焊接技術在管道建設中的應用

目前，我國管道建設從無到有，從小到大，已經形成了一個橫貫東西的大格局，并且有進一步擴大的趨勢。就管道建設中焊接技術有關問題，我進行以下分析。

管道作為油氣田行業中一個單獨的運輸系統，是需要長期穩定連續運行的。因為管道長年深埋于地下，在它的運行狀態中不易發現潛在的危險，并且由于管道里流動大量的油、氣，對地面建筑和其它設施所帶來的威脅是相當巨大的，尤其是煤氣、LPG、天然氣等易燃氣體管道，其威脅程度更大。

1、管道建設特點對焊接設備應用的影響

管道建設的特點主要表現在施工現場不在固定的區域，施工環境復雜且多變，全位置焊接操作，施工固定條件不穩定，和應用的焊接工藝種類多等幾個方面這些特點影響著焊接施工用焊接設備的選型。管道建設屬于典型的野外施工作業，其作業點沿著管道的走向不斷遷移，焊接工作的難度可想而知，而采用流水作業或單兵作業的方式，更為這種模式的推進帶來了困難。因此，焊接設備也需要隨著作業地點的改變而來斷移動，這就對焊接設備的質量、體積、抗震等方面有所要求。

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能力等條件下，對管道施工要采取的焊接工藝選擇是不一樣的。目前管道建設過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），自保護藥芯焊絲半自動電弧焊，高性能焊機的CO2氣體保護半自動焊或自動焊。現場應用的焊接設備應能夠適應上述一種或多種焊接工藝。

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。這對焊接設備、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的焊接耐心。

為提高管道建設速度，需要盡量縮短管口組對和根部焊接的時間，即在前一道焊口完成根部焊接進行熱焊的同時，進行下一道焊口的管口組對，這樣做可以提高效率，但是管子不能穩定地固定，會產生一定的附加應力。因此，選擇根焊焊接設備和焊接工藝的原則就是盡量快速地實現單面焊雙面成型，從而保證根焊層的厚度。

2、焊接工藝的確定

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量分數ω為30%～50%的有機物、纖維素，具有極強的造氣功能，焊接時在電弧熱的作用下可以分解出大量的CO和C02氣體，，在保護電弧和熔池金屬的同時，顯著增加了電弧吹力，保證了熔滴在全位置焊接時向熔池的穩定過渡，還可阻止鐵水和液態熔渣的下淌，同時還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，因此特別適合打底焊。

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行填充、蓋面焊無論在國內和國外都有許多成功的范例，其靈活簡便、適應性強的優點在我國勞動力資源相對豐富的條件下，更得到了充分的發揮。特別是近年來焊條工藝性能的改進，其熔敷效率、力學性能指標等均能滿足當今管道建設的需要，在焊接自動化率要求不高的場合是十分適用的。

3、管道建設對焊接設備的要求

長輸管道建設大多地處偏遠地區，社會依托條件較差。要求焊接設備具備下列特點：

工藝適應性好。針對長輸管道建設常用的幾種焊接工藝，焊接設備應具有良好的工藝適應性。對于纖維素型焊條焊接，還應保證小電流全位置焊接操作時飛濺小、引弧容易，有足夠大的電弧推力利于單面焊雙面成型。對于自保護藥芯焊絲半自動焊，應保證送絲平穩，飛濺小。對于CO2或富氬氣保護自動焊，焊接電源應具有熱起弧和電流衰減功能，應能保證每臺焊接電源的外特性曲線一致，整套設備操作方便，焊接規范易于修改。

環境適應能力強，可靠性高。 我國管道施工的大部分地區多為戈壁和荒漠，冬季嚴寒，夏季炎熱，風沙大，晝夜溫差大；西北部地區多為高原和丘陵，氣溫、氣壓總體偏低、空氣密度小；中部地區主要為山脈、黃土和山間平原，山勢陡峭，河谷彎曲，地形起伏大；東、南部地區則是高溫、多雨、湖濕的氣候條件。因此，焊接設備應具備良好的在不同惡劣環境條件下的適應性，抗嚴寒，耐高溫，抗顛簸，防湖、耐風沙，耐高原缺氧等。野外施工時，每天的焊接時間長達10-12小時，焊接設備一旦發生故障，將極大地影響施工進度和施工成本，特別是流水作業方式的施工，該文原載于中國社會科學院文獻信息中心主辦的《環球市場信息導報》雜志http：//www.ems86.com總第565期2014年第33期-----轉載須注名來源會發生大面積的窩工現象。因此，管道現場焊接施工更愿意選擇功能簡單，可靠性高的專機類設備組合成為一套的施工設備的機具。

控制面板簡單易懂，調節方便。管道焊接施工既有平原大機組流水作業，也有山區小機組流水作業，還有溝下或水網地帶單兵作業。在這些不同的作業方式中，有的焊工需要完成一道焊口從根焊到蓋面的全部焊接操作，有的則需要完成其中某幾層的焊接操作，還有的只需要完成其中一層的焊接操作。由于施工作業面寬，焊接點分散，技術人員不可能對每一臺焊接設備進行調節，為此，焊接設備的控制面板應操作簡單、易于讓人理解，方便調節，同時在緊急情況下要有能夠迅速關閉的功能。

4、管道建設中焊接設備的使用情況

目前，管道焊接施工中使用的焊接設備主要為適合于纖維素焊條、低氫焊條和自保護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。

纖維素焊條用焊接設備。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進行焊接，在小電流時易出現斷弧、粘條、電弧不穩等問題。目前，針對纖維素焊條焊接而研制開發的焊接電源種類很多，但在管道中得到成功應用的并不多。管道焊接施工中常用的焊接電源有美國林肯公司的DC—400，濟南奧太集團的ZX7-400ST，另外美國MILLER公司的XMT-340，北京時代集團公司的ZX7-400B（PE21-400）等焊接電源也有應用。

低氫型焊條用焊接設備。低氫型焊條對弧焊設備的要求較低，一般的直流弧焊設備即可滿足要求。在長輸管道建設中，一般采用與纖維素焊條焊接相同的焊接電源。

CO2氣體保護焊用焊接設備。自動焊的情況下，則還要求焊接電源的外特性曲線能夠與控制系統的控制特性相協調。成焊口根部的單面焊雙面成型，自動焊則用來完成從根部焊到蓋面的全部焊接過程。在半自動焊的情況下，具有脈沖功能的焊接電源匹配送絲平穩的送絲機構，更容易保證全位置的焊接操作和焊縫的焊接處迅速成型。

5、鋼管在管道合攏時的加工

當一個作業機組將若鋼管焊接成一段管道后，就要和另一個作業機組焊成的另一段管道進行連接，俗稱合攏。由于此時進行的是所謂的封閉連接，因此不能使用管端坡口整形機來加工坡口。又由于此時需要連接的長度并非是一根鋼管的標準長度，因此還要對鋼管進行切斷并在切斷鋼管的同時加工出坡口。這道工序通常使用鋼管火焰自動切割機。

以往的鋼管火焰自動切割機采用的是磁性行走輪，利用磁性行走輪將鋼管火焰自動切割機吸附于鋼管的外表面并做周向運動對鋼管進行切割，當磁性行走輪的行走偏差為0.1度時，達到了工程上所能允許的lmm的5倍以上。天津市津康實業公司研制的大直徑鋼管火焰自動切割機保留了火焰切割使用方便的特點，舍棄了磁性行走輪而用帶形軌道，同時該機還具有自動補償管徑誤差和橢圓誤差的特點，已在西氣東輸工程中被使用，取得了良好的效果。

（作者單位：遼河石油職業技術學院）