白振軍

（廊坊北檢無(wú)損檢測(cè)有限公司，河北 廊坊 065000）

1 前言

由于焊接缺陷、機(jī)械損傷、外腐蝕和第三方活動(dòng)，管道發(fā)生油氣泄漏事故。長(zhǎng)輸管道搶修在保障管道運(yùn)行安全方面發(fā)揮重要作用[1]。管道搶修技術(shù)包括管體補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)、堵漏技術(shù)和換管技術(shù)。在役管道發(fā)生斷裂、較大變形、長(zhǎng)距離開(kāi)裂的重大事故，通過(guò)常規(guī)按照卡具無(wú)法修復(fù)時(shí)，需要將失效管段切除，更換新管段進(jìn)行修復(fù)，即管道換管作業(yè)。焊接是管道修復(fù)和泄漏搶修的關(guān)鍵技術(shù)。采用科學(xué)、高效的管道搶修焊接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速處置和恢復(fù)管道運(yùn)行，同時(shí)減少經(jīng)濟(jì)損失，避免人員傷亡，對(duì)于保證管道焊接質(zhì)量以及改進(jìn)管道維搶修工作具有重要意義。

2 管道換管搶修作業(yè)特點(diǎn)

管道換管搶修作業(yè)特點(diǎn)是：

（1）需更換管道距離較短，且開(kāi)挖管溝距離不長(zhǎng)，兩端埋地固定管口沒(méi)有移動(dòng)空間，要求下管精度高。

（2）管道切斷后，由于存在內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致管道中心線出現(xiàn)不同方向的移位，管段兩端需要進(jìn)行斜口安裝。

（3）低溫環(huán)境以及環(huán)境溫度變化，埋地固定管口距離發(fā)生變化，測(cè)量、下管精準(zhǔn)，管線工應(yīng)具備熟練的工作技能和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（4）管道換管時(shí)間緊張，焊口對(duì)口間隙、坡口、錯(cuò)邊尺寸應(yīng)滿足規(guī)范要求，焊接要求高。

3 管道換管根焊焊接方法

3.1 鎢極氬弧焊

氬弧焊是在普通電弧焊技術(shù)基礎(chǔ)上，利用氬氣作為保護(hù)氣體，通以高電流使焊材在被焊基材上融化形成液態(tài)熔池，使被焊金屬和焊材實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合的焊接技術(shù)。在高溫熔融焊接中輸入氬氣，避免與空氣中氧氣接觸，防止焊材氧化。氬弧焊分為熔化極氬弧焊和非熔化極氬弧焊。鎢極氬弧焊屬于非熔化極氬弧焊，電弧在非熔化極（鎢極）和管件之間燃燒，在電弧周圍流過(guò)惰性氣體形成保護(hù)罩，鎢極端部、電弧、熔池以及鄰近熱影響區(qū)的高溫金屬不與空氣接觸，防止氧化和吸收有害氣體，形成致密、性能穩(wěn)定的焊接接頭。

鎢極氬弧焊適用于管道根焊，特別適用于油氣站場(chǎng)工藝管道根焊。鎢極氬弧焊優(yōu)點(diǎn)是：

a）質(zhì)量好。氬氣隔絕空氣中氧氣、氮?dú)夂蜌錃?，防止?duì)電弧和熔池不良影響。選定合適焊接工藝參數(shù)，保證根部良好焊透性，避免普通焊條焊接產(chǎn)生焊瘤、未焊透和凹陷等焊接缺陷。

b）效率高。氬弧焊電弧燃燒穩(wěn)定，熱量集中。焊接效率高，管道根焊采用氬弧焊為連弧焊，焊條電弧焊為斷弧焊，氬弧焊效率提高2-4倍，特別是小管徑管道焊接效率更顯著。

c）操作簡(jiǎn)便。氬弧焊是明弧焊接，電極損耗小，弧長(zhǎng)穩(wěn)定易保持，操作觀察方便。

d）變形小。氬弧焊熱影響區(qū)小，焊接接頭變形量小，殘余應(yīng)力小，裂紋傾向小。

e）焊接時(shí)無(wú)熔劑、涂藥層，焊后無(wú)焊渣，不需要清理熔渣和修理焊道。

f）不受焊接位置限制，可進(jìn)行全位置焊接。

鎢極氬弧焊缺點(diǎn)及控制措施是：

a）氬弧焊紫外線輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)大于一般電弧焊，焊接過(guò)程中產(chǎn)生大量氧氮化物，特別是臭氧濃度遠(yuǎn)高于衛(wèi)生健康標(biāo)準(zhǔn)，這類氣體對(duì)人體健康危害極大，是氬弧焊的主要危害因素。氬弧焊施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備良好通風(fēng)裝置，例如安裝軸流風(fēng)機(jī)排風(fēng)；采用局部通風(fēng)措施將有害氣體抽走，例如排煙罩、排煙焊槍、小型風(fēng)機(jī)等；不能采用局部通風(fēng)情況下，采用送風(fēng)式頭盔、送風(fēng)口罩或防毒口罩等個(gè)人防護(hù)措施。

b）高頻引弧產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)，由于時(shí)間短對(duì)人體影響不大。但如頻繁引弧，或者將高頻振蕩器作為穩(wěn)弧裝置在焊接過(guò)程中持續(xù)使用，高頻電磁場(chǎng)成為有害因素。為消減高頻電磁場(chǎng)的影響，管件應(yīng)良好接地，焊槍電纜和地線應(yīng)用金屬編織線屏蔽；盡量不使用高頻振蕩器作為穩(wěn)弧裝置，減小高頻電作用時(shí)間。

c）鎢極有一定放射性。優(yōu)先選用放射劑量極地的鈰鎢極；鎢極加工時(shí)操作者應(yīng)佩戴口罩、手套等個(gè)人防護(hù)用品，加工后清洗手部和面部；鎢極放在鋁盒內(nèi)保存。

