中-缅海底管道焊接工艺评定

中国石油天然气管道工程有限公司天津滨海分公司（300457）黄 超 胡凤杰 贺 飞 杨泽亮 赫德明

1.概述

中-缅油气管道工程海底输气管道位于干线的起始段，即起于马德岛附近海域，在马德岛与陆上管道相连，穿越Fletcher hayes海峡后，再次连接陆上管道。线路长度约5.56km，最大水深约22m，天然气管道设计压力10MPa，管道外径1016mm×22.2mm，原油管道管径813mm×19.1mm，管材X70。

由于该项目投资大、难度高，最关键的工作是铺管船上的焊接，为此制定一套高质量、高效率的焊接工艺是保证铺管质量及项目进度的先决条件。

2.海底管道焊接工艺技术

海底管道铺设风险高、难度大，管材以低合金高强钢为主，对焊接强度的要求很高。需要制定合适的焊接工艺技术，满足焊缝的力学性能和低温断裂韧性。因此，在施