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        天然氣管道焊接技術(shù)分析

        2018-01-16 22:56:04張向陽
        設(shè)備管理與維修 2018年1期
        關(guān)鍵詞:焊條熔池坡口

        張向陽

        (西安西北石油管道有限公司,陜西西安 710018)

        0 引言

        在天然氣管道焊接技術(shù)中,有必要開展管道工程專業(yè)焊接技術(shù)的研究,努力提升焊接技術(shù)水平??梢哉f,這是整個(gè)工程得以自始至終、全面高效率施工的關(guān)鍵所在。比較通用的集中焊接方法包括:焊條電弧向下立焊、全自動(dòng)氣體保護(hù)向下立焊技術(shù)以及半自動(dòng)自保護(hù)焊等。研究焊條電弧向下立焊、半自動(dòng)自保護(hù)焊這2種工藝,討論管道焊接材料在直徑508 mm、壁厚10.3 mm的管道焊接中的應(yīng)用。

        1 天然氣管道常用焊接技術(shù)

        1.1 向下立焊

        向下立焊是從管道頂部引弧,然后按照從上到下的順序進(jìn)行焊接,非常適合流水作業(yè),有3個(gè)特點(diǎn)。

        (1)焊接速度快。這主要是因?yàn)?,采用焊條鐵液的濃度相對要低一些、不淌渣,一般會(huì)比由下向上施焊的效率提高整整一倍。

        (2)質(zhì)量很好。一般來說,纖維的素焊條焊接在根部位置,往往能夠成形飽滿,電弧吹力足夠大,能夠均勻穿透,最終足夠美觀,焊接之后抗風(fēng)能力極強(qiáng),這樣的特點(diǎn)也就決定了這種工藝被利用于野外天然氣管道敷設(shè)時(shí)會(huì)十分方便。

        (3)節(jié)省焊接耗材。事實(shí)證明,焊條的消耗量能夠大降低20%~30%。

        1.2 半自動(dòng)保護(hù)焊

        半自動(dòng)保護(hù)焊主要是利用藥粉燃燒和分解后產(chǎn)生的氣體來對焊接區(qū)和電弧進(jìn)行保護(hù),焊絲中會(huì)加入穩(wěn)弧劑,具備4個(gè)主要特點(diǎn)。

        (1)更好的焊接質(zhì)量。采用半自動(dòng)焊能夠有效降低處在焊接縫之中的含氧量。此外,一般半自動(dòng)焊的方式熱輸入高,但是焊縫冷卻速度卻慢得多,這對于氫的溢出以及對冷裂紋的減少和預(yù)防,具有很好效果[2]。

        (2)較高的效率。通常情況下,采用藥芯焊絲能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)焊接,整個(gè)的熔敷量比較大并減少了手工焊接的麻煩,同時(shí)提升了焊接速度。最終焊接結(jié)束后,能夠?qū)崿F(xiàn)焊渣較薄且脫渣時(shí)相對簡單,縮短了脫渣環(huán)節(jié)所耗費(fèi)的時(shí)間。

        (3)耗費(fèi)的成本較低。半自動(dòng)焊接的設(shè)備往往具備很好的通用性,能夠?qū)崿F(xiàn)半自動(dòng)焊,當(dāng)然對于手弧焊以及其他的焊接方法也很有效,整個(gè)藥芯在使用時(shí)效率很高,焊接的坡口相對更小,縮減了對于填充金屬的使用量,提升了焊接速度,大大壓縮了以往所需的成本。

        (4)全位置成形好。具備很好的環(huán)境適應(yīng)能力,學(xué)習(xí)簡單。另外,整個(gè)工藝焊接過程當(dāng)中,不需要額外加入保護(hù)氣體,僅僅借助自身焊接過程當(dāng)中的化學(xué)反應(yīng)就能夠?qū)崿F(xiàn)脫氧、去氫及去氮的作用,大大提升了焊接處的抗風(fēng)效果,能夠很好滿足野外作業(yè)的需要[3]。

        2 天然氣管道焊接工藝

        2.1 焊接設(shè)備的選擇

        通常會(huì)使用DC-400焊機(jī)進(jìn)行半自動(dòng)自保護(hù)焊,選擇ZX70-400B直流焊機(jī)作為焊條電弧焊接設(shè)備。

        2.2 焊接參數(shù)

        通常情況下,焊接的參數(shù)如表1所示。

        表1 焊接參數(shù)表

        2.3 焊前預(yù)熱

        焊前預(yù)熱主要是為了避免天然氣管道根部出現(xiàn)冷裂紋的情況,可以說整個(gè)管道焊接施工的余熱溫度范圍,應(yīng)當(dāng)綜合照顧到母材的強(qiáng)度和整個(gè)的組織性能的特定變化規(guī)律,以及整個(gè)管道的直徑和壁厚,還應(yīng)當(dāng)考慮材料當(dāng)中的含氫量。由于多層焊一般會(huì)在鋼管壁厚度較大的管道上使用,所以,需要考慮焊接道層之間的溫度,并盡量減緩縫區(qū)溫度的下降。一般來說,層間的溫度大致貼近預(yù)熱的溫度,應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)近縫區(qū)的溫度過高,還應(yīng)當(dāng)注意避免出現(xiàn)一些冷裂紋。在焊接時(shí),預(yù)熱溫度保持在(100~150)℃。預(yù)熱完成后立即進(jìn)行焊接作業(yè)。在預(yù)熱后如果關(guān)口位置出現(xiàn)污染問題,則應(yīng)當(dāng)在清除掉污染后再次進(jìn)行預(yù)熱流程,此外,還應(yīng)當(dāng)維持曾建焊接溫度并大致維持在(100~150)℃[4]。

