＊劉寶強(qiáng)

（國家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司建設(shè)項(xiàng)目管理分公司中俄東線項(xiàng)目部 河北 065000）

天然氣管道施工焊接技術(shù)直接關(guān)系到天然氣管道焊接質(zhì)量與安全。天然氣管道裂紋是常見問題，不僅會威脅管道焊接位置的質(zhì)量，同時也會增加天然氣管道整體的危險性，導(dǎo)致天然氣管道事故率增加。尤其是城市化建設(shè)與經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源需求明顯變大，天然氣作為新能源，大力度應(yīng)用不僅緩解了傳統(tǒng)能源消耗壓力，同時對協(xié)調(diào)城市建設(shè)運(yùn)行與生態(tài)環(huán)境矛盾有重要意義。天然氣管道施工中，焊接技術(shù)作為重要組成，從焊接技術(shù)性與質(zhì)量方面著手，必須積極總結(jié)焊接經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)選擇天然氣管道施工焊接技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，有效提高天然氣管道施工焊接技術(shù)水平。

1.天然氣管道施工焊接技術(shù)特點(diǎn)分析

深化天然氣管道施工焊接技術(shù)研究，必須對施工技術(shù)特點(diǎn)詳細(xì)了解。天然氣管道施工，因?yàn)楦采w線路廣、沿線長，尤其是部分管道施工還需要跨越復(fù)雜地形地質(zhì)，所以極易受到外界環(huán)境的干擾，影響因素比較多，施工條件復(fù)雜。再者天然氣管道主要埋設(shè)于地下，不會占據(jù)地面較大面積，管道需承載巨大運(yùn)輸量，特別是投入使用后，持續(xù)性運(yùn)行作業(yè)，若管道施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，管道運(yùn)輸效率受到影響，管道施工成本增加，甚至?xí)黾犹烊粴廨斔湍芎?，對周圍安全造成威脅[1]。天然氣管道施工期間，會根據(jù)項(xiàng)目具體情況，設(shè)置監(jiān)督控制系統(tǒng)，全程監(jiān)督管道施工情況。利用信息化技術(shù)對天然氣管道施工進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測，并且增設(shè)遙控功能，積極滲透新型技術(shù)，為天然氣管道施工的數(shù)字化、自動化水平提高創(chuàng)造有利條件。智能化管理與自動化施工等，幫助天然氣管道在投入運(yùn)行后及時對隱藏問題進(jìn)行監(jiān)督，積極制定應(yīng)對處理措施[2]。特別是天然氣管道施工之前，對施工項(xiàng)目的環(huán)境展開全方面勘察，對地質(zhì)地形條件詳細(xì)掌握基礎(chǔ)上，及時總結(jié)氣候環(huán)境變化特點(diǎn)，以此為施工方案的制定與焊接技術(shù)的選擇提供依據(jù)。不僅如此，及時制定管道防腐方案，因?yàn)樘烊粴夤艿莱Ｄ曷裼诘叵?，地下環(huán)境復(fù)雜，所以防腐非常關(guān)鍵。科學(xué)規(guī)劃天然氣管道施工流程，按部就班完成施工任務(wù)。

2.剖析天然氣管道施工焊接影響因素

天然氣管道施工焊接技術(shù)的應(yīng)用，受到天然氣管道特點(diǎn)的影響，焊接施工質(zhì)量影響因素比較多，以下對天然氣管道施工焊接影響因素進(jìn)行整理，主要包括四方面：其一，氣候環(huán)境。天然氣管道施工焊接期間，焊接質(zhì)量會受到溫度、濕度等的影響，因此在施工中必須對這方面十分注意[3]。其二，流動性。天然氣管道施工沿線長、跨度大，如此一來施工必須面臨流動性變化。焊接施工期間，隨著地點(diǎn)的變化焊接技術(shù)與操作工藝等都需要及時調(diào)整，否則施工質(zhì)量會受到影響。其三，地形地貌。天然氣管道施工期間，地形地貌隨著施工范圍的擴(kuò)大與跨度的延長、地區(qū)的跨越等，會出現(xiàn)不同程度的變化，地區(qū)間地貌地形復(fù)雜多樣，這種情況下如果不能保證焊接施工方案的靈活調(diào)整，及時適應(yīng)焊接位置的變化等，焊接質(zhì)量必然會下降[4]。其四，施工場地。天然氣管道的施工場地相對來講較為狹窄，焊接技術(shù)應(yīng)用中會涉及到一些機(jī)械化處理工藝，機(jī)械化處理工藝的施工空間不夠，施工工藝受到干擾，焊接質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)[5]。

