大口徑油氣管道焊接質量控制

劉明秦

（大慶油田工程建設有限公司油建二公司，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

管道焊接是油田集輸工藝及長輸管道施工中的一道重要工序，焊接質量的優劣直接關系到管道、場站建設的工程質量及其使用壽命，是油田生產、油氣長輸管道安全運行的保證。實際施工過程中管道焊接質量往往受多重因素影響，如施工環境、人員、材料、設備等。因此針對不同的施工環境、管道材質、口徑，選擇合適的焊接工藝，同時進行焊接質量的全過程控制，以保證管道焊接質量，避免安全事故。

1 施工中常用的管道焊接工藝

1.1 焊條電弧向下焊

管道工程中焊條電弧焊向下焊技術一般指纖維素焊條向下焊技術，其焊機有直流和交流型兩種，主要技術特點如下：第一，環境適應性較強，可以在較惡劣的野外環境中對管道全位置施焊，應用廣泛；第二，此工藝具有熔深大的特點，因而穿透力較強，在根部焊、單面焊中雙面成型好；第三，對氣孔的敏感性小，不易產生氣孔缺陷，同時電流大，電弧吹力大，產生的熔渣少，焊接質量較高；第四，施工過程中操作簡單，各層焊道可實現流水線焊接作業；第五，對管工對口、焊工焊接工藝參數執行、砂輪工打磨等工藝的銜接要求較嚴格，否則會產生各類型焊接缺陷，影響焊接質量。

1.2 藥芯焊絲半自動焊

該焊接工藝是上世紀90年代自美國引入，經多年實踐，一般與焊條電弧焊聯用，應用于大口徑管道的焊接施工中。主要技術特點如下：第一，能夠持續送絲，能夠大量減少起弧和收弧時的焊接接頭，降低焊接缺陷發生率；第二，抗風性能良好，能夠無保護在最高11米/秒的風速條件下施工，而不影響焊接質量；第三，焊絲熔敷率高，容易脫渣，焊層厚度較小，冷卻速度慢，可有效減少焊接缺陷，保證焊接接頭處優良的力學性能；第四，由于該工藝無法進行根焊，可與纖維素焊接工藝互補，降低了燒穿的概率，提高根焊成型效率；第五，焊縫成型美觀，提高焊接質量和生產率，生產成本低。

1.3 全自動焊接

全自動焊接是指管道固定不動，焊槍在焊接小車的帶動下，圍繞焊接位置轉動達到自動焊接目的。全自動焊接工藝是目前最優異的焊接工藝之一，主要技術特點如下：第一，可以實現大機組流水線作業，同時能夠保證焊接質量，減少工人的工作量；第二，通過計算機編程，可實現焊接小車的自動控制，將焊槍振動頻率、送絲速度及焊接小車行走速度等三個主要控制參數設置為相互關聯的因變量，能夠實現三者變化的協調統一，即每次調節，均是三個參數的聯動，保證參數調節的準確性，在必要時也可人干預焊接參數的調整。

2 影響大口徑油氣管道焊接質量的因素

油氣管道內傳送的介質通常都是易燃易爆的石油類產品或天然氣，其焊接質量應達到相應國家標準及行業標準，一旦管道因焊接缺陷造成泄漏，不僅嚴重污染周邊環境的空氣、土壤，而且還會給國家和人民造成巨大財產損失，甚至導致火災和爆炸風險，所以加強油氣管道焊接質量控制是管道施工的重中之重，下面就影響管道焊接質量的幾個內在、外在因素進行分析。

2.1 自然環境因素

油氣管道施工自然環境往往較為復雜，影響焊接質量的因素主要有天氣因素和地形地貌因素。管道的施工過程經過的地形主要包括：山脈、沙漠、平原、丘陵、濕地等，這些不同的地形地貌，會影響施工單位對焊接設備、材料、焊接工藝的選擇，選擇失誤會嚴重影響焊接質量和施工進度；施工過程中經常會遇到大風、低溫及雨、雪、大霧等惡劣天氣，溫度、濕度、風速的變化如果不調整焊接參數及采取適當的保護措施，會使焊接過程中出現各種質量缺陷，從而影響管道的焊接質量。

2.2 人為因素

焊接人員的技術水平、操作熟練程度、操作習慣、質量意識、是否執行相應的焊接操作規程，均是影響焊接質量的關鍵因素；同時，監理工程師，業主代表是否熟悉焊接工藝知識，精通焊接質量驗收標準，監察是否嚴格，對不合格焊縫是否及時發現、返修，也會對管道的焊接質量造成重大影響。

2.3 設備、材料因素

設備主要包括焊接設備、組對設備。組對設備關系到焊口的對接質量，它是保證焊接質量的基本前提，施工過程中嚴禁出現錘擊、千斤頂硬頂等外力強行組對方式出現，這樣會使焊口產生應力變形，給工程質量埋下安全隱患；焊接設備主要是指焊機及配套設施，其工作的可靠性、穩定性是焊接質量的保證，長時間工作會導致設備老化、降低工作穩定性；材料主要是指焊條、焊絲、保護氣體及被焊接的管道，施工中材料采購、運輸、進場、檢驗、保管、出庫等無論哪個環節出現問題均會影響焊接施工質量。

