低溫焊接技術的研究

楊朝舉

摘 要：本研究簡單介紹了低溫下的焊接技術，對于鋼結構低溫下的焊接工藝研究，不僅可以滿足管道工程建設的需要，延長工程的施工期；為低溫環境下的管道建設提供技術支持；并且為管道建設帶來重大的經濟效益和重大的社會效益。

關鍵詞：低溫；焊接技術；工程標準；準備工作

低溫焊接性研究課題是從管道工程施工中提出的實際課題。一個中等長度的管道工程，施工期都要一年以上。因此，必然要遇到將近冬季時，何時才把施工隊伍撤下來？也就是在什么環境溫度下，才停止焊接施工？而且，在來年開春時，何時才能開工？由于沒有具體的技術標準規定，所以，在制定具體工程計劃表示，是不確定的因素。如果能夠將可以焊接施工的環境溫度減低10度，可以施工的工期就會延長10天，有的工程可能就可以在冬季來臨之前完成了工程任務。不必為工程的結尾工作擔心，開春后再派大隊人員、設備重返工地繼續工作。造成的工期延長及生產成本增加。此外，在管線建成以后，也往往會有維修及搶修的焊接任務。這也需要低溫焊接性研究成果技術的支持。

隨著國民經濟的發展，我國能源的需求量越來越大，特別是與民生和國家安全直接關系的石油、天然氣的需求量更是增長迅速。管道運輸由于具有高效、節能、安全、經濟等諸多優點，已經成為輸送石油、天然氣的首選方式。由于管道運輸的安全與不間斷性，使得管道運輸業在世界范圍內獲得了快速發展。目前世界石油、天然氣管道的總長度為300×104km，并以每年2%至3%的速度增加。我國管道建設起步較晚，現在已建成管線 6×104km因此，與國民經濟的要求相差較大。近年來舉世矚目的西氣東輸重點工程和正在建設的西氣東輸二線工程就是落實國家西部大開發的戰略部署。

1 焊接學科基礎研究的需要

從焊接學科的基礎研究方面，也需要進行低溫焊接研究工作。我國地域遼闊，南北方的緯度跨度很大，約為49度，而且地勢的海拔變化也很大，從焊接學科的基礎研究來看，也應當研究低溫環境下，對于焊接工作的影響。只有這樣，才能了解低溫條件下焊接工藝的可行性；焊接接頭的優劣情況；以及焊接材料、焊接設備在低溫條件下焊接施工時表現出的性能如何。這一系列規律，都要通過低溫焊接研究，才能發現，才能進行探索與總結。

2 焊接工程技術標準工作的需要

對于在什么環境溫度下，應當停止焊接工作？在目前的國內外技術標準中，沒有統一的規定。我國在20實際60年代，剛剛使用合金高強度鋼時，在鋼結構焊接規范中，規定了當環境溫度低于5攝氏度時，應當停止焊接。隨著科學技術的進步，鋼鐵材料的行性能指標也在大大的提高。一些行為，在十一焊接的環境溫度上，都放寬了下限溫度。列如，有些材質定為5攝氏度、0攝氏度或者—10攝氏度等作為焊接的最低環境溫度。

3 焊接性研究的目的和意義

根據我國國民經濟的總體規劃，以及我國能源工作的戰略思考，國家制定并實施了西部大開發政策戰略部署。近年來啟動了舉世矚目的西氣東輸重點工程、西氣東輸二線管道工程。這不僅對于我國的國民經濟發展起了重要的推動作用，而且對于開發西部地區，建設邊疆地區，提高邊遠地區的人民生活水平都有著重要的顯示意義以及保證西部地區人民的奔向小康、邊疆地區的長治久安具有重要的社會意義。

當前，世界范圍內的石油、天然氣資源形勢是：油氣資源分布在環境惡劣的偏遠地區，列如我國的西起和北方油氣田多在邊疆荒漠地區；俄羅斯、西伯利亞、遠東地區；美國石油資源在阿拉斯加的北坡。這些地區均屬于高寒地帶、凍土帶，氣溫可達零下80攝氏度。因此，高壓輸送和嚴酷的環境對管線鋼，及管線的焊接施工建設與運營都提出了嚴格的技術性能要求。從油氣輸送鋼管的發展趨勢、管線的服役條件、主要失效形式和失效原因的綜合評價，提出了對高強管線鋼的主要性能是高強度、高韌性、良好的焊接性和很強的耐腐蝕。其中的重點和難點是高韌性，對于低溫下的焊接接頭，更要考核其低溫焊接性及低溫的力學性能。

以前對于管線速出的低溫和穿過凍土、濕地、沼澤、森林等地帶的管道焊接研究的較少。在焊接材料、焊接方法、焊接工藝、施工措施等研究上缺乏經驗。一次必須深入開展本課題的研究，確保保證這些地區管線施工和運行的安全性.冬季，環境溫度較低，如果沒有防護措施進行鋼構件焊接作業，對鋼構件的焊接質量會產生重大影響，如在低溫下焊接，會使鋼材脆化，也會使焊縫和母材熱影響區的冷卻速度加快，易于產生淬硬組織，脆性增大，這對于建筑鋼結構常用的低合金鋼（如Q345）的焊接危害性很大。因此，冬季焊接施工必須要嚴格按照工藝要求實施，不得盲目焊接。焊材要求：嚴格焊材庫的管理，焊條必須按標準進行烘干，烘干次數不得超過2次在空氣中的暴露時間不得超過2小時。如現場沒有烘箱必須及時申請配備，并安排專人焙烘、發放。焊工持保溫桶領取焊條，一次領用不得超過半天用量；焊接過程必須蓋好保溫桶蓋，并使保溫桶保持通電狀態；定位焊時一次只能取用1根；焊接時一次取用不得超過3根。嚴禁焊材外露受潮，如發現焊材受潮不得再次使用。焊絲如在四小時內未用完，應退回焊材一級庫保存，不允許留在送絲盤上。氣體保護焊采用的二氧化碳，氣體純度不宜低于99.9%（體積比），含水量不得超過0.005%（重量比）。新瓶氣體使用時，必須倒置24小時后打開閥門把水放盡方可使用，防止凍結。瓶內氣體高壓低于1MPa時應停止使用。焊接前要先檢查氣體壓力表上的指示，然后檢查氣體流量計并調節氣體流量。使用時瓶口必須接加熱裝置。氣瓶必須存放在0℃以上的環境里。使用瓶裝氣體時，瓶內氣體壓力低于1N/mm2時應停止使用。在零度以下使用時，要檢查瓶嘴有無冰凍堵塞現象。焊前一般要求清除待焊處鋼材表面的水、氧化皮、銹、油污。焊接作業區的相對濕度不得大于90%。當焊件表面潮濕或有冰雪覆蓋時，應采取加熱去濕除潮措施。總之，對于鋼低溫下的焊接工藝研究，不僅可以滿足管道工程建設的需要，延長工程的施工期；為低溫環境下的管道建設提供技術支持；并且為管道建設帶來重大的經濟效益和重大的社會效益。