大口徑長輸管道自動焊施工技術(shù)分析

許小帥

（大慶油田工程建設(shè)有限公司國內(nèi)事業(yè)部，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

天然氣以及石油等能源的快速發(fā)展下，對油氣管道工程的要求提升，傳輸管道開始向大口徑和長輸送模式發(fā)展。大口徑、高壓力的管道提升油氣輸送的質(zhì)量和效率，但是也對管道焊接提出新的挑戰(zhàn)，需要改善傳統(tǒng)焊接方式，采用自動焊接模式，保證管道的焊接質(zhì)量。自動焊方式的轉(zhuǎn)變并不是簡單的對焊接材料、工藝以及設(shè)備的變化，而是要從管道設(shè)計的指標(biāo)、方法以及檢測技術(shù)方面進(jìn)行優(yōu)化，真正提升焊接質(zhì)量。

1 油氣長輸管道工程自動焊施工設(shè)計

大口徑長輸管道自動焊的設(shè)計需要從以下方面進(jìn)行優(yōu)化：第一，以我國自動焊接的能力，確定自動焊的地形坡度，坡度設(shè)置一般以15o為宜，大于這個坡度的地形不適合采用這種方式[1]。如果地形總體坡度小于15o，僅有局部坡度超過15o，可以通過局部位置處理后采用自動焊接的方式。由于自動焊接施工中需要的轉(zhuǎn)場成本和效率高，因此自動焊的長度需要保持50km以上。焊接中焊接段的結(jié)構(gòu)分散，可以采用全自動與半自動結(jié)合的焊接方式。

自動焊接的設(shè)計中，油氣管道需要采用自動焊接分段的方式進(jìn)行設(shè)計，并滿足如下要求：第一，解析焊接管道的高程以及里程，并根據(jù)解析成果對地理信息平臺進(jìn)行高精度劃分。針對局部位置采用土石方的經(jīng)濟(jì)模式，并提出合理輔助措施。自動焊接位置焊接工作開始前必須要先做好方案設(shè)計，保證后期焊接工作開展的連續(xù)性和持續(xù)性。焊接轉(zhuǎn)角位置，需要考慮管道內(nèi)部的轉(zhuǎn)彎問題。自動焊接工藝參數(shù)的設(shè)計需要以管道壁厚為重要參數(shù)，同時接頭位置的厚度要控制在3mm之內(nèi)。

2 大口徑長輸管道自動焊施工技術(shù)的方法與評定

2.1 管道焊接的方法

從我國當(dāng)前大口徑長輸管道自動焊接的情況來看，一般采用內(nèi)部或者外部焊接根焊與單焊槍或者雙焊槍外焊的方式。該種焊接方式主要用于地形條件坡度小于15o的區(qū)域。同時施工中的沿線和管道壁厚情況變化的頻次少，可以進(jìn)行長區(qū)段的自動焊接施工，一般施工長度需要控制在50km以上。焊接方式采用連續(xù)化、流水化的方式，保證焊接的質(zhì)量和焊接效率。管道焊接中一般需要采用多個機(jī)組配合的施工作業(yè)方式，如果焊區(qū)連續(xù)作業(yè)的條件不充足，或者需要頻繁搬遷、調(diào)試機(jī)組，會明顯降低焊接效率，提升焊接施工成本。

針對坡度超過15o的區(qū)域采用自動焊接，當(dāng)前已有大量課題跟進(jìn)，理論研究中認(rèn)為，內(nèi)焊機(jī)的爬坡高度可以實(shí)現(xiàn)30o的坡度爬行。因此一般坡度不超過30o的地形，也可以采用自動焊接的方式。但是如果坡度最大熱煨彎管的用量大，也難以保證焊接效率。當(dāng)前該研究尚處于初級的實(shí)驗(yàn)階段，尚未在工程中驗(yàn)證。

手工焊根焊與單焊槍外焊機(jī)的填充以及蓋面的焊接方式主要應(yīng)用在小于15o坡度的地形，焊接機(jī)組的配置不得高于自動焊接的方式，焊接形式更靈活，有利于移動，同時對焊接工藝的要求低。此外，坡度均勻以及坡度大的位置，可以采用坡腳以及坡頂預(yù)制管和軌道的方式進(jìn)行安裝。

2.2 管道焊接工藝的評價

大口徑長輸管道自動焊接施工中，在焊接開始前需要先做好工藝評定的工作，嚴(yán)格根據(jù)鋼制管道焊接以及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，查找各種變化因素，并做好對焊接數(shù)量以及種類的評定。直管焊接一般采用自動焊接的方式，如果其他因素不變的情況下，管道壁厚的范圍在3.2mm上下浮動的情況時不需要重新評定。如果鋼管的厚度變化超出這個范圍，需要對焊接工藝進(jìn)行重新評定。此外，如果管壁厚度差在5mm以下，可以利用自動焊接的方式對管道實(shí)施根焊。如果對接鋼管等級和強(qiáng)度保持一致，需要對管壁偏厚的一側(cè)對管壁進(jìn)行削薄處理。內(nèi)坡角的角度控制在10～15o之間。如果鋼管的等級和強(qiáng)度存在差異，根焊工藝中不可以采用自動焊的方式。管壁厚度差超過5mm的情況下，鋼管管壁厚度不等無法采用自動焊的方式進(jìn)行內(nèi)部根焊。熱煨彎管與直管的焊接，由于兩種管道的構(gòu)成材質(zhì)不同，管線鋼管焊接技術(shù)指標(biāo)的差異比較大，需要對焊接工藝進(jìn)行重新評定[2]。管道焊接性能影響的主要技術(shù)指標(biāo)和因素包括力學(xué)性能、化學(xué)成本以及冷裂紋測試結(jié)果等。

