石油天然氣管道焊接技術(shù)水平提高研究

文振忠 盧瑞偉 馬明奎

【摘 要】管道是石油天然氣輸送和存儲(chǔ)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其焊接質(zhì)量對(duì)石油天然氣的輸送和存儲(chǔ)有著直接的影響。在油氣資源需求日益加劇的現(xiàn)在，提高石油天然氣管理焊接技術(shù)水平，對(duì)保障石油天然氣資源的安全、穩(wěn)定輸送和存儲(chǔ)具有實(shí)際的意義。本文分析了石油天然氣管道焊接技術(shù)及特點(diǎn)，提出了強(qiáng)化石油天然氣管道焊接效果的有效策略，旨在為提高石油天然氣管道焊接技術(shù)水平提供一些參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】石油天然氣；管道；焊接；技術(shù)

目前，石油天然氣行業(yè)蓬勃發(fā)展，石油天然氣需求量的增長(zhǎng)加快了其開(kāi)采和儲(chǔ)運(yùn)，因此，為了保障石油天然氣資源的安全儲(chǔ)運(yùn)，對(duì)石油天然氣的管道建設(shè)質(zhì)量提出更高要求，焊接作為管道建設(shè)中的重要工序，其技術(shù)水平的提高尤為重要。由于石油天然氣具有易燃、易爆等特點(diǎn)，因此必須提高管道焊接技術(shù)水平，優(yōu)化輸送環(huán)境，從而為我國(guó)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的能源基礎(chǔ)。

一、石油天然氣管道焊接技術(shù)

（一）自動(dòng)焊

（1）實(shí)芯焊絲氣體保護(hù)自動(dòng)焊接

此焊接方式對(duì)野外作業(yè)的管道焊接裝備與控制系統(tǒng)及周?chē)沫h(huán)境要求較高，需設(shè)置必要的防風(fēng)棚。

（2）藥芯焊絲自動(dòng)焊接

此焊接方式相較于實(shí)芯焊絲具有管材適應(yīng)性好、焊接韌性好、熔敷速度快及經(jīng)濟(jì)性較好等優(yōu)勢(shì)，其藥芯材料包括鈦合金、穩(wěn)弧劑、還原劑、造渣劑及礦物材料等。另外，藥芯焊絲自動(dòng)焊接還可劃分為藥芯焊絲氣體保護(hù)焊和自保焊兩種方式。

（3）電阻閃光對(duì)焊

此焊接方式是一種壓力焊，通過(guò)強(qiáng)電流與低電壓交流電的作用，使兩管瞬間達(dá)到高溫來(lái)保護(hù)焊接區(qū)，再通過(guò)外加頂鍛壓力融化管端，實(shí)現(xiàn)焊接作業(yè)。

（二）手工焊

（1）混合型手工焊

此焊接方式在長(zhǎng)輸管道的現(xiàn)場(chǎng)組焊時(shí)主要采用纖維型焊條和低氫型焊條進(jìn)行焊接，纖維型焊條用于打底焊（下向焊，上向焊）、熱焊（下向焊）；低氫型焊條用于填充焊（上向焊）、蓋面焊接（上向焊）。混合型手工焊接方式主要用于鋼管材質(zhì)級(jí)別較高、焊接接頭韌性要求較高、輸送介質(zhì)硫含量較高以及處于嚴(yán)寒環(huán)境里的管道焊接。

（2）全纖維素手工下向焊

此焊接方式在管道現(xiàn)場(chǎng)組焊時(shí)采用纖維型焊條進(jìn)行根焊、熱焊、填充焊及蓋面焊，其中根焊時(shí)要求采用單面焊雙面形式。全纖維素手工下向焊主要焊接材質(zhì)等級(jí)較低的薄壁大口徑管道，是油氣管道常用的一種焊接方法。

（三）半自動(dòng)焊焊接技術(shù)

（1）自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊

此焊接方式是填充焊與蓋面焊廣泛使用的方法之一，其具有全位置成型好、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、工藝性能好、合格率高以及成本較低等優(yōu)點(diǎn)，焊接工藝簡(jiǎn)單對(duì)焊接人員要求較低，是戶外場(chǎng)所焊接作業(yè)的首選方式。

