張向陽

（西安西北石油管道有限公司，陜西西安 710018）

0 引言

在天然氣管道焊接技術(shù)中，有必要開展管道工程專業(yè)焊接技術(shù)的研究，努力提升焊接技術(shù)水平?？梢哉f，這是整個工程得以自始至終、全面高效率施工的關(guān)鍵所在。比較通用的集中焊接方法包括：焊條電弧向下立焊、全自動氣體保護(hù)向下立焊技術(shù)以及半自動自保護(hù)焊等。研究焊條電弧向下立焊、半自動自保護(hù)焊這2種工藝，討論管道焊接材料在直徑508 mm、壁厚10.3 mm的管道焊接中的應(yīng)用。

1 天然氣管道常用焊接技術(shù)

1.1 向下立焊

向下立焊是從管道頂部引弧，然后按照從上到下的順序進(jìn)行焊接，非常適合流水作業(yè)，有3個特點。

（1）焊接速度快。這主要是因為，采用焊條鐵液的濃度相對要低一些、不淌渣，一般會比由下向上施焊的效率提高整整一倍。

（2）質(zhì)量很好。一般來說，纖維的素焊條焊接在根部位置，往往能夠成形飽滿，電弧吹力足夠大，能夠均勻穿透，最終足夠美觀，焊接之后抗風(fēng)能力極強(qiáng)，這樣的特點也就決定了這種工藝被利用于野外天然氣管道敷設(shè)時會十分方便。

（3）節(jié)省焊接耗材。事實證明，焊條的消耗量能夠大降低20%～30%。

1.2 半自動保護(hù)焊

半自動保護(hù)焊主要是利用藥粉燃燒和分解后產(chǎn)生的氣體來對焊接區(qū)和電弧進(jìn)行保護(hù)，焊絲中會加入穩(wěn)弧劑，具備4個主要特點。

（1）更好的焊接質(zhì)量。采用半自動焊能夠有效降低處在焊接縫之中的含氧量。此外，一般半自動焊的方式熱輸入高，但是焊縫冷卻速度卻慢得多，這對于氫的溢出以及對冷裂紋的減少和預(yù)防，具有很好效果[2]。

（2）較高的效率。通常情況下，采用藥芯焊絲能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)焊接，整個的熔敷量比較大并減少了手工焊接的麻煩，同時提升了焊接速度。最終焊接結(jié)束后，能夠?qū)崿F(xiàn)焊渣較薄且脫渣時相對簡單，縮短了脫渣環(huán)節(jié)所耗費的時間。

（3）耗費的成本較低。半自動焊接的設(shè)備往往具備很好的通用性，能夠?qū)崿F(xiàn)半自動焊，當(dāng)然對于手弧焊以及其他的焊接方法也很有效，整個藥芯在使用時效率很高，焊接的坡口相對更小，縮減了對于填充金屬的使用量，提升了焊接速度，大大壓縮了以往所需的成本。

（4）全位置成形好。具備很好的環(huán)境適應(yīng)能力，學(xué)習(xí)簡單。另外，整個工藝焊接過程當(dāng)中，不需要額外加入保護(hù)氣體，僅僅借助自身焊接過程當(dāng)中的化學(xué)反應(yīng)就能夠?qū)崿F(xiàn)脫氧、去氫及去氮的作用，大大提升了焊接處的抗風(fēng)效果，能夠很好滿足野外作業(yè)的需要[3]。

2 天然氣管道焊接工藝

2.1 焊接設(shè)備的選擇

通常會使用DC-400焊機(jī)進(jìn)行半自動自保護(hù)焊，選擇ZX70-400B直流焊機(jī)作為焊條電弧焊接設(shè)備。

2.2 焊接參數(shù)

通常情況下，焊接的參數(shù)如表1所示。

表1 焊接參數(shù)表

2.3 焊前預(yù)熱

焊前預(yù)熱主要是為了避免天然氣管道根部出現(xiàn)冷裂紋的情況，可以說整個管道焊接施工的余熱溫度范圍，應(yīng)當(dāng)綜合照顧到母材的強(qiáng)度和整個的組織性能的特定變化規(guī)律，以及整個管道的直徑和壁厚，還應(yīng)當(dāng)考慮材料當(dāng)中的含氫量。由于多層焊一般會在鋼管壁厚度較大的管道上使用，所以，需要考慮焊接道層之間的溫度，并盡量減緩縫區(qū)溫度的下降。一般來說，層間的溫度大致貼近預(yù)熱的溫度，應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)近縫區(qū)的溫度過高，還應(yīng)當(dāng)注意避免出現(xiàn)一些冷裂紋。在焊接時，預(yù)熱溫度保持在（100～150）℃。預(yù)熱完成后立即進(jìn)行焊接作業(yè)。在預(yù)熱后如果關(guān)口位置出現(xiàn)污染問題，則應(yīng)當(dāng)在清除掉污染后再次進(jìn)行預(yù)熱流程，此外，還應(yīng)當(dāng)維持曾建焊接溫度并大致維持在（100～150）℃[4]。

