天然氣管道施工焊接技術的探討

賈永亮　李建民

摘要:隨著天然氣管道施工技術的不斷提升,管線的建設和運行對焊接質量、焊接效率和焊接技術水平都提出了更高的要求。由于天然氣管道的焊接技術水平直接關系到管線運行期間的工程質量、工程安全和經濟效益,我們有必要對天然氣管道施工中的焊接技術進行探討。本文主要介紹了目前天然氣管道施工中的手工焊、半自動焊和自動焊焊接技術。

關鍵詞:天然氣;管道施工;焊接技術

截止2006年,世界油氣管道的總長度已超過2.7×106km,并在以每年大約3%的速度增加。與此同時,我國天然氣管道的建設已經進入蓬勃發展時期。隨著天然氣管道施工技術的不斷提升,天然氣管線的建設和運行對焊接質量、焊接效率和焊接技術水平都提出了更高的要求。由于天然氣管道的焊接技術水平直接關系到管線運行期間的工程質量、工程安全和經濟效益,因此我們有必要對天然氣管道施工中的焊接技術進行探討。

經過多年的發展,在天然氣管道焊接技術中,我國已具有成熟的手工下向焊技術,正在普及半自動焊接技術,全自動焊焊接技術的應用作為一種發展趨勢,正在研制和逐步推廣。本文主要介紹了目前天然氣管道施工中的手工焊、半自動焊和自動焊焊接技術。

1手工焊

我國在70年代采用傳統焊接方法--低氫型焊條手工電弧焊上向焊技術;80年代開始推廣手工電弧焊下向焊技術,主要為纖維素焊條和低氫型焊條下向焊。

手工下向焊是目前比較先進的管道手工焊接工藝,與傳統的向上焊工藝比較,下向焊采用小間隙、大鈍邊、小坡口角度的工藝參數,焊接速度快、生產效率高、質量好、節省焊材、操作難度小、抗風能力強、適合在野外施工,被廣泛應用在許多國家的天然氣管道施工中。

1.1纖維素下向焊

纖維素下向焊是目前國內外普遍采用的手工焊接方法。其顯著特點是根焊適應性強,因此普遍用于混合焊接工藝的根焊。該工藝有較大的熔透能力和優異的填充間隙性能,對管子的對口間隙要求不很嚴格,焊縫背面成形好,氣孔敏感性小,容易獲得高質量的焊縫,主要應用于鋼材為 X70 以下的薄壁大口徑管道的焊接。但此焊接工藝焊條熔敷金屬擴散氫含量高,焊接時應注意預熱溫度和層間溫度的控制,以防止冷裂紋的產生。

1.2低氫下向焊

低氫下向焊工藝的抗冷裂紋和沖擊韌性較纖維素型焊條好,焊縫質量好,適合焊接較為重要的部件。但此工藝熔化速度較慢,工人掌握的難度較大,根焊的適應性比纖維素焊條差,多用于填充蓋面的焊接。

2半自動焊

我國在20 世紀 90 年代初從美國引進了自保護半自動焊設備和工藝,后陸續在突尼斯、蘇丹、澀寧蘭等工程中開始使用,是目前天然氣管道施工中重要的焊接方法。

半自動焊焊接工藝與手工下向焊比,勞動強度低,效率高,經濟性好,焊接質量好,工藝易掌握,但用于根焊時,焊縫質量難以保證,因此主要用于管道的填充和蓋面焊道。 目前,在天然氣管道施工中,常見的半自動焊接技術主要有:

2.1CO2活性氣體保護焊

CO2活性氣體保護焊是一種廉價、高效、優質的焊接方法。由于傳統的短路過渡 CO2 焊不能從根本上解決焊接飛濺大、 控制熔深與成形的矛盾,目前自動焊的根焊主要采用STT半自動焊(屬于CO2氣體保護焊),它通過精確的基值和峰值電流和電壓控制,使熔滴過渡更利于成型,焊接過程穩定,解決了飛濺問題和大口徑管道根部焊環節單面焊雙面成型的難題,可用于全位置單面焊雙面成形的打底焊。