3.2 低氫鉀型焊條焊接

低氫鉀型焊條是在低氫鈉型基礎(chǔ)上加入穩(wěn)弧劑，以改善電弧工藝性能，脫硫、脫磷能力強(qiáng)，藥皮有去氫作用。管道換管根焊使用低氫鉀型焊條電弧焊上向焊，低氫鉀型焊條（J506）國(guó)標(biāo)型號(hào)是E5016，AWS型號(hào)是E7016。特點(diǎn)是：

a）焊縫具有良好抗裂性和力學(xué)性能，但工藝性能較差；

b）低氫鉀型焊條也適用全位置焊接，電流種類為交流或直流反接。

c）低氫鉀型焊條焊接前350℃烘干1h；焊接前應(yīng)對(duì)管件徹底清除油漬、鐵銹和水分。

3.3 根焊焊接方法選擇

根據(jù)換管焊口特點(diǎn)，根焊可采取鎢極氬弧焊和低氫鉀型焊條電弧焊上向焊。如果管道對(duì)口間隙在1.5mm～3.5mm之間，符合焊接規(guī)范要求且對(duì)管道內(nèi)清潔度要求不高，低氫鉀型焊條電弧焊上向焊和鎢極氬弧焊方式均可。如果管道對(duì)口間隙較大，在3.5mm～10mm之間，且對(duì)管道內(nèi)清潔度要求較高，優(yōu)先選擇鎢極氬弧焊。

4 管道換管填充焊和蓋面焊焊接方法

管道搶修中動(dòng)火連頭填充焊和蓋面焊一般采用同一種焊接方法，例如低氫焊條手工電弧上向焊（采用E5015焊條）和藥芯焊絲自保護(hù)半自動(dòng)焊（采用E81T8-Ni2焊絲）

4.1 低氫鈉型焊條手工電弧上向焊

低氫鈉型焊條手工電弧上向焊是常用的熔焊方法。燃燒電弧產(chǎn)生高溫使藥皮、焊芯和焊件熔化，熔化過(guò)程中產(chǎn)生氣體和熔渣，將熔池和電弧周圍的空氣隔絕，焊芯和母材發(fā)生冶金反應(yīng)，熔池金屬冷卻結(jié)晶后形成焊縫。

低氫鈉型焊條手工電弧上向焊的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用范圍廣、操作簡(jiǎn)便，空間任意位置的焊縫以及焊條能到到達(dá)的位置均能進(jìn)行焊接。缺點(diǎn)是勞動(dòng)條件差、工作效率低，對(duì)焊工專業(yè)技能要求較高。

4.2 藥芯焊絲自保護(hù)半自動(dòng)焊

藥芯焊絲自保護(hù)半自動(dòng)焊是利用連續(xù)送進(jìn)的焊絲與管件之間燃燒電弧為熱源進(jìn)行焊接，焊接過(guò)程不加保護(hù)氣體，以藥粉分解產(chǎn)生保護(hù)氣體。自保護(hù)焊使用的藥芯焊絲是一種低合金鋼焊絲，熔敷金屬含量低，韌性和抗裂性好，在焊接質(zhì)量、焊接速度和焊接效率方面具有優(yōu)越性，在長(zhǎng)輸管道焊接中應(yīng)用廣泛。

藥芯焊絲自保護(hù)半自動(dòng)焊優(yōu)點(diǎn)是：

a）抗風(fēng)能力強(qiáng)，只要風(fēng)速不超過(guò)8m/s，不需采取任何防護(hù)措施，適合野外施工作業(yè)；

b）焊絲連續(xù)送進(jìn)，焊縫接頭少，焊縫成形合格率高、力學(xué)性能好，顯著減少焊接缺陷傾向。

c）焊絲融化速度快，熔敷效率高。

d）焊層較薄，脫渣性好，節(jié)省清渣時(shí)間，提高工作效率。

藥芯焊絲自保護(hù)半自動(dòng)焊缺點(diǎn)是：

a）藥芯在內(nèi)，鋼皮在外，對(duì)熔滴、熔池保護(hù)作用有限，工藝參數(shù)適用范圍有限；

b）相對(duì)氣體保護(hù)藥芯焊絲，自保護(hù)藥芯焊絲飛濺較大，煙塵較多，熔敷金屬?zèng)_擊韌性較低。

c）不能實(shí)施管道根部焊接。

4.3 填充焊和蓋面焊焊接方法選擇

針對(duì)壁厚10mm以下的管道填充、蓋面焊接，低氫焊條手工電弧上向焊和藥芯焊絲自保護(hù)半自動(dòng)焊均可采用。針對(duì)壁厚大于10mm的管道填充、蓋面焊接，且對(duì)焊接效率要求較高，優(yōu)先選用藥芯焊絲自保護(hù)半自動(dòng)焊。

5 焊接工藝方法選擇原則

管道換管搶修焊接方法選擇應(yīng)考慮的因素包括管徑/壁厚、施工環(huán)境、氣候條件以及焊接效率等。綜合上述焊接方法的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際管道可采用下了焊接工藝方法組合：

（1）根焊為低氫鉀型焊條電弧焊上向焊，填充、蓋面焊為低氫鈉型焊條電弧焊上向焊；

（2）根焊為鎢極氬弧焊，填充、蓋面焊為低氫鈉型焊條電弧焊上向焊；

（3）根焊為低氫鉀型焊條電弧焊上向焊，填充、蓋面焊為藥芯焊絲自保護(hù)半自動(dòng)焊；

（4）根焊為鎢極氬弧焊，填充、蓋面焊為藥芯焊絲自保護(hù)半自動(dòng)焊。