2.4 坡口制備以及焊接

（1）坡口制備以及焊接前的準(zhǔn)備工作。這是焊接前需要進(jìn)行的一個關(guān)鍵步驟，主要劃分為坡口的角度、間隙等幾大要素。①首先需要使用鋼絲將坡口以及內(nèi)側(cè)表面≥25 mm范圍內(nèi)的污垢、雜質(zhì)清理干凈，使金屬光澤露出；②組隊前要先修磨坡口，確保坡口的鈍邊和角度可以達(dá)到焊接要求；③焊接作業(yè)前，要將鋼管的2段15 mm以內(nèi)的螺旋焊縫使用砂輪機(jī)打磨成緩坡，保證焊道熔合效果可以達(dá)到預(yù)期要求；④要根據(jù)焊接工藝要求確定裝配尺寸。圖1為管對接坡口。

（2）采用手工向下立焊的方法進(jìn)行打底焊作業(yè)。蓋面層和填充層使用向下立焊自我保護(hù)焊接的方法進(jìn)行作業(yè)。使用管材直徑保持在580mm左右。施工時安排兩名焊工開展作業(yè)，以免出現(xiàn)焊接變形的情況[5]。

至于根焊，則建議借助焊條電弧向下立焊的方法，焊條適宜選用E6010高纖維素鈉型藥皮向下立焊條。此處可確保吹力更大的電弧，單面焊雙面成形，較少出現(xiàn)熔渣，比較容易清除，而且焊波能夠美觀成形，速度也比較快。所選用的熔敷金屬力學(xué)性能，能夠確保不會出現(xiàn)太多的氣孔，并具備很好的抗裂性，是一種管線現(xiàn)場環(huán)縫全位置向下立焊接的專屬使用焊條，焊接上大多采用直流反接。進(jìn)行焊接的時候盡量由2個焊工一起操作。

在完成根焊后，應(yīng)當(dāng)在熱態(tài)下迅速實施半自動自保護(hù)焊熱焊道，此間需要注意不進(jìn)行橫向擺動。此外，在進(jìn)行焊接的時候還應(yīng)當(dāng)盡量做到避免焊絲過長，確保中間層以及蓋面層不會出現(xiàn)橫向擺動，為穩(wěn)定熔化坡口的側(cè)面邊緣位置，應(yīng)當(dāng)確保擺動的幅度能夠＞坡口的寬度，當(dāng)然也要留意焊接的頻率問題，焊接方向如圖2所示。

圖1 管對接坡口

圖2 根焊和熱道焊焊接方向

3 向下立焊焊接缺陷及預(yù)防措施

3.1 氣孔

在進(jìn)行焊接時，經(jīng)常會出現(xiàn)氣孔，影響焊接質(zhì)量。一般來說出現(xiàn)氣孔主要是由于蓋面焊接過程中，熔池的溫度過高，導(dǎo)致焊接時吸附了大量的空氣。同時也會由于暴動幅度過大導(dǎo)致溶池保護(hù)不到位。為了防止出現(xiàn)這一情況，在進(jìn)行蓋面焊接時，焊接電流要略低于中間層，并采用短弧焊的焊接方法進(jìn)行施工。施工時要提高焊接速度，防止表面有氣孔出現(xiàn)。云跳速度要減緩，使熔池中的氣體可以充分溢出。進(jìn)行焊接時，不能讓熔池超前，應(yīng)及時清理坡口，尤其是避免出現(xiàn)油污或漆。對焊材進(jìn)行防潮處理，需及時烘干，備用，避免長期暴露在外，造成后期使用不方便，如果遇到了風(fēng)雨交加的惡劣天氣，則應(yīng)當(dāng)加大保護(hù)措施，減少氣體進(jìn)入熔池的機(jī)會。

3.2 夾渣

在焊接過程中，要做好焊渣清理工作，并對焊接流程進(jìn)行規(guī)范，安排專人進(jìn)行清渣和打磨，保證焊道清潔。及時將接頭點磨平，并形成U形槽，此外，在焊接過程中要根據(jù)實際情況合理選擇電焊條，避免出現(xiàn)W形槽。

4 結(jié)束語

在天然氣管道的焊接過程中，會出現(xiàn)各種各樣的問題，因此，需要掌握良好的焊接工藝，使用合適的焊接設(shè)備，并按操作規(guī)程施工，才能改變管道焊接技術(shù)現(xiàn)狀，更好地為天然氣管道敷設(shè)服務(wù)。

［1］劉維洋.壓力管道焊接熱影響區(qū)裂紋擴(kuò)展研究［D］.成都：西南石油大學(xué)，2017.

［2］王進(jìn).X80高強(qiáng)鋼組織及焊接工藝研究［D］.成都：西南石油大學(xué)，2014

［3］胡忠文，陳斐.長輸天然氣管道激光—電弧復(fù)合焊接工藝［J］.油氣田地面工程，2014（12）：103-104.

［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］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（14）：229.

［5］王永強(qiáng)，謝黎明.壓力管道焊接質(zhì)量控制方法研究［J］.機(jī)電信息，2012（6）：170-171.