焊接新技术在我国管道建设中的应用

许超

【摘 要】 本文就我国管道建设中焊接新技术发展的现状进行简要的概述，随着我国能源工业的快速发展和能源结构优化的调整，我国管道建设越来越趋向于长距 离、高工作压力大口径、厚壁化的方向发展，这就需要我们应用焊接新技术、新方法以及新材料来保证环焊接的强韧性。同时数字电源、气保护药芯焊丝、金属粉芯焊丝等新技术的成功应用，将我国管道焊接技术的深入发展推到一个新的高度。

【关键词】 焊接技术；管道建设；焊接裂纹

一、 我国管道焊接施工面临的主要问题

随着管道网络输送量和距离的不断加大，石油天然气管道朝着耐高压、大直径长输管道方向发展。同时管道材料的强度韧性以及施工地域环境难度越来越高，这对焊接技术有了新的要求。

（一）我国管道焊接使用方法使用材料的发展落后

虽然我国高钢线钢管的起步比较晚，但研究开发和应用的速度快，但是与钢管的发展相比，焊接材料的的发展则相对比较滞后。在我国管道焊接工程的建设中，现场环焊缝的焊接材料在很长的时间内，都是以进口焊接材料为主，大大加剧了我国管道焊接工艺的工程造价。虽然我国在近几年的焊接产品研发中，相继研发了管道专用的纤维素焊条和保护药芯焊丝等等但是其应用范围比较小，严重制约了我国管道建设的发展。

（二）我国管道建设的焊接工艺仍以半自动化焊为主

由于我国地形地貌复杂，在全国各地的管道建设作业中，一条长输管道会遇到各种各样的地貌和气候环境。为适应各种不同的焊接环境，要选用不同的焊接施工工艺。目前我国80%的管道环焊缝都是采用自保护芯焊丝半自动化方法进行焊接的，自动化程度低。

（三）管道现场施工环焊缝的焊接成为高强度管线刚的发展瓶颈

由于管线钢属于C微合金控轧及加速冷却的产物，具有良好的力学性能。但焊缝是有电弧融化凝固的“铸态”组织，焊缝后与的韧性与TM-CP处理过的钢管相比而言，比较差，与母材韧性匹配具有相当大的困难。随着管线钢强调级别的不短提高，环焊接头实现高强度的匹配愈加困难。所以，随着管线钢强度的不短提高，高韧性、高强度的焊接材料的制造业越来与困难。因此，管道环焊缝的焊接成为管线钢发展的主要制约因素。

二、 常用焊接工艺的局限性与优越性

随着时代的发展，我国管道焊接技术的发展也经历了焊条电弧上向焊法、焊条电弧向下焊法、自然保护药芯焊丝半自动化下向焊法和自动化焊法主要机构经历过程。目前常用的焊接工艺主要有两种：纤维素型焊条下向电弧根焊，自保护药芯焊丝下向半自动化电弧焊充填盖面；溶化极气体保护下向自动焊根焊填充和盖面两种焊接形式。

（一）纤维素型焊条下向电弧根焊，自保护药芯焊丝下向半自动电弧焊填充盖面工艺。

纤维素型焊条电弧的吹力大，焊接工艺性能优，比较适合于单面焊双面成型的根部焊接。而自保护药芯焊丝半自动焊操作灵活，熔敷率比较高，焊工容易掌握。该工艺的焊接参数见图一。

但是该焊接工艺在应用中并不普遍，仅在像中国、俄罗斯、印度等发展中国家应用，但是随着管道输送压力和钢管强度级别的不断提高，对环焊缝的工艺水平提出了更高更严的要求，所以适用的自保护药芯焊丝产品的生产难度越来越大。

（二）熔化极（GMAW—实心焊丝）气保护焊时对焊接区域保护方便简单，且易操作，施工效率高，容易实现自动化全位焊接，因此，在长输管道焊接中被广泛推广。自动焊焊接效率高，劳动强度低，焊接施工过程稳定，因而工程造价成本低，并且适用于平坦地面规模化流水作业。GMAW自动焊工艺参数见图二。2

由于熔化极自动焊施工工艺对坡口以及管口组对要求比较严格。假若坡口形式以及管口组对的精确度不够，焊接施工中容易造成烧穿、或焊接不实等缺陷。由于气体保护焊方法的抗风能力弱，所以自动化焊接施工应该在防风棚内进行。受上述因素影响，自动焊接施工的占地面积比较大，且焊接机组工作磨合期较长都成了限制管道自动焊方法大范围推广的主要原因。

三、 焊接新技术在西气东输二线X80管道建设中的应用

西气东输二线管道工程全长近9000km，其中有1条主干线和8条支干线。其干线管道钢管的强度等级是X80，外径为1219mm。工程西段的管线壁厚为18.4-33mm，设计压力为12MPa；东段管线壁厚15.3-26.4mm，设计压力为10MPa。其采用的焊接新技术有以下几方面。

（一）根焊采用低氢型焊接法（根焊主要有STT和RMD两种）

焊接技术通过数字芯片来控制电压与电流。焊接材料选用实心焊丝，通过采用二氧化碳为保护气体。将焊接参数设定在焊机的面板上完成。RMD根焊工艺基于美国Miller公司的一种单面焊双面成型的专利工艺。焊接的设备为PipePro450焊接电源，以金属粉芯为焊接材料，使用含量20%二氧化碳和80%氩混合气体作为保护气体，设定焊接参数，使用焊机面便控制钮微调焊接参数进行焊接施工。

STT和RMD根焊技术的工作原理。在检测焊丝与溶池连接短路后，较大的电流容易时小球顶锻受到挤压，造成小球柔和过度。因此在两种根焊当中要求对电流做精准的控制从而降低焊接热量，减少焊芯飞溅和浪费，提高焊接效率和焊接质量。

（二）应用保护药芯焊丝和金属粉芯焊丝等焊接材料

西气东输二线工程中使用了自保护药芯焊丝半自动焊、气保护药芯焊丝自动焊和气保护金属粉芯自动焊等工藝。由于金属粉芯焊丝和药芯焊丝的制造工艺相同，均为低C刚且具有延展性的材料作为薄钢外皮，制成的钢管。但药芯材料不同焊接时是否需要保护气体辅助焊接。

随着油气管线钢管的强度和硬度不断提高，对其焊接质量的要求也越来越高。金属粉芯焊丝、合金过度及制造工艺相对容易，因此这种保护药芯焊丝与金属粉芯焊丝等的焊接材料将成为产业新的发展方向。

（三）自动焊技术

在西气东输工程中采用实心焊接材料和保护药芯焊丝并应用单焊炬自动焊与双焊技术。其中双焊炬自动焊，气保护药芯自动焊工艺在我国首次应用。

在新时期，由于我国能源结构改革的不短深化改革，我国不断丰富能源进口渠道，把我国新一轮的管道建设推向一个新的阶段。随着油气管道建设不断向长距离、高压力、钢管韧度和强度不短升级的方向发展，对国内环焊接头的综合性能提出了更高的要求。另外，油气输送管道焊接的现场情况越来越复杂化，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。不断研发高质量的焊接材料和与之匹配的高效高质的焊接方法是应对这一趋势的重要出路。

参考文献

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