西氣東輸二線STT氣體保護焊根焊工藝

黃超 侯仰杰 顧文才 赫德明 康煜媛

1.概述

西氣東輸二線是繼西氣東輸之后我國的又一項特大型國家重點工程，是目前國內輸送距離最長、設計壓力最大、年輸量最多、投資最大，以及經過省份最多的天然氣輸送管道。西氣東輸二線（某段）線路長度約567km，管徑1219mm，設計壓力10MPa，設計輸氣能力300億m3/a。沿線經過18個（縣）市，地貌以低山、丘陵、沖積平原及山間溝谷地為主，水網區域多，工程地質條件較為復雜。為了解決地形給管道敷設帶來的困難，保證管道強度及安全，提出采用STT半自動焊根焊＋藥芯焊絲半自動焊填充蓋面的工藝，取得了很好的工程效果和經濟效益。

2.STT技術的焊接原理

STT技術是通過輸入脈沖參數電流實現熔滴表面張力過渡，并能精確對電壓電流波形進行實時對應與控制的數字化焊接方法。其以傳統短弧氣體保護焊接為基礎，結合了高頻逆變技術和先進的波形控制技術，以一個基值電流維持電弧燃燒并加熱母材金屬，電極與焊接熔池形成短路之后，電流迅速減少以確保穩定的短路過渡過程。之后，采用夾斷電流擠壓熔化的金屬，使其掉落到熔池中。液橋即將斷裂時，電源會做出反應，電流降低，電弧立即重新建立，應用一峰值電流產生離子力向下推動焊接熔池防止發生意外短路。最后，電流逐漸減小到基值電流，保證穩定的焊接過程。

3.STT根焊的優點

常規的管道根焊技術有以下幾種：①TIG焊，多用于小管徑、薄壁管道的焊接。②纖維素焊條電弧焊，適用范圍廣，對焊工熟練度要求高。③STT根焊，多用于大口徑管線，速度快，操作簡單。

STT 焊與TIG焊相比：效率高2～4倍，并且保護氣更廉價。

STT焊與纖維素焊條相比：STT根焊能很好的控制熔渣和飛濺，方便進行層間清理，提高工作效率，節省清理費用。經過層間清理后纖維素焊條根焊一般只有1.5～3.0 mm，而STT根焊厚度可達3.5～4.5 mm，STT根焊的焊接效率更高。

綜合成本比較，STT根焊是TIG 焊的30%；與SMAW 相比，節約60%～75%。

4.STT焊接工藝試驗

（1）S T T設備 S T T設備如圖1所示。S T T焊接電源重量53 k g，尺寸為590mm×335mm×620mm。沒有電壓控制旋鈕，只有基值和峰值電流控制旋鈕。熱輸入相對較低，可以防止過熱或燒穿。與之匹配的送絲機是STT—10，質量29.5kg，尺寸為405mm×380mm×785mm。由于絲盤是開放式結構，故防沙除霧能力較差，適合固定工廠使用。

圖1 STT設備

（2）試驗母材選擇 母材選用西氣東輸二線站場實際所用管線鋼材，鋼級按照標準API Spec—5L選為X70鋼（巨龍鋼管有限公司）。屈服強度為540MPa，抗拉強度為655MPa，伸長率為36%，屈強比為82%。

（3）試驗焊材 焊材選用林肯的MG50—6焊絲，焊絲為φ1.2m m，盤狀，屈服強度為455MPa，抗拉強度為550MPa，伸長率為25%，化學成分如表1所示。

（4）焊接坡口 本項目選用同直徑的鋼管5G位置水平固定對接的方式，為了得到較好的單面焊雙面成形效果，設計55°～65°單面V形坡口，間隙2～4mm，鈍邊1～2mm（見圖2）。

（5）焊接參數 焊接之前，需預熱，溫度為100～200℃，試驗用的焊接參數如表2所示，管道焊接現場如圖3所示。

（6）焊接檢測 NDT檢測：焊接完成后對焊縫進行水冷。檢測焊縫外觀，焊縫外形良好，余高及焊縫寬度均符合標準規定。24h后經RT和UT檢測，達到Q/SYGJX0112—2007《西氣東輸二線管道工程無損檢測規范》中無損探傷驗收標準，評定合格。

力學性能測試：根據西氣東輸二線管道工程技術規格書及線路焊接技術規范QSY0110—2007進行試驗。①拉伸試驗。抗拉強度為614MPa，斷裂位置位于母材，符合標準要求（見圖4）。②彎曲試驗。試樣彎曲180°后未產生裂紋，結果合格（見圖5）。③宏觀腐蝕試驗。焊道層間清晰，未發現明顯缺陷，檢測合格（見圖6）。④采用維氏硬度計HV10進行測試，最大硬度242HV，符合標準要求。

綜合無損檢測和力學性能試驗的結果，STT打底焊的焊接接頭符合標準要求，可以應用于實際工程項目中。

5.結語

在該項目管線焊接中，STT半自動焊根焊＋藥芯焊絲半自動焊填充蓋面的焊接工藝成功完成了部分地段的焊接工作，以97.35%的無損探傷一次合格率，為施工進度及工程質量提供了有力的保障。

表1 MG50—6化學成分（質量分數） （%）

表2 焊接參數

圖2 坡口形式

圖3 管道焊接現場

圖4 拉伸試驗

圖5 側彎試驗

圖6 宏觀腐蝕試驗

STT根焊過程中焊接效率高、飛濺小，焊縫成形美觀，質量良好。此外，降低了工人的勞動強度，減少了焊接成本。在國內外的管道項目中，STT根焊已逐漸被重視并開始使用，以其先進技術及優越性能，決定了該工藝必將成為以后管道焊接應用的主流。20140401