（2）CO2活性氣體保護(hù)焊

傳統(tǒng)的短路過(guò)渡CO2焊在焊接作業(yè)時(shí)焊接飛濺大、控制熔深與成型的缺陷，因此，需要一種新型的焊接技術(shù)來(lái)解決此問(wèn)題。CO2活性氣體保護(hù)焊中的STT半自動(dòng)焊接方式通過(guò)控制精確的峰值和基值電壓及電流使溶滴更易于過(guò)渡成型，焊接時(shí)的穩(wěn)定性較高，能夠有效解決大口徑管道根部環(huán)節(jié)單面焊雙面成型和飛濺問(wèn)題，主要應(yīng)用于全位置單面焊雙面成形的打底焊。CO2活性氣體保護(hù)焊降低了焊接作業(yè)過(guò)程的飛濺，焊接過(guò)程較為穩(wěn)定使焊縫成形變得較為簡(jiǎn)便，具有高效、優(yōu)質(zhì)、勞動(dòng)強(qiáng)度低、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢(shì)，從而廣泛應(yīng)用于石油天然氣管道的焊接作業(yè)中。

二、提高石油天然氣管道焊接技術(shù)水平的有效策略

（一）焊接作業(yè)前的質(zhì)量控制

首先，做好焊接前的準(zhǔn)備工作。焊接作業(yè)前的準(zhǔn)備工作是保障焊接作業(yè)效果的基礎(chǔ)性工作，應(yīng)予以重視。石油天然氣管道在進(jìn)行焊接作業(yè)前由技術(shù)人員編寫(xiě)焊接工藝指導(dǎo)文件和焊接工藝評(píng)定文件，其內(nèi)容要涵蓋適用于不同管徑和壁厚的基材的焊接方法及焊接材料的選擇、焊接速度、焊接接頭形式以及焊道數(shù)等。之后就編寫(xiě)的焊接工藝研討與評(píng)定工作，焊接施工按照評(píng)定合格的焊接工藝進(jìn)行。另外，焊接人員是焊接作業(yè)實(shí)施的主體，其專(zhuān)業(yè)水平和綜合素質(zhì)對(duì)焊接效果有直接的影響，因此，必須要求參與石油天然氣管道焊接施工的焊工具有有效的資格認(rèn)證書(shū)，并對(duì)其進(jìn)行焊接工藝考核，檢驗(yàn)其焊接工藝的質(zhì)量，檢驗(yàn)合格后才能參與管道的焊接施工。

（二）焊接施工過(guò)程中的質(zhì)量控制

首先，焊接作業(yè)必須嚴(yán)格按照操作規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，保障石油天然氣管道焊接作業(yè)的各項(xiàng)參數(shù)符合焊接操作規(guī)范的詳細(xì)規(guī)定以及設(shè)計(jì)文件的要求。由于焊接電流直接決定著焊條的熔化速度、母材的熔深以及焊縫成分等，因此，焊工在進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)要根據(jù)基材的材質(zhì)、厚度等合理設(shè)置焊接電流，使其處于最佳狀態(tài)，有效避免電流過(guò)大導(dǎo)致基材坡口要變、燒穿基材與電流過(guò)小導(dǎo)致未焊透、夾渣等質(zhì)量缺陷。

