浅析滑套焊接工艺在长输管线施工中的应用

刘晓庆

摘要：沙特SWCC项目24寸水泥砂浆内衬管线焊接采用滑套焊接工艺，使水泥砂浆内衬管线省去了现场焊接后内防补口的工序，同时也大大的减少了连头的工作量。滑套焊接采用的药芯半自动下向焊技术具有操作简单、易于操作控制、焊缝成型美观、焊接速度快等特点，在沙特本地数千公里小口径水泥砂浆内衬长输管线焊接中得到广泛的应用。本文介绍了滑套套管的校正、滑套套管与钢管的对口、焊接过程中参数的控制及焊接中的操作要点，同时对滑套焊接过程中的质量控制做了简要概述。

关键词：小口径长输管线；滑套焊接；下向焊工艺；水泥砂浆内衬

1.工程概况

沙特SWCC延布-麦地那输水管线三期工程（SWCC YANBU-MADINA WTS PHASE 3）EPCC项目业主为沙特国家海水淡化公司（简称“SWCC”），是世界上最大的海水淡化公司。项目监理方为德国ILF公司。该项目为国际EPC设计、采办和施工总包，地点位于沙特西海岸，延布（YANBU）至麦地那（MADINA）管线工程包括604公里从76寸到24寸不等口径管线；输送介质为淡化海水。其中24寸管线183.1公里，Φ610mm×6.35mm，材质等级B/X42/X46/X52/X56/X60，设计单根管长18m，管线采用3PE外防腐水泥砂浆内衬。

在长输管线的施工中，对接焊是应用较为普遍的施工方法。然而对于带有水泥砂浆内衬的管线而言，对接焊坡口周围各15cm首先需要清除水泥砂浆内衬，提供焊接操作空间，现场焊接完成后，还需要对管线内部焊口两边各15cm进行水泥内防，正常施工过程中人工需要进入管内进行内防作业，每隔一段距离就需要留一处断头，这就给以后碰死口带来了很大的工作量；但是对于管径较小的水管线，人是无法钻入管内对焊口进行水泥砂浆内防作业。因此，针对带水泥内衬的小管径输水管线，沙特SWCC项目引入了滑套焊接工艺方法。这一工艺使滑套套管与钢管之间搭接形成的角焊缝取代了对接焊缝，从而解决了小管径对接焊焊口区域人工无法进入管内内防的难题，同时也避免了连头过多带来的额外工作量。滑焊接技术较容易掌握，但前期的准备工作相对较为复杂。

2.滑套工艺介绍

滑套焊接是指将管子一端插入到滑套套管长度一半后进行预制焊接，待管子内防结束后拉运至现场，将未焊接套管的一端插入已焊接套管的一端完成套管另一端的焊接，从而实现管线密封的一种焊接工艺。滑套焊接工艺流需要经过以下几个步骤：

滑套套管预制 滑套预制焊接 预制焊口的磁粉探伤 预制滑套管水泥砂浆内防 现场填充环氧化合物 现场滑套焊接 磁粉探伤 现场滑套外补口。

3 焊前准备

3.1滑套套管切割

SWCC项目所使用的滑套套管切割机器是长输管线施工中经常用到的磁力管道切割机，进行氧-乙炔火焰环形切割。

开始切割前，先将割嘴对准割口，对套管进行局部预热，预热结束后在开始切割。切割过程中氧乙炔压力既不能太大也不能太小，压力过大会使割口边缘融化，融化的金属迅速冷凝形成金属颗粒吸附在割口周围，且套管内部粘附的熔渣过多，影响切割质量；压力过小则会造成切割速度变慢，甚至无法割透，使割口周围钢管内部晶体结构发生变化。因此在切割过程中一定要控制好切割气体压力及切割机行走速度。

3.2滑套套管校正

SWCC项目使用的滑套钢管为直缝钢管，滑套套管切割完成后，套管受到沿焊缝垂直方向的拉应力会使滑套套管发生不同程度的变形，这会影响到日后的焊接组对。为了保证滑套套管与钢管对口后合适的坡口间隙，在滑套切割完毕后，还需要用机械千斤顶对滑套套管进行校圆处理。为了防止滑套套管在单点受力产生塑性变形，因此需在滑套周围均匀固定几个承压点。在千斤顶校圆处理结束后，还要对滑套套管割口及其周围用砂轮机打磨光滑，露出金属光泽，保证以后的焊接质量。