        2.4 坡口制備以及焊接

        (1)坡口制備以及焊接前的準(zhǔn)備工作。這是焊接前需要進(jìn)行的一個(gè)關(guān)鍵步驟,主要?jiǎng)澐譃槠驴诘慕嵌?、間隙等幾大要素。①首先需要使用鋼絲將坡口以及內(nèi)側(cè)表面≥25 mm范圍內(nèi)的污垢、雜質(zhì)清理干凈,使金屬光澤露出;②組隊(duì)前要先修磨坡口,確保坡口的鈍邊和角度可以達(dá)到焊接要求;③焊接作業(yè)前,要將鋼管的2段15 mm以內(nèi)的螺旋焊縫使用砂輪機(jī)打磨成緩坡,保證焊道熔合效果可以達(dá)到預(yù)期要求;④要根據(jù)焊接工藝要求確定裝配尺寸。圖1為管對接坡口。

        (2)采用手工向下立焊的方法進(jìn)行打底焊作業(yè)。蓋面層和填充層使用向下立焊自我保護(hù)焊接的方法進(jìn)行作業(yè)。使用管材直徑保持在580mm左右。施工時(shí)安排兩名焊工開展作業(yè),以免出現(xiàn)焊接變形的情況[5]。

        至于根焊,則建議借助焊條電弧向下立焊的方法,焊條適宜選用E6010高纖維素鈉型藥皮向下立焊條。此處可確保吹力更大的電弧,單面焊雙面成形,較少出現(xiàn)熔渣,比較容易清除,而且焊波能夠美觀成形,速度也比較快。所選用的熔敷金屬力學(xué)性能,能夠確保不會(huì)出現(xiàn)太多的氣孔,并具備很好的抗裂性,是一種管線現(xiàn)場環(huán)縫全位置向下立焊接的專屬使用焊條,焊接上大多采用直流反接。進(jìn)行焊接的時(shí)候盡量由2個(gè)焊工一起操作。

        在完成根焊后,應(yīng)當(dāng)在熱態(tài)下迅速實(shí)施半自動(dòng)自保護(hù)焊熱焊道,此間需要注意不進(jìn)行橫向擺動(dòng)。此外,在進(jìn)行焊接的時(shí)候還應(yīng)當(dāng)盡量做到避免焊絲過長,確保中間層以及蓋面層不會(huì)出現(xiàn)橫向擺動(dòng),為穩(wěn)定熔化坡口的側(cè)面邊緣位置,應(yīng)當(dāng)確保擺動(dòng)的幅度能夠>坡口的寬度,當(dāng)然也要留意焊接的頻率問題,焊接方向如圖2所示。

        圖1 管對接坡口

        圖2 根焊和熱道焊焊接方向

        3 向下立焊焊接缺陷及預(yù)防措施

        3.1 氣孔

        在進(jìn)行焊接時(shí),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)氣孔,影響焊接質(zhì)量。一般來說出現(xiàn)氣孔主要是由于蓋面焊接過程中,熔池的溫度過高,導(dǎo)致焊接時(shí)吸附了大量的空氣。同時(shí)也會(huì)由于暴動(dòng)幅度過大導(dǎo)致溶池保護(hù)不到位。為了防止出現(xiàn)這一情況,在進(jìn)行蓋面焊接時(shí),焊接電流要略低于中間層,并采用短弧焊的焊接方法進(jìn)行施工。施工時(shí)要提高焊接速度,防止表面有氣孔出現(xiàn)。云跳速度要減緩,使熔池中的氣體可以充分溢出。進(jìn)行焊接時(shí),不能讓熔池超前,應(yīng)及時(shí)清理坡口,尤其是避免出現(xiàn)油污或漆。對焊材進(jìn)行防潮處理,需及時(shí)烘干,備用,避免長期暴露在外,造成后期使用不方便,如果遇到了風(fēng)雨交加的惡劣天氣,則應(yīng)當(dāng)加大保護(hù)措施,減少氣體進(jìn)入熔池的機(jī)會(huì)。

        3.2 夾渣

        在焊接過程中,要做好焊渣清理工作,并對焊接流程進(jìn)行規(guī)范,安排專人進(jìn)行清渣和打磨,保證焊道清潔。及時(shí)將接頭點(diǎn)磨平,并形成U形槽,此外,在焊接過程中要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇電焊條,避免出現(xiàn)W形槽。

        4 結(jié)束語

        在天然氣管道的焊接過程中,會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題,因此,需要掌握良好的焊接工藝,使用合適的焊接設(shè)備,并按操作規(guī)程施工,才能改變管道焊接技術(shù)現(xiàn)狀,更好地為天然氣管道敷設(shè)服務(wù)。

        [1]劉維洋.壓力管道焊接熱影響區(qū)裂紋擴(kuò)展研究[D].成都:西南石油大學(xué),2017.

        [2]王進(jìn).X80高強(qiáng)鋼組織及焊接工藝研究[D].成都:西南石油大學(xué),2014

        [3]胡忠文,陳斐.長輸天然氣管道激光—電弧復(fù)合焊接工藝[J].油氣田地面工程,2014(12):103-104.

        [4]孔德軍,馬永超.石油天然氣管道的焊接工藝概述及其發(fā)展分析[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013(14):229.

        [5]王永強(qiáng),謝黎明.壓力管道焊接質(zhì)量控制方法研究[J].機(jī)電信息,2012(6):170-171.

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