3.天然氣管道施工焊接技術(shù)操作要點(diǎn)分析

（1）時刻注意焊接環(huán)境變化，加大對焊接條件的管控力度。環(huán)境作為天然氣管道焊接的直接影響因素，需根據(jù)《天然氣管道試運(yùn)行投產(chǎn)規(guī)范》要求，制定嚴(yán)格的管道焊接管控方案，尤其是焊接環(huán)境方面[6]。及時對天然氣管道進(jìn)行脫水，并且還要同步完成干燥處理，保證天然氣管道的空氣濕度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，如此才能夠順利開展后續(xù)作業(yè)。

（2）天然氣管道施工在選線期間，需嚴(yán)格按照國家規(guī)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)持安全第一的原則，從長期可靠角度提高管道施工的質(zhì)量與安全性[7]。尤其是走向、管線關(guān)系等因素需時刻注意，還要對線路曲直效果進(jìn)行檢測，對線路長度綜合考量等，在此基礎(chǔ)上，盡可能做到線路順直，適當(dāng)靈活調(diào)整線路長度，以此來達(dá)到節(jié)省管道材料、施工成本的目的。

（3）科學(xué)選擇天然氣管道防腐材料，表1對天然氣防腐材料的位置與適應(yīng)的材料類型進(jìn)行了歸類整理，結(jié)合表1內(nèi)容，切實(shí)落實(shí)施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 天然氣管道防腐材料選擇

（4）焊接工藝施工之前，對施工區(qū)域與管道等及時沖刷清理，做好質(zhì)量管理工作，為后續(xù)天然氣管道焊接施工操作的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

4.天然氣管道施工焊接技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用

（1）手工焊接技術(shù)應(yīng)用。天然氣管道施工焊接中，根據(jù)焊接條件與天然氣管道施工環(huán)境等，選擇焊接技術(shù)，手工焊接技術(shù)是代表性技術(shù)之一。手工焊接技術(shù)以手工電弧焊下向焊接技術(shù)為主，具體包括兩種焊條，其一是纖維素焊條；其二是低氫型焊條[8]。手工焊是傳統(tǒng)天然氣管道施工中的關(guān)鍵焊接方法，手工下向焊能夠在很大程度上將焊接速度加快，同時結(jié)合大鈍邊、小坡口角度以及小間隙參數(shù)，有效提高焊接效率，保證焊接質(zhì)量，減少焊接材料消耗。手工焊接技術(shù)整體操作來講難度比較低，同時抗風(fēng)能力強(qiáng)，大風(fēng)天氣下焊接影響性小，因此在天然氣管道焊接施工中應(yīng)用廣泛。兩種下向焊焊條的施工處理方法與注意事項(xiàng)如下：

①纖維素焊條下向焊施工處理。纖維素焊條在實(shí)際焊接應(yīng)用中，主要優(yōu)勢體現(xiàn)在根焊適應(yīng)性強(qiáng)方面。纖維素下向焊施工處理，熔透能力非常強(qiáng)，并且將天然氣管道之間的連接間隙有效填充，這樣就可以保證焊縫處理的密實(shí)性，并且焊縫背面并不會出現(xiàn)過于明顯的凹凸不平。焊接期間氣孔敏感性相對來講比較小，焊縫質(zhì)量也比較高，尤其是在X70以下的鋼材管道焊接中，根據(jù)其薄壁大口徑特點(diǎn)，纖維素下向焊是主要焊接工藝。當(dāng)然在焊接實(shí)施中纖維素下向焊也存在很多注意事項(xiàng)。第一是纖維素下向焊對溫度比較敏感，焊接中比較容易出現(xiàn)冷裂紋，這方面需十分注意。第二是纖維素焊條在焊接中，熔敷金屬擴(kuò)散其間氫含量相對比較高，所以會影響到預(yù)熱溫度的控制，也會影響到層間溫度[9]。

②低氫型焊條下向焊焊接處理。此焊接類型對能夠有效預(yù)防冷裂紋，并且具有較強(qiáng)沖擊韌性，焊接中不僅焊縫質(zhì)量高，同時焊接受干擾因素少。當(dāng)然實(shí)際應(yīng)用中同樣存在很多注意事項(xiàng)。首先是焊接熔化速度相對纖維素焊條慢；其次是焊接技術(shù)性要求高，需要精準(zhǔn)把握焊接時機(jī)；最后是適應(yīng)性差。正因?yàn)槿绱?，低氫型焊條下向焊方法在天然氣管道焊接施工中的應(yīng)用僅局限于蓋面填充或者一些表面部位。