4焊接

4.1焊材及设备

滑套焊接所使用的焊机为Big Blue 700X米勒双把焊机，所选择的焊接工艺开关为药芯半自动工艺，配备的送丝机为米勒半自动送丝机suitcase X-treme 12vs，焊丝为药芯焊丝E71T8-Ni1j。

4.2焊接工艺参数

滑套套管与钢管的角焊缝焊脚尺寸要求不低于滑套套管厚度加对口间隙之和。钢管壁厚为6.35 mm，滑套壁厚有10.4 mm和11.8 mm两种规格；由于焊脚较宽，坡口较大，如果采用单道焊，熔敷金属易下淌，故选用多层多道焊。具体焊接参数见表1。

4.3焊接组对

滑套与管子组对之前，需要对管材与滑套坡口周围进行清理，去除防腐漆、锈迹及水分，直至发出金属光泽。在组队过程中，分别在滑套与管材的间隙中插入2.5 mm厚的对口铁片，保证均匀插在顶部、底部、腰部、上腰部和下腰部，然后用自制的对口器调整对口间隙。间隙调整完毕后，由焊工在坡口的3、6、9、12点钟方向进行多点均匀点固焊，长度20 mm；如果需要，可以多加几个点固焊点以保证组队焊口间隙的稳定性。在滑套与管材组对过程中，对口管工需要确保组队坡口间隙匀称，这回有利于在焊接过程中，焊接行进速度控制在一个稳定的值。不会因为间隙过大产生未熔或因间隙过小产生未焊透，焊工操作起来比较容易，从而能更好地控制焊接质量。

4.4坡口及层间清理

在焊接前需要对角焊缝周围及距离角焊缝坡口50 mm范围内进行清理，使焊缝周围没有水分、油污、锈迹，确保焊接质量。每完成一遍焊接，都对焊缝进行清理，确保不会产生夹渣等缺陷。焊接完成后，要对焊缝表面的飞溅，焊渣进行清理，使焊缝成型美观。

5 焊接操作要点

5.1 焊接过程中对于焊接参数以及焊接手法有重要的要求，每一层以及不同的管道位置其参数及手法均不一样，焊接参数的大小及手法的好坏直接影响到焊缝的质量和外观。一般角焊缝在焊接过程中，焊丝与坡口之间的角度呈80-90度为宜。

5.2滑套套管的焊接分两个半圆周完成，由于起弧处熔池温度较低，易产生气孔、侧壁未熔等缺陷，故每一遍焊道，焊工应尽量在坡口顶端前10-20 mm处起弧，完成一遍焊接后，起弧处应打磨掉。

5.3收弧处熔敷金属过少，焊缝较薄强度较低，易产生裂纹，同时由于收弧较快，焊渣不能及时熔出熔池，易产生夹渣等缺陷，故焊工应焊过底部超过坡口底端10-20 mm处收弧，同时在收弧处应该划圈回焊。保证收弧弧坑填满或略高于焊道。

6结 语

在沙特SWCC項目长输管道小口径管线施工中，采用滑套焊接具有以下优点：

1）滑套焊接工艺成功解决了小管径水泥砂浆内防管的施工问题，同时也减少连头的工作量，使现场施工变得简单易行；

2）滑套焊接的焊缝是套管与钢管之间的角焊缝，不需要制备坡口，而且角焊缝施焊相对比较简单；

3）滑套焊接工艺采用的下向焊工艺，其具有操作简单，易于控制；焊缝成型美观；焊接速度快、生产效率高等特点；

4）滑套焊接所采用的药芯焊丝自保护半自动焊抗风效果好，受外部环境影响较小，适合于野外作业；

5）滑套焊接工艺采用的多层多道焊，其焊接电流大且焊枪摆动幅度小，熔池温度较高，这能够保证熔渣能够充分析出熔池，保证了焊接质量。

总之，沙特SWCC项目部有效地解决了小口径长输管线焊接人工无法进入管内进行内防腐难题，确保了工程顺利进行，为今后小口径水泥砂浆内衬长输管线施工积累了很好的工程经验。