长输管道焊接工艺适应性分析与应用比较

张金波

摘 要 长距离、大管径、高强度、耐腐蚀以及高压力输送正逐步成为陆上长输油气管道的发展方向，长输管线钢逐渐从 X42 发展至 X80，而焊接是长输油气管道建设工程的关键工序之一，其制约着管道建设的质量、效率和安全。实践表明：焊接方法的合理选择，对于提高管道建设效率和质量具有极其重要的意义。

关键词 长输油气管道 建设工程 焊接工艺 应用比较 质量控制

中图分类号：TE973.6文献标识码：A

长输管道工程建设对焊接质量、焊接效率和焊接技术水平的要求越来越高，合理选择焊接方法至关重要。本文系统梳理了长输油气管道建设常用的焊接方法，包括焊条电弧焊（SMAW）、钨极氩弧焊（GTAW）、半自动焊、自动焊，总结了其性能特点、优势不足和适用条件，参考国内重要管道工程应用案例，考虑管材等级、直径、壁厚、输送介质、施工环境等因素，提出长输油气管道焊接方法选择的一般性原则，为长输油气管道的建设施工提供了有价值的参考。

1焊条电弧焊（SMAW）

焊条电弧焊是利用電弧放电产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝的过程。该方法适应性强、设备简单、操作灵活、移动方便，同时对现场操作的要求较低，是长输管道焊接中最常见的焊接工艺。依焊接方向和焊条不同，可分为纤维素焊条下向焊、低氢焊条下向焊、低氢焊条上向焊、组合焊接 4 种方法。

2钨极氩弧焊（GTAW）

钨极氩弧焊是利用焊接熔池和钨极之间产生的电弧熔化母材和填充焊丝的焊接工艺。该焊接工艺优点在于：获得的焊缝洁净度高、质量好，且背部无焊渣，根焊渗透能够得到有效的控制，能够提高焊缝根部耐腐蚀和抗开裂性能;其缺点在于：对焊前坡口的清理要求较高，焊接速率低于焊条电弧焊，且抗风性能较差（风速需低于 2 m/s），对野外施工环境要求较高。该焊接工艺主要用于场站、阀室等管径较小、壁厚较小的碳钢、低合金钢或不锈钢工艺管道的焊接，以及连头口、碰死口的根焊。

3半自动焊

半自动焊是指送丝机构控制焊接电弧电压和送丝速度，焊机自动调节焊接电流，焊工手动控制焊接速度和焊丝伸出长度的一种半自动焊接方法，其具有劳动强度低、焊接质量好、效率高、经济性好等优点，应用于管道的填充和盖面焊。半自动焊接主要包括：活性气体保护半自动焊和自保护药芯焊丝半自动焊（FCAW-S）。

4自动焊

该焊接工艺操作简单、焊接质量高、焊接速度快、焊缝成型美观，多用于大口径、大壁厚管道焊接，但自动焊对接头坡口加工的精度、管口组对及焊接环境要求较高。其适用于地形平坦地段的管道焊接施工，尤其是在自然环境条件比较恶劣的地区，如戈壁、沙漠、无人区等，自动焊技术具有不可替代的应用空间和优势。自动焊技术主要包括实芯焊丝气体保护焊（CO2或 CO2+Ar 等）和药芯焊丝自动焊两种。

5长输管道焊接方法比较与选用原则

对于材质为 X70 以下的管线钢，多采用纤维素焊条下向焊、混合型手工下向焊，也可采用半自动焊和全自动焊。而对于 X70 以上的管线钢，一般选用混合型手工下向焊、半自动下向焊或全自动焊。自动焊因焊接线能量可以精确控制而使其成为高强度长输油气管道焊接的首要选择。管道直径和壁厚因素：对于直径小于 323 mm的管道，一般多采用手工焊条电弧焊;对于直径大于23 mm 的管道，且多层焊接时，从工程进度考虑，一般采用纤维素焊条下向焊（根焊）+药芯焊丝自保护半自动焊（填盖）的焊接方法。

6实例应用

某输气管道工程全长约1045公里，材质为X65，直径711mm，壁厚14.2mm。根据现场情况调查分析，针对X65长输管道焊口返修长度长、需要打磨穿的焊口的状况，做好焊接设备和辅助工具的焊前准备，选用设计坡口长度和角度、确定焊接工艺参数、焊条选择等关键技术，严格按标准施工，确保返修质量。（1）焊缝的打磨与焊接。由于返修的焊口比较长，采取分段打磨、焊接的方式，分段长度控制在100mm范围内;焊缝如果过长，一次性打磨穿容易造成冷裂纹，补焊时受热不均匀导致应力集中，特别是管线弹敷段返修对根部未溶或内咬边、返修长度大于100mm的焊接缺陷必须分段打磨穿，实施分段焊接。（2）坡口的尺寸设计。正确的选用坡口形式是保证返修X65长输管材管道焊口的关键技术之一。坡口宜呈V型，角度为60？65埃Vぁ？.2mm的打底焊条能深入根部合理运条，间隙为2.5-3mm，不留钝边，采用此种坡口形式能有效的防止由于焊条电弧不到位形成返修未焊透和单边未熔合等缺陷，是提高返修质量的技术关键。（3）焊缝的打磨与焊接。采取分段打磨，分段焊接。每段长度应控制在100mm范围内为宜，对于缺陷性质为根部未溶或内咬边且返修长度大于100mm时必须分段打磨穿后分段焊接。采取多层多道、打磨一段补焊一段方式确保焊缝结构均匀、细化，否则容易产生根部断裂。在100-200mm内适合采取两段打磨焊接;返修长度>200mm时，可分三段进行打磨修补，即先打磨修补中段，再分别打磨修补两端，期间为确保焊接质量，打磨坡口两侧50mm的范围内必须清理干净，有金属光泽露出，同时磨穿后用自制工具把内部卷边清理干净。焊接前将坡口两侧100mm范围内用液化气烤枪预热至100-150℃，坡口两侧应温度均匀，层间温度宜≥80℃，并用测温仪跟踪测检。在B段打底之后，由于焊道厚度和强度不够，需用E5515在B段填充2-3遍之后，再对A段或C段实施打磨焊接。A段或C段打磨焊接时，采用与B段相同的工艺方法。最后三段留相同盖面层的厚度，整体统一焊盖面层，焊完后用保温带保温缓冷。

参考文献

[1] 陈杨，杨兴.长输天然气管道焊接方法综述[J].管道技术与设备，2017（06）：37-39.

编辑整理：发展改革理论与实践杂志社官方网站