孔令飛

中海油石化工程有限公司 山東濟南 250000

《中長期油氣管網規(guī)劃》指出，2020年我國長輸管道為16.9萬公里，到2025年將提升至24萬公里。近年來，隨著長輸管道建設規(guī)模不斷擴大，質量事故也隨之增多，其中管道焊接缺陷是引發(fā)事故的重要誘因，改進焊接方法、提升焊接質量尤為重要。

1 焊接方法選擇分析

1.1 半自動焊

20世紀90年代，國內管道焊接開始引進自保護藥芯焊絲半自動焊技術(以下簡稱半自動焊)[1]。與傳統(tǒng)焊接方法相比，半自動焊的焊接效率有所提升，且焊道成形效果更好、材料利用率更高。

（1）優(yōu)點。實踐證明，較大管徑管子采用半自動焊不僅能夠提升工作效率，而且具備根焊效果好、焊接質量穩(wěn)定、焊絲無需烘烤等優(yōu)點，與此同時也降低了焊工的勞動強度。

（2）缺點。①該方法無外加氣體保護，氣體是在施焊過程中產生的。在熔池內產生的氣體釋放不均勻，導致金屬熔滴得不到很好保護，空氣中的氮氣無法避免接觸焊接區(qū)域，不僅會對焊道的沖擊韌性和延展性產生不良影響，也易造成氣孔和裂紋等缺欠的產生。②焊絲配合比和藥粉質量均對焊接造成影響。在實際的焊絲生產過程，受藥粉特性限制，藥粉填充沒有理論上均勻，可能造成焊接斷續(xù)和穩(wěn)定性差，導致焊縫力學性能產生不良影響。③當高鋼級管道采用半自動焊時，焊道的沖擊韌性受母材成分、焊絲質量、空氣濕度等因素影響，這些因素很難控制。

1.2 全自動焊

全自動焊是在管子相對靜止狀態(tài)下，將相關數據錄入焊接設備，通過電弧追蹤和數據處理，實現管道焊速、焊絲、電壓等相關數據的精準控制。全自動焊技術借助設備，對施工人員要求不高，焊工只起輔助作用。全自動焊能確保熱輸入量符合工藝規(guī)程要求，進而保證焊道的沖擊韌性和延展性。

某施工單位對不同鋼材供應商和壓力管道供應商組合管道的環(huán)向焊縫質量進行統(tǒng)計，試驗溫度為零下10℃，鋼管為X80材質，采用全自動焊、進口和國產半自動焊三種技術，統(tǒng)計結果如下圖所示：

數據表明，全自動焊優(yōu)于半自動焊，兩種半自動焊技術均未達到合格標準，且離散度大。

1.3 經濟性分析

焊接成本由設備、材料和人工薪酬構成。全自動焊每機組每天的費用約為半自動焊的2.7倍，但焊接質量好、工作效率高，費用分攤至每道焊口約相差5%。研究表明，當管道焊接距離不足194.45公里時，半自動焊更為經濟；當管道焊接總里程超過194.45公里時，選用全自動焊技術更為合理[2]。

2 對口器選擇

大口徑、高級鋼管道作為大型焊接構件，其組對間隙、錯邊量、橢圓度等參數直接影響最終的焊接質量，選擇合適的對口器十分關鍵。

2.1 外對口器

管道外對口器自上世紀70年代開始應用，適用于手工焊和半自動焊，其結構簡單、成本較低，主要有液壓、螺桿和鏈式三種類型。

外對口器的優(yōu)勢：其一，成本較低、便于攜帶、使用簡單；其二，使用人工操作即可，無需外部能源供應；其三，適用于復雜環(huán)境，內對口器無法實用的沼澤、彎頭、彎管、陡坡等地段，外對口器都可使用。但外對口器的矯正精度不高，對于管道錯邊量、組對間隙和橢圓度無法精準控制，且焊工勞動強度高。

2.2 內對口器

內對口器是大口徑、高級鋼長輸管道焊接作業(yè)應用較為廣泛的設備，主要有氣動和液壓兩種類型。目前，內對口器漲緊力已超過20MPa，可大幅度降低橢圓度誤差，減少管道錯邊量、提升管道的組對精度，確保焊接參數符合焊接工藝要求，且設備操作方便，大幅降低了焊工的工作強度。

內對口器也有一定的局限性：首先，結構較為復雜，不能在水下等惡劣條件進行作業(yè)；其次，在管道“死口”、“彎頭”、“彎管”、“陡坡”、“沼澤”等地段無法使用；最后，內對口器費用較高，且需要外接能源供應，增加了施工成本。

3 全自動超聲波檢測

GB50369-2014指出，當采用全自動焊技術時，優(yōu)先選用全自動超聲檢測，使用射線檢測進行復核。全自動超聲波檢測和射線檢測對缺陷的判定標準存在差異，造成兩種判定結果時常會出現矛盾。相比之下，全自動超聲檢測對線型焊接缺陷檢出率更高，尤其在快速檢測、缺陷定位、未融合缺陷檢出等方面有明顯優(yōu)勢，可更好控制全自動焊質量?，F階段中國無損檢測資質核準還未覆蓋全自動超聲技術，也無相關機構對該技術進行認證，所以在標準規(guī)范中增加使用射線檢測復核全自動超聲檢測結果的規(guī)定。

全自動超聲技術的缺欠檢出率和靈敏度均優(yōu)于射線檢測，且缺陷定位更為準確，對氣孔的檢出率雖低于射線檢測，可通過體積通道和衍射時差法來修正。

4 結語

高鋼級、大口徑管道采用半自動焊技術存在焊縫沖擊韌性差等問題，且很難避免。采用全自動焊準確控制焊接參數，可有效解決該問題，也可提高施工效率。當焊接總里程達到一定量時，全自動焊的效率效果、成本優(yōu)勢更加明顯。通過全自動超聲檢測替代射線檢測，能更加有效控制管道焊接質量。

外對口器只適用于傳統(tǒng)手工焊和半自動焊施工，且精度交低。內對口器雖然精度等級更高，但受制于環(huán)境和能源供應等限制。在管道焊接過程中，應統(tǒng)籌考慮焊接方法、環(huán)境等因素，在長距離、大管徑、高壁厚管道焊接過程中，應優(yōu)先考慮選擇內對口器，在“死口”、“彎頭”、“彎管”、“陡坡”、“沼澤”等地段，應選擇使用外對口器和半自動焊技術作為補充。

現階段全自動超聲檢測需使用射線檢測復驗，相信隨著全自動超聲技術的逐步推廣和認證體系的完善，管道焊縫的全自動超聲檢測可以完全替代射線檢測，管道的全自動焊技術將成為我國高鋼級、大口徑管道焊接的主要方法[3]。