3 加強管道焊接質量的有效措施

3.1 焊接設備、材料及工藝選擇

油田工藝管道及長距離油氣輸送管道經常在復雜的地形（如沼澤、沙漠、山區、凍土融化區等）及惡劣的自然環境（低溫、大風、雨雪天氣等）下施工。應根據實際選擇合適的焊接設備、焊接材料及焊接工藝[1]。焊接設備、材料往往受地形地貌、被焊材料所限制，例如一條大口徑油氣管道可能大部位于平原地區，局部位于沼澤，全自動焊接對施工環境要求較高，適用于平坦開闊的平原地區，而沼澤地區可聯合運用纖維素焊接+半自動焊接工藝。焊條、焊絲的選擇根據設計要求，并與管道材質相匹配，氣體保護焊中除自保護焊絲外均應用選用保護氣體，不同焊接方法、不同管道焊接材質、不同焊絲保護氣體不同，大口徑油氣管道焊接宜選用活性氣體（如CO2、Ar + CO2、Ar + O2、Ar+CO2+O2等）保護，以細化晶粒，克服電弧陰極斑點漂移，減少焊道咬邊等缺陷。從生產效率考慮，在Ar中加入He、N2、H2、CO2、O2等氣體，可增加母材的輸入熱量，提高焊接速度。

3.2 創建完整的規章制度

目前我國還缺乏一套完善的大口徑油氣管道施工的規章制度及大口徑管道焊接施工的技術標準。為了保證油氣管道的焊接質量，施工單位有必要建立一套自己的焊接操作規范和相應的質量控制規章制度，并將每項質量責任落實到個人，管道焊接施工前，施工單位應根據上述規范、制度，制定對應的焊接技術流程。焊接操作人員應嚴格按照焊接工藝評定報告編制的焊接工藝指導書就行焊接施工，焊接質量控制實行“三檢制”，即自檢、互檢、專檢[2]。

3.3 焊工資質審核

參與油氣管道焊接的焊接人員，必須相應的專業知識培訓及現場實踐經驗，并經考試合格，取得滿足所采取焊接工藝的執業資格證書。

3.4 原材料檢驗、保管

原材料的主要是指管道（被焊材料）和焊接材料，它們直接影響油氣管道的實際焊接質量，原材料由設計人員確定，其品種、規格、性能等應符合國家現行產品標準及設計要求，工程技術人員應根據設計文件，了解焊接材料的技術要求，配合材料部門編制材料計劃。原材料進場前必須經由專門的檢驗人員，根據原材料的規格、型號和數量依據適用的標準進行檢查，只有在檢驗合格的情況下才能入庫存儲。（1）進場材料要附帶質量證明文件（產品合格證、性能檢測報告等），由專職質量檢查員檢查確認是否與設計文件相符，無質量證明文件的材料嚴禁用于管道焊接；（2）按相關規范對進場材料進行復驗，復驗應由具有檢測資質的機構進行見證取樣、檢測，其結果應符合設計文件及國家產品質量標準；（3）對于檢測及復驗不合格的焊接材料，未經設計人員同意不得使用，對不能滿足設計要求的材料需經設計人員同意選用代用材料；（4）材料進場必須辦理驗收、入庫交接手續，未來及辦手續的單位單獨存放，合格材料應按品種、規格、牌號分類堆放，所有材料均采取有效措施防水、防潮，避免銹蝕；（5）焊接材料的發放必須按品種、規格、牌號等辦理發放手續，必要時質檢人員需現場確認。

3.5 加強焊接過程的質量控制

焊接過程是控制焊接質量的關鍵步驟，主要控制措施如下：

（1）焊前首先檢查焊接部位，用鋼絲刷、砂輪機等清理焊口處的油污、泥土等，以防止焊口表面出現鱗狀現象，杜絕焊道開裂情況出現；（2）焊接前焊口預熱溫度需按相關規定和技術要求進行控制，可有效的防止焊接部位的焊道因冷熱不均在焊接過程中炸裂；（3）避免強力組對，可有效防止焊接位置由于應力變形出現管線開裂導致的安全事故；（4）嚴格按照焊接工藝指導書調整焊接參數，確定合理的電流、焊速，電流過大使得熔深過大，會出現燒穿、咬邊、氣孔等缺陷，還會使熱影響區晶粒粗大影響焊縫的機械性能，如果電流過小，會造成引弧困難，電弧不穩定，出現夾渣、未焊透、焊瘤等缺陷；焊條焊接時一般采用短弧焊接，根據其直徑確定弧長；（5）根據施工環境中的風速、濕度參數，采用必要的防風、防雨雪、防潮措施，管道施工宜選用局部可移動的防風棚，同時應封堵管道兩端，防止穿堂風，雨、霧、雪天氣環境濕度大，應用防火、防雨苫布搭設防雨棚，棚內設照明燈、碘弧燈并對焊接部位進行火焰烘干處理；防潮措施除對焊接部位的烘干、熱處理外，還要嚴格按照規定烘干、取用、回收焊條；（6）焊接完成后必須進行焊縫質量檢查，經外觀質量檢查合格后，根據設計及相關規范要求抽取一定比例焊縫進行無損檢測，目前選用的主要有四種：射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷和滲透探傷[3]。

4 結語

大口徑油氣管道的焊接質量關系到工程的整體質量和使用壽命，甚至會導致嚴重的安全事故，給國家和人民的生命財產造成重大損失。因此，嚴把材料質量關，加強大口徑油氣管道焊接工程的事前、事中、事后質量控制，提高技術人員、操作人員的技術水平和責任感，能有效降低管道缺陷發生率，保證管道的焊接質量。