在保障生產(chǎn)順利進(jìn)行中發(fā)揮積極作用。endprint