油气输送管道焊接技术问题与探讨

崔 勇 张伯莹

（1、中海油能源发展股份有限公司惠州石化分公司，广东 惠州 516086；2、中海石油技术检测有限公司，天津 300452）

1.引言

我国油气输送管道建设经过几十年的发展已逐步过渡到现在机械化的时代。以“西气东输”工程为标志，说明我国油气管道建设已进入蓬勃发展的新时期。近年来，由于国民经济发展，我国对石油和天然气的需求急剧增加，全国输送油气主干线和地区网络分输线的总长度将达到l0万公里，而传统焊接方法和焊接工作量的加大，直接影响了管道建设的速度和质量。油气管道焊接工艺从手工上向焊，到手工下向焊到目前普遍采用的手工半自动焊，经过了相当长的发展过程。随着中俄等过境管线的规划实施与国外公司的竞争等，都对我们传统的管道施工技术提出了挑战。因此，尽快提高我们的管道焊接技术水平就是摆在我们面前的新课题。本文对此进行了初步的分析与探讨。

2 国内外油气管道焊接技术发展

国际上油气输送管道焊接施工以自动焊接为主，焊条电弧焊为辅。代表性的油气输送管道自动焊设备及工艺为美国的CRC-EVANS技术，和俄罗斯光对焊技术。美国CRC公司研制的CRC多头气体保护管道自动焊接系统，焊接方法为实心焊丝熔化极气保护焊和药芯焊丝熔化极气保护焊。法国等国也都研究应用了类似的管道内外自动焊技术，该项技术已成为当今世界大口径管道自动焊技术的主流。前苏联研制的管道闪光对焊机，焊接方法为电阻焊。这种工艺机组庞大，耗电量高，焊接效率高。受经济和技术条件的制约该项焊接技术已经不再被采用。

我国油气输送管道环焊缝焊接技术在七十年代采用传统焊接方法，上向焊的低氢型焊条电弧焊工艺，该方法的特点是管口组对间隙较大。焊接过程中采用断弧操作法完成，焊接效率低，焊接质量较差。八十年代推广采用纤维素型焊条和低氢型焊条下向焊。该方法的特点是管口组对间隙小，焊接过程中采用大电流、多层、快速焊的操作方法来完成。焊层厚度薄，焊接效率高，并且通过对前面焊层的热处理可提高环焊接头的力学性能。焊条电弧焊具有灵活简便、适应性强等特点。同时由于焊条工艺性能的不断改进，其熔敷效率仍能满足当今管道建设的需要，在很多场合下是自动焊方法所不能代替的。九十年代应用自保护药芯焊丝半自动焊工艺，该方法的特点是熔敷效率高，焊工易掌握，对施工环境的适应能力强，如今随着油气输送管道建设用钢管强度提高，在油气输送管道焊接施工过程中逐渐开始应用熔化极气体保护自动焊工艺。该方法的特点是焊接过程受人为因素影响小，焊接效率高，对于恶劣的气候条件下的油气输送管道建设具有很大的潜力，现在正在逐步推广使用。

3.油气输送钢管焊接问题分析与展望

随着油气输送管道钢级的提高，在油气输送管道焊接过程中面临着一些新的问题，首先是油气输送管道钢的屈强比增加。随着油气输送管道钢强度的提高，屈强比增加，高屈强比表明钢的应变硬化能力降低，使管线抗侧向弯曲能力降低，因而管线在土质不稳定区的不安全性增大。这对现场油气输送管道环焊接头的焊接工艺和性能提出了与以往不同的要求，如要求焊接接头具有高强匹配、更高的低温冲击韧性等性能。还有就是HAZ软化现象。油气输送管道焊接过程中，由于焊后冷却速度低于轧制冷却期间的冷却速度，晶粒长大及微合金元素形成的第二相质点溶解使得高等级的油气输送管道钢的HAZ软化。尤其是X80及以上级别油气输送管线钢比较明显，这对焊接工艺施工提出了较高的要求，要注意严格控制焊前预热温度，控制焊接热输入量在较小范围内。其次是油气输送管道焊接接头与母材性能匹配问题。油气输送管道钢是低碳微合金控轧及加速冷却的产物，有较高的力学性能，而焊缝是由电弧熔化凝固的“铸态”组织，其强韧性匹配关系较差，要与母材等韧是相当困难的。最后就是现场焊接工作在地质条件复杂的油气输送管道设计时，一般都要求焊接接头的强度比钢管的屈服强度高5%～10%。此时，当油气输送管道承受外界负载时，环焊接头仅是弹性应变，可避免在焊接接头发生应力集中而断裂。如果不能保证环焊接头对管体的高强匹配，出现了低强匹配的情况，则环焊接头往往因为是应力集中部位而导致管线的早期破坏。通过大量试验表明，随着油气输送管道钢强度级别的提高，环焊接头实现高强匹配变得困难。另外，根焊的焊接技术也成为制约焊接质量的关键因素。要能够有效避免焊接裂纹和熔合不良，保证根部焊接质量和高的焊接效率。

焊接在油气管道建设中施工作业点随着施工进度而不断迁移，与工厂产品生产相比，增加了施工管理、安全管理等方面的难度，还有就是不同区域施工。一条油气输送管道可能会遇到多种地形地貌、多种人文社会环境，并且油气管道的焊接都是在野外自然环境中进行的，受天气因素影响很大，现场焊接施工时，需要根据不同的情况选择相适应的焊接方法，以保证焊接质量和施工效率。目前国内在油气输送管道焊接材料、方法、工艺和设备等应用方面与国外的技术差距越来越小，自动焊技术已基本普及应用。但是国内的焊接材料多满足于手工焊，而自动焊丝和半自动焊材自主研发、生产不足，相当一部分还需要进口。用于打底的自动根焊电源国内还没有生产。因此，国内在油气输送管道焊接技术方面还有很大的提升空间，油气输送管道焊接用户对焊接材料和设备的需求也会进一步增加。

4.结语

总之，随着国家能源战略储备的开工建设，我国大型油气输送管道建设将大幅增加，对油气输送管道施工和建设将面临更大挑战，油气输送管道焊接的现场情况复杂，影响焊接质量的因素很多，未来的油气输送管道建设，为获得施工的高效率和高质量，数字化、自动化、智能化控制将是油气输送管道焊接的重要发展趋势。我们需要积极研制开发焊接新技术工艺设备，为未来的油气输送管道建设做准备。

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[2]曲文卿.油气管道缺陷评定方法的进展.油气储运，2002，21（7）,3～8.

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