劉明秦

（大慶油田工程建設(shè)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(zhǎng)輸管道施工中的一道重要工序，焊接質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到管道、場(chǎng)站建設(shè)的工程質(zhì)量及其使用壽命，是油田生產(chǎn)、油氣長(zhǎng)輸管道安全運(yùn)行的保證。實(shí)際施工過程中管道焊接質(zhì)量往往受多重因素影響，如施工環(huán)境、人員、材料、設(shè)備等。因此針對(duì)不同的施工環(huán)境、管道材質(zhì)、口徑，選擇合適的焊接工藝，同時(shí)進(jìn)行焊接質(zhì)量的全過程控制，以保證管道焊接質(zhì)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(shù)一般指纖維素焊條向下焊技術(shù)，其焊機(jī)有直流和交流型兩種，主要技術(shù)特點(diǎn)如下：第一，環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，可以在較惡劣的野外環(huán)境中對(duì)管道全位置施焊，應(yīng)用廣泛；第二，此工藝具有熔深大的特點(diǎn)，因而穿透力較強(qiáng)，在根部焊、單面焊中雙面成型好；第三，對(duì)氣孔的敏感性小，不易產(chǎn)生氣孔缺陷，同時(shí)電流大，電弧吹力大，產(chǎn)生的熔渣少，焊接質(zhì)量較高；第四，施工過程中操作簡(jiǎn)單，各層焊道可實(shí)現(xiàn)流水線焊接作業(yè)；第五，對(duì)管工對(duì)口、焊工焊接工藝參數(shù)執(zhí)行、砂輪工打磨等工藝的銜接要求較嚴(yán)格，否則會(huì)產(chǎn)生各類型焊接缺陷，影響焊接質(zhì)量。

1.2 藥芯焊絲半自動(dòng)焊

該焊接工藝是上世紀(jì)90年代自美國(guó)引入，經(jīng)多年實(shí)踐，一般與焊條電弧焊聯(lián)用，應(yīng)用于大口徑管道的焊接施工中。主要技術(shù)特點(diǎn)如下：第一，能夠持續(xù)送絲，能夠大量減少起弧和收弧時(shí)的焊接接頭，降低焊接缺陷發(fā)生率；第二，抗風(fēng)性能良好，能夠無保護(hù)在最高11米/秒的風(fēng)速條件下施工，而不影響焊接質(zhì)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(yōu)良的力學(xué)性能；第四，由于該工藝無法進(jìn)行根焊，可與纖維素焊接工藝互補(bǔ)，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(zhì)量和生產(chǎn)率，生產(chǎn)成本低。

1.3 全自動(dòng)焊接

全自動(dòng)焊接是指管道固定不動(dòng)，焊槍在焊接小車的帶動(dòng)下，圍繞焊接位置轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到自動(dòng)焊接目的。全自動(dòng)焊接工藝是目前最優(yōu)異的焊接工藝之一，主要技術(shù)特點(diǎn)如下：第一，可以實(shí)現(xiàn)大機(jī)組流水線作業(yè)，同時(shí)能夠保證焊接質(zhì)量，減少工人的工作量；第二，通過計(jì)算機(jī)編程，可實(shí)現(xiàn)焊接小車的自動(dòng)控制，將焊槍振動(dòng)頻率、送絲速度及焊接小車行走速度等三個(gè)主要控制參數(shù)設(shè)置為相互關(guān)聯(lián)的因變量，能夠?qū)崿F(xiàn)三者變化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，即每次調(diào)節(jié)，均是三個(gè)參數(shù)的聯(lián)動(dòng)，保證參數(shù)調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性，在必要時(shí)也可人干預(yù)焊接參數(shù)的調(diào)整。

2 影響大口徑油氣管道焊接質(zhì)量的因素

油氣管道內(nèi)傳送的介質(zhì)通常都是易燃易爆的石油類產(chǎn)品或天然氣，其焊接質(zhì)量應(yīng)達(dá)到相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，一旦管道因焊接缺陷造成泄漏，不僅嚴(yán)重污染周邊環(huán)境的空氣、土壤，而且還會(huì)給國(guó)家和人民造成巨大財(cái)產(chǎn)損失，甚至導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)，所以加強(qiáng)油氣管道焊接質(zhì)量控制是管道施工的重中之重，下面就影響管道焊接質(zhì)量的幾個(gè)內(nèi)在、外在因素進(jìn)行分析。