③下向焊施工注意事項(xiàng)。下向焊施工處理期間，焊接起點(diǎn)必須全部熔透，根據(jù)焊縫接頭具體情況適當(dāng)打磨處理。檢查根焊焊接狀態(tài)，受到溫度等影響，根焊道內(nèi)會出現(xiàn)熔敷金屬，這種現(xiàn)象就需要利用砂輪機(jī)及時打磨，避免焊接處理期間出現(xiàn)夾渣。全面清除焊縫施工結(jié)束的濺物或者是熔渣。下向焊焊接需參考表2數(shù)據(jù)完成。

表2 下向焊焊接施工參數(shù)表

（2）半自動焊技術(shù)應(yīng)用。半自動焊技術(shù)應(yīng)用，從焊接操作與技術(shù)方面進(jìn)行了優(yōu)化，工藝操作比較容易掌握，降低了焊接施工的勞動強(qiáng)度，并且焊接質(zhì)量較高。天然氣管道中應(yīng)用半自動焊技術(shù)，其薄弱環(huán)節(jié)體現(xiàn)在根焊方面，焊接質(zhì)量的保證性低，因此具體應(yīng)用集中在填充或者是蓋面焊接方面。

半自動焊技術(shù)應(yīng)用，包括多個技術(shù)方面，其一是自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊技術(shù)；其二是CO2活性氣體保護(hù)焊技術(shù)。自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊技術(shù)應(yīng)用期間，不涉及到保護(hù)氣體，核心是以焊絲為載體及時填充焊藥，焊藥與合金元素有效融合，管狀焊絲冶金期間對熔池進(jìn)行保護(hù)，以此來降低氧氣對熔池的影響，從而達(dá)到理想的焊接效果，確保焊縫質(zhì)量。此焊接技術(shù)在應(yīng)用中，具有突出的電弧穩(wěn)定優(yōu)勢，并且工藝性能優(yōu)良，綜合性成本低，對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，還能夠做到全位置成型好，整體來講焊接合格率對比其他焊接技術(shù)高。因?yàn)槠溥m應(yīng)性與抗干擾性強(qiáng)，所以天然氣管道戶外有風(fēng)的天氣焊接比較適合。焊接施工中需注意技術(shù)細(xì)節(jié)的處理，減少技術(shù)漏洞的出現(xiàn)，及時檢查根焊情況，一旦發(fā)現(xiàn)未熔合，及時采取有效措施予以處理。CO2活性氣體保護(hù)焊技術(shù)應(yīng)用期間，薄弱之處體現(xiàn)在熔深、成型控制矛盾方面，焊接期間會出現(xiàn)飛濺大情況。目前對該技術(shù)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了有效改良，特別是根焊工藝，升級為STT半自動焊技術(shù)，精準(zhǔn)控制天然氣管道焊接峰值電流，并且提高焊接穩(wěn)定性，提高了熔滴過渡成型率，很大程度上解決了天然氣大口徑管道焊接中和根部焊施工中單面焊雙面成型的難點(diǎn)。從經(jīng)濟(jì)性與高效性角度來講，CO2活性氣體保護(hù)焊技術(shù)應(yīng)用價值比較高。

（3）自動焊技術(shù)應(yīng)用。自動焊技術(shù)應(yīng)用，是焊接技術(shù)自動化的代表，自動焊技術(shù)主要涉及到兩種方法，其一是機(jī)械方法；其二是電氣方法。自動焊機(jī)械水平高，因此焊接效率也比較高，降低了天然氣管道焊接勞動強(qiáng)度，提高了焊縫質(zhì)量與穩(wěn)定性。焊接處理中人為影響因素極小，面對天然氣施工中的大口徑管道或者是厚壁管道焊接操作效率高。自動焊技術(shù)的應(yīng)用，集中在實(shí)芯焊絲氣體保護(hù)自動焊、藥芯焊絲自動焊和電阻閃光對焊方面。實(shí)芯焊絲氣體保護(hù)自動焊焊接處理中，焊絲主要依靠電流熔化，可熔實(shí)芯焊絲、金屬二者之間會形成電弧，焊接期間迅速與母材契合，由此形成焊縫，完成焊接工作。藥芯焊絲自動焊技術(shù)，焊接處理過程與實(shí)芯焊絲氣體保護(hù)自動焊技術(shù)相同，差異點(diǎn)在于焊絲熔敷速度快，焊縫具有極強(qiáng)韌性，適應(yīng)性比較強(qiáng)。電阻閃光對焊焊接處理中，低電壓、強(qiáng)電流是對焊的基本支撐，天然氣管道連接區(qū)域兩端在焊接處理中溫度會迅速升高，以蒸發(fā)金屬對焊接區(qū)域加以保護(hù)，隨后借助頂鍛壓力，達(dá)到管道熔化的端口形成接頭完成連接。