2.3 焊縫的低溫韌性評價

根據(jù)輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范的相關(guān)文件要求，油氣大口徑長輸管道工程中，管道的組合盈利需要在屈服強(qiáng)度的90%以內(nèi)。管道施工中，必須要合理分配吊管機(jī)，吊裝管道溝軸的應(yīng)力需要在屈服強(qiáng)度的80%左右，并保證管道環(huán)焊縫與軸力間相交，做好管道吊裝下溝關(guān)鍵位置的保護(hù)，特別是要加強(qiáng)對管道焊接焊縫位置低溫韌性的測試。我國的長輸管道鋼管環(huán)焊接頭位置在金屬焊縫中需要先進(jìn)行沖擊韌性試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度控制在-60～20oC。焊縫金屬的韌性值要滿足設(shè)計要求。韌脆溫度的轉(zhuǎn)變點(diǎn)需要在設(shè)計文件規(guī)定的試驗(yàn)溫度以內(nèi)，防止管道環(huán)焊縫吊裝中出現(xiàn)開裂以及脆韌變化的問題。如果施工中環(huán)境溫度在韌脆溫度以下，要停止吊裝工作。

2.4 焊縫無損檢測

大口徑長輸管道一般采用全自動超聲檢測的方式測定焊接情況和復(fù)驗(yàn)探傷。工程實(shí)施初期階段，前100道焊口檢測需要利用100%的射線方式進(jìn)行焊接探傷和復(fù)檢。焊縫的驗(yàn)收要以《石油天然氣管道工程全自動超聲波檢測技術(shù)規(guī)范》（以下稱《規(guī)范》）為主要評判參考[3]。如果射線檢測與全自動超聲波的檢測出現(xiàn)差異性，需要按照以下方式處理：

第一，在全自動超聲波檢測以及射線探傷檢測中都發(fā)現(xiàn)缺陷的情況，可以根據(jù)《規(guī)范》的要求對具體情況進(jìn)行判定；

第二，如果全自動超聲波探傷發(fā)現(xiàn)缺欠問題，射線探傷未發(fā)現(xiàn)缺陷，需要對全自動超聲波探傷工藝再一次檢測和確認(rèn)，并將當(dāng)日利用全自動超聲檢測的所有焊接工序重新檢測。管道焊接中，當(dāng)前完成的焊接內(nèi)容都需要當(dāng)天完成無損檢測，并通過檢測做出判斷。全自動超聲波探傷工作操作人員必須要持相關(guān)資格證，檢測方在全自動超聲波探傷中，所有的工藝操作都需要得到認(rèn)證機(jī)構(gòu)的認(rèn)可后再進(jìn)行檢測。

3 大口徑長輸管道全自動焊接技術(shù)施工控制要點(diǎn)

3.1 加強(qiáng)焊接裂紋控制

大口徑長輸管道全自動焊接技術(shù)應(yīng)用中，需要嚴(yán)格按照管道的建設(shè)要求，選擇符合管道材料要求的焊接方式，避免出現(xiàn)裂紋。同時焊接中選擇的焊絲需要滿足焊接要求，并做好對焊絲的保管工作，防止焊絲生銹、受潮等影響管道的焊接質(zhì)量。最后，焊接施工中合理控制焊接速度和焊接厚度，厚度一般控制在2～3mm。通過焊接材料、焊絲以及厚度等方面的有效控制，有利于預(yù)防管道焊接的裂紋，保證焊接質(zhì)量。

3.2 加強(qiáng)焊接氣孔控制

油氣大口徑長輸管道焊接施工開始前，先做好對坡口的處理，避免坡口位置存在污穢影響焊接效果和焊接質(zhì)量；其次，做好對焊接環(huán)境溫濕度的調(diào)整，保證滿足全自動焊接技術(shù)要求，防止焊接位置出現(xiàn)氣孔。

3.3 加強(qiáng)咬邊控制

大口徑長輸管道焊接中，咬邊控制方案與氣孔控制方案基本一致，在焊接開始前都需要先清理坡口，保證坡口位置的清潔性。并按照管道的建設(shè)要求，選擇合適的焊接角度，有效預(yù)防咬邊。

3.4 持續(xù)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新

為了促進(jìn)油氣大口徑長輸管道焊接技術(shù)的創(chuàng)新，需要加強(qiáng)對全自動焊接技術(shù)的優(yōu)化，以現(xiàn)有的自動焊接設(shè)備為基礎(chǔ)的工藝操作，嘗試向窄坡口以及外根焊工藝技術(shù)方面進(jìn)行拓展，有效解決特殊區(qū)域的焊接問題。使全自動焊接工藝可以實(shí)現(xiàn)全口徑、全地形的全面推廣。

4 結(jié)語

綜上所述，大口徑長輸管道中通過自動焊接技術(shù)的應(yīng)用，可以提升焊接效率，保證焊接質(zhì)量。但是相對于普通的焊接技術(shù)來說，更容易受到焊接環(huán)境的影響。自動焊接技術(shù)對坡口位置以及焊接精度的要求高，對焊接人員的焊接習(xí)慣和焊接能力也提出新的要求。因此需要加強(qiáng)對自動焊接工藝的關(guān)注，通過嚴(yán)控施工工藝和加強(qiáng)焊工檢測的方式，保證焊接施工技術(shù)滿足工藝要求，避免出現(xiàn)焊接問題。此外自動焊接技術(shù)可以降低勞動強(qiáng)度，提升焊接合格率，在管道建設(shè)中具有更廣闊的應(yīng)用前景。