2.1 自然環(huán)境因素

油氣管道施工自然環(huán)境往往較為復(fù)雜，影響焊接質(zhì)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(jīng)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(huì)影響施工單位對(duì)焊接設(shè)備、材料、焊接工藝的選擇，選擇失誤會(huì)嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量和施工進(jìn)度；施工過程中經(jīng)常會(huì)遇到大風(fēng)、低溫及雨、雪、大霧等惡劣天氣，溫度、濕度、風(fēng)速的變化如果不調(diào)整焊接參數(shù)及采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，會(huì)使焊接過程中出現(xiàn)各種質(zhì)量缺陷，從而影響管道的焊接質(zhì)量。

2.2 人為因素

焊接人員的技術(shù)水平、操作熟練程度、操作習(xí)慣、質(zhì)量意識(shí)、是否執(zhí)行相應(yīng)的焊接操作規(guī)程，均是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素；同時(shí)，監(jiān)理工程師，業(yè)主代表是否熟悉焊接工藝知識(shí)，精通焊接質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)察是否嚴(yán)格，對(duì)不合格焊縫是否及時(shí)發(fā)現(xiàn)、返修，也會(huì)對(duì)管道的焊接質(zhì)量造成重大影響。

2.3 設(shè)備、材料因素

設(shè)備主要包括焊接設(shè)備、組對(duì)設(shè)備。組對(duì)設(shè)備關(guān)系到焊口的對(duì)接質(zhì)量，它是保證焊接質(zhì)量的基本前提，施工過程中嚴(yán)禁出現(xiàn)錘擊、千斤頂硬頂?shù)韧饬?qiáng)行組對(duì)方式出現(xiàn)，這樣會(huì)使焊口產(chǎn)生應(yīng)力變形，給工程質(zhì)量埋下安全隱患；焊接設(shè)備主要是指焊機(jī)及配套設(shè)施，其工作的可靠性、穩(wěn)定性是焊接質(zhì)量的保證，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)導(dǎo)致設(shè)備老化、降低工作穩(wěn)定性；材料主要是指焊條、焊絲、保護(hù)氣體及被焊接的管道，施工中材料采購(gòu)、運(yùn)輸、進(jìn)場(chǎng)、檢驗(yàn)、保管、出庫等無論哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題均會(huì)影響焊接施工質(zhì)量。

3 加強(qiáng)管道焊接質(zhì)量的有效措施

3.1 焊接設(shè)備、材料及工藝選擇

油田工藝管道及長(zhǎng)距離油氣輸送管道經(jīng)常在復(fù)雜的地形（如沼澤、沙漠、山區(qū)、凍土融化區(qū)等）及惡劣的自然環(huán)境（低溫、大風(fēng)、雨雪天氣等）下施工。應(yīng)根據(jù)實(shí)際選擇合適的焊接設(shè)備、焊接材料及焊接工藝[1]。焊接設(shè)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(qū)，局部位于沼澤，全自動(dòng)焊接對(duì)施工環(huán)境要求較高，適用于平坦開闊的平原地區(qū)，而沼澤地區(qū)可聯(lián)合運(yùn)用纖維素焊接+半自動(dòng)焊接工藝。焊條、焊絲的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并與管道材質(zhì)相匹配，氣體保護(hù)焊中除自保護(hù)焊絲外均應(yīng)用選用保護(hù)氣體，不同焊接方法、不同管道焊接材質(zhì)、不同焊絲保護(hù)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(hù)，以細(xì)化晶粒，克服電弧陰極斑點(diǎn)漂移，減少焊道咬邊等缺陷。從生產(chǎn)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(chuàng)建完整的規(guī)章制度

目前我國(guó)還缺乏一套完善的大口徑油氣管道施工的規(guī)章制度及大口徑管道焊接施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。為了保證油氣管道的焊接質(zhì)量，施工單位有必要建立一套自己的焊接操作規(guī)范和相應(yīng)的質(zhì)量控制規(guī)章制度，并將每項(xiàng)質(zhì)量責(zé)任落實(shí)到個(gè)人，管道焊接施工前，施工單位應(yīng)根據(jù)上述規(guī)范、制度，制定對(duì)應(yīng)的焊接技術(shù)流程。焊接操作人員應(yīng)嚴(yán)格按照焊接工藝評(píng)定報(bào)告編制的焊接工藝指導(dǎo)書就行焊接施工，焊接質(zhì)量控制實(shí)行“三檢制”，即自檢、互檢、專檢[2]。

3.3 焊工資質(zhì)審核

參與油氣管道焊接的焊接人員，必須相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并經(jīng)考試合格，取得滿足所采取焊接工藝的執(zhí)業(yè)資格證書。