（4）全方面檢查焊縫。天然氣管道焊接技術(shù)應(yīng)用，待焊接操作完畢，必須對焊縫詳細(xì)檢查。焊縫檢查是焊接質(zhì)量的重要保障，焊縫檢查具體從以下幾方面展開：

①天然氣管道表面焊接結(jié)束，檢查表面焊接質(zhì)量，確保熔渣與飛濺物徹底清除，若表面質(zhì)量達(dá)不到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，則需要增加無損探傷，并對天然氣表面進(jìn)行耐壓實(shí)驗(yàn)。

②明確焊縫檢查規(guī)定，有序開展焊縫檢查工作。其一，天然氣管道焊接施工，要求表面不允許出現(xiàn)裂紋或者未熔合現(xiàn)象，同時還要檢查是否存在氣孔或者夾渣缺陷，若出現(xiàn)及時處理。其二，管道焊接中的咬邊要求深度必須≤0.5mm，以300mm連續(xù)焊縫長度為依據(jù)，咬邊的長度均控制為≤50mm。其三，下向焊焊縫施工中，余高參考參數(shù)中，內(nèi)外部必須在0～1.6mm范圍內(nèi)，局部≤3mm，長度需≤50mm。向上焊焊縫余高，局部需≤3mm，長度≤30mm。焊縫表面出咬邊缺陷情況之外，所有焊縫表面都必須高于管道焊縫母材。其四，焊接處理完畢，檢查錯邊量，以壁厚為標(biāo)準(zhǔn)，要求必須≤0.15倍壁厚，并且局部需≤2mm，若焊接處理中出現(xiàn)管子尺寸誤差，繼而造成錯邊量大，必須進(jìn)行均勻處理，確保根焊道焊接完畢，不存在任何錯邊量大的情況。其五，對比焊縫寬度、坡口寬度，要求焊縫寬度必須大于坡口寬，參數(shù)范圍為2.5～3.5mm。

③焊縫檢查包括無損探傷，所有探傷檢查都必須由專業(yè)檢測人員完成，保證檢測的準(zhǔn)確性。若管道焊縫采取射線探傷，則所有操作都必須依據(jù)《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級》展開。期間如果工作壓力≥4MPa，那么達(dá)到二級焊縫質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)。若工作壓力＜4MPa，則達(dá)到三級焊縫質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)。如果出現(xiàn)天然氣管道焊接期間，焊縫根部存在未焊透的情況，根據(jù)允許未焊透要求長度≤25mm的情況下，不需要特殊處理。焊縫檢修達(dá)不到施工標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，必須及時返修，返修處理后再次檢查，按要求天然氣管道焊接焊縫檢查返修次數(shù)為2次。焊接工作人員焊接之前及時對施工現(xiàn)場檢查，按照焊接施工規(guī)格，采取1:1模擬比例進(jìn)行焊接試件處理，檢查機(jī)械性焊接實(shí)驗(yàn)結(jié)果，焊接效果理想情況下，展開真正的焊接施工。

④焊縫修補(bǔ)期間，修補(bǔ)或者割掉等需要結(jié)合現(xiàn)場情況與施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。修補(bǔ)之前將焊縫修補(bǔ)區(qū)域的表面涂料與泥土等清除，還要及時預(yù)熱，修補(bǔ)范圍需控制在150mm。如果焊縫修補(bǔ)需要后熱消氫，則溫度控制范圍為200～250℃，熱消氫處理的時間范圍為0.1～1h，消氫后及時進(jìn)入到緩冷環(huán)節(jié)，以此保證天然氣管道焊接施工質(zhì)量與安全性。

5.結(jié)論

綜上所述，天然氣管道施工對天然氣合理利用與安全運(yùn)行等至關(guān)重要。管道施工中借助焊接技術(shù)，打造更可靠的天然氣管道體系，滿足天然氣管道項(xiàng)目數(shù)量增加、建設(shè)速度加快要求。天然氣管道焊接技術(shù)在不斷應(yīng)用中積極創(chuàng)新優(yōu)化，新焊接技術(shù)的應(yīng)用以及傳統(tǒng)焊接技術(shù)的應(yīng)用，都面臨很多焊接處理難點(diǎn)。針對性地分析手工焊接、半自動焊與自動焊技術(shù)，了解不同焊接技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，根據(jù)天然氣管道焊接具體情況對焊接技術(shù)科學(xué)選擇，匹配管道焊接需求，保證天然氣管道焊接質(zhì)量。