STT 型 CO2 半自動下向焊技術工藝電弧燃燒穩定、飛濺極少、根焊焊道成型好、焊縫接頭少、焊絲熔敷率高 (可達 95 %以上)、焊縫含氫量低、低溫沖擊韌性好、焊接速度快。但此工藝施焊風速不能大于2m/s,現場焊接需要有防風措施。

2.2自保護藥芯焊絲半自動焊

我國在90年代初開始推廣自保護藥芯焊絲半自動焊,在管狀焊絲內部填灌焊藥,焊接時不必用保護氣體,利用管狀焊絲中所含合金元素及焊藥,在冶金過程中保護熔池,清除從熔池中進入熔池中氮的不良影響,從而獲得合格焊縫。

自保護藥芯焊絲半自動焊工藝性能優良、電弧穩定、熔敷效率高、全位置成形好、環境適應能力強,綜合成本低,焊接合格率高(可以達到95 %以上 , 部分可達到 99 %以上),焊工易于掌握,特別適合戶外有風場合。但方法在打底焊時, 焊根較易出現未熔合的缺陷,因此主要用來填充和蓋面。

3自動焊

自動焊即借助于機械和電氣的方法使整個焊接過程實現自動化。管道自動焊技術由于其焊接效率高,勞動強度小,質量高而穩定,焊接過程受人為因素影響小等優勢,在大口徑、厚壁管道的焊接中具有很大潛力。但全自動氣體保護焊設備造價高、 維修困難,加之根部自動焊問題尚未解決,管端坡口整形機等配套設施尚未成熟,這些因素均限制了自動焊技術的大規模應用。

自動焊種類很多,目前用于現場比較成熟的自動焊技術主要有:

3.1實芯焊絲氣體保護自動焊接

實芯焊絲氣體保護自動焊是熔化氣體保護焊的一種,其原理是在可熔實芯焊絲與被焊金屬間形成電弧,而熔化焊絲與母材形成焊縫。實芯焊絲氣體保護自動焊接工藝對焊工要求較低,在國外廣泛應用于大口徑、大壁厚的管道焊接領域。但實芯焊絲氣體保護自動焊接技術在野外作業時,要有防風棚,且由于管道環縫為全位置焊接,對焊接裝備及控制系統要求較高。

3.2藥芯焊絲自動焊接

藥芯焊絲自動焊又分為藥芯焊絲自保焊和藥芯焊絲氣保焊,藥芯材料主要有礦物材料、鈦合金、透氣劑、穩弧劑、造渣劑及還原劑等。其基本原理與實芯焊絲氣體保護焊相似。藥芯焊絲工藝與實芯焊絲工藝相比,熔敷速度快、經濟性好、焊接韌性好、對管材適應性好。

3.3電阻閃光對焊

電阻閃光對焊是壓力焊的一種,是在低電壓(12 V左右)和強電流(600～1200 A)交流電的作用下,使兩管端瞬間達到高溫,蒸發金屬以保護焊接區,通過外加頂鍛壓力使熔化的管端形成連接接頭,從而實現焊接。

電阻閃光對接焊接技術工藝效率高、接頭質量好、經濟性好、適應氣候能力強。但該工藝設備龐大、設備針對性強、一次性投資大、焊縫沒有統一的標準進行無損檢測,鑒于以上各方面的原因,閃光對焊的推廣和應用受到很大的限制,還未在天然氣管道施工焊接中普及。

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作者簡介:賈永亮,男,1976年10月23日生,籍貫河南省新鄉市獲嘉縣,1996年畢業于焦作市建筑經濟學校,2007年畢業于焦作大學會計學專業,為焦作中燃城市燃氣發展有限公司助理工程師,現從事專業燃氣工程。

李建民,1971年7月15日生,籍貫河南省漯河市午陽縣。1993年6月畢業于河南城建高等專科學校給水排水專業,為許昌騰飛市政工程集團有限公司總工程師,高級工程師,現從事專業建設工程。