3.4 原材料檢驗(yàn)、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(shí)際焊接質(zhì)量，原材料由設(shè)計(jì)人員確定，其品種、規(guī)格、性能等應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求，工程技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)文件，了解焊接材料的技術(shù)要求，配合材料部門編制材料計(jì)劃。原材料進(jìn)場(chǎng)前必須經(jīng)由專門的檢驗(yàn)人員，根據(jù)原材料的規(guī)格、型號(hào)和數(shù)量依據(jù)適用的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查，只有在檢驗(yàn)合格的情況下才能入庫存儲(chǔ)。（1）進(jìn)場(chǎng)材料要附帶質(zhì)量證明文件（產(chǎn)品合格證、性能檢測(cè)報(bào)告等），由專職質(zhì)量檢查員檢查確認(rèn)是否與設(shè)計(jì)文件相符，無質(zhì)量證明文件的材料嚴(yán)禁用于管道焊接；（2）按相關(guān)規(guī)范對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，復(fù)驗(yàn)應(yīng)由具有檢測(cè)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行見證取樣、檢測(cè)，其結(jié)果應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件及國(guó)家產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；（3）對(duì)于檢測(cè)及復(fù)驗(yàn)不合格的焊接材料，未經(jīng)設(shè)計(jì)人員同意不得使用，對(duì)不能滿足設(shè)計(jì)要求的材料需經(jīng)設(shè)計(jì)人員同意選用代用材料；（4）材料進(jìn)場(chǎng)必須辦理驗(yàn)收、入庫交接手續(xù)，未來及辦手續(xù)的單位單獨(dú)存放，合格材料應(yīng)按品種、規(guī)格、牌號(hào)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(fā)放必須按品種、規(guī)格、牌號(hào)等辦理發(fā)放手續(xù)，必要時(shí)質(zhì)檢人員需現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。

3.5 加強(qiáng)焊接過程的質(zhì)量控制

焊接過程是控制焊接質(zhì)量的關(guān)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(jī)等清理焊口處的油污、泥土等，以防止焊口表面出現(xiàn)鱗狀現(xiàn)象，杜絕焊道開裂情況出現(xiàn)；（2）焊接前焊口預(yù)熱溫度需按相關(guān)規(guī)定和技術(shù)要求進(jìn)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(qiáng)力組對(duì)，可有效防止焊接位置由于應(yīng)力變形出現(xiàn)管線開裂導(dǎo)致的安全事故；（4）嚴(yán)格按照焊接工藝指導(dǎo)書調(diào)整焊接參數(shù)，確定合理的電流、焊速，電流過大使得熔深過大，會(huì)出現(xiàn)燒穿、咬邊、氣孔等缺陷，還會(huì)使熱影響區(qū)晶粒粗大影響焊縫的機(jī)械性能，如果電流過小，會(huì)造成引弧困難，電弧不穩(wěn)定，出現(xiàn)夾渣、未焊透、焊瘤等缺陷；焊條焊接時(shí)一般采用短弧焊接，根據(jù)其直徑確定弧長(zhǎng)；（5）根據(jù)施工環(huán)境中的風(fēng)速、濕度參數(shù)，采用必要的防風(fēng)、防雨雪、防潮措施，管道施工宜選用局部可移動(dòng)的防風(fēng)棚，同時(shí)應(yīng)封堵管道兩端，防止穿堂風(fēng)，雨、霧、雪天氣環(huán)境濕度大，應(yīng)用防火、防雨苫布搭設(shè)防雨棚，棚內(nèi)設(shè)照明燈、碘弧燈并對(duì)焊接部位進(jìn)行火焰烘干處理；防潮措施除對(duì)焊接部位的烘干、熱處理外，還要嚴(yán)格按照規(guī)定烘干、取用、回收焊條；（6）焊接完成后必須進(jìn)行焊縫質(zhì)量檢查，經(jīng)外觀質(zhì)量檢查合格后，根據(jù)設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求抽取一定比例焊縫進(jìn)行無損檢測(cè)，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(jié)語

大口徑油氣管道的焊接質(zhì)量關(guān)系到工程的整體質(zhì)量和使用壽命，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。因此，嚴(yán)把材料質(zhì)量關(guān)，加強(qiáng)大口徑油氣管道焊接工程的事前、事中、事后質(zhì)量控制，提高技術(shù)人員、操作人員的技術(shù)水平和責(zé)任感，能有效降低管道缺陷發(fā)生率，保證管道的焊接質(zhì)量。