其次，注意焊接操作重點(diǎn)。第一，確保焊接作業(yè)時(shí)焊條熔化速度與焊縫成形速度均勻變化，防止焊縫出現(xiàn)過(guò)寬或過(guò)厚等問(wèn)題，盡可能保持焊縫整體的均勻性，提高石油天然氣管道焊接的強(qiáng)度。第二，采取科學(xué)、有效的措施防止管道產(chǎn)生穿堂風(fēng)。管道兩端未封閉時(shí)管道內(nèi)部出現(xiàn)穿堂風(fēng)會(huì)帶來(lái)較快的空氣流速，急劇增加焊縫的冷卻速度導(dǎo)致管道出現(xiàn)冷裂紋，因此應(yīng)采取必要的措施來(lái)有效避免穿堂風(fēng)的產(chǎn)生，例如在焊接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置遮擋裝置。第三，焊接收弧交接處的處理。由于每個(gè)焊工的焊接速度不一致，就會(huì)出現(xiàn)先后到達(dá)交接處，此時(shí)需要先到達(dá)交接處的焊工多焊部分焊道，以便順利完成后到交接處焊工的收弧作業(yè)。第四，注意每層焊道的起弧與收弧錯(cuò)開(kāi)間距，并確保起弧在坡口以?xún)?nèi)，多層焊接作業(yè)必須保持一定的順序，只有上層焊接結(jié)束后才能焊接下一層。第五，隨時(shí)觀察焊條的狀態(tài)，一旦出現(xiàn)偏吹、易粘條等問(wèn)題應(yīng)及時(shí)更換新焊條并修磨焊接接頭后再繼續(xù)進(jìn)行焊接施工。第六，焊接時(shí)在不損壞坡口形狀的基礎(chǔ)向管外表上延長(zhǎng)焊道1-2mm，同時(shí)注意纖維素焊條的焊接要盡量降低焊條擺動(dòng)幅度，有效提高焊接成型效果和質(zhì)量。

（三）焊后質(zhì)量控制

焊接結(jié)束后的質(zhì)量控制主要是針對(duì)焊縫的內(nèi)外部進(jìn)行檢查，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不合格的焊縫，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行解決。具體來(lái)說(shuō)，焊縫外部的檢查主要包括對(duì)焊縫表面的裂紋、夾渣、咬邊、焊瘤、氣孔以及焊縫的外觀尺寸等方面，對(duì)于質(zhì)量不合格或不符合設(shè)計(jì)要求的焊縫，根據(jù)具體情況進(jìn)行返修或返工處理。同時(shí)焊接結(jié)束后要及時(shí)清理焊縫表面的焊渣與雜物并標(biāo)記好焊口編號(hào)；焊縫內(nèi)部的檢查要采用超聲波探傷及射線探傷等無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，遇到特殊情況經(jīng)設(shè)計(jì)與技術(shù)人員同意也可采用磁粉檢測(cè)或滲透檢測(cè)等方法。若焊縫無(wú)損檢測(cè)判定不合格要及時(shí)進(jìn)行返修并再次無(wú)損檢測(cè)返修后的焊縫質(zhì)量。此外，還要做好焊縫的防護(hù)工作，焊縫是整個(gè)石油天然氣管道強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)，因此，應(yīng)采取必要的防護(hù)措施保障整個(gè)管道的強(qiáng)度。如果管道采用的是金屬材質(zhì)，那么就要采用焊縫處噴防銹漆、套裝熱縮套管等方式做好防腐處理，隔絕管道表面與外界環(huán)境的接觸來(lái)防止其生銹。而針對(duì)已生銹焊縫的防腐處理要采用先打磨表面或在表面噴砂除銹再套熱縮套管的方式。

三、結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，石油天然氣管道的焊接技術(shù)水平對(duì)石油天然氣行業(yè)的發(fā)展速度和效率有著直接的影響，因此，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的現(xiàn)在，必須提高石油天然氣管道焊接的技術(shù)水平，保障管網(wǎng)的安全運(yùn)行，促進(jìn)石油天然氣行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)一步增強(qiáng)我國(guó)石油天然氣資源的儲(chǔ)運(yùn)能力，從而為提升我國(guó)的綜合實(shí)力及國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李建軍.X80 管線鋼低溫焊接技術(shù)研究[D].天津大學(xué)，2010.

[2]王穎.城市高壓燃?xì)夤艿涝谝酆附右苯鹦袨榈哪M與分析[D].天津大學(xué)，2013.

[3]劉祥.石油天然氣管道焊接工藝及質(zhì)量控制分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（18）：80.

[4]孔德軍，馬永超.石油天然氣管道的焊接工藝概述及其發(fā)展分析[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（14）：229.

[5]曹永利，黃福祥，王勤.我國(guó)長(zhǎng)輸管道焊接技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展方向[J].石油科技論壇，2012（01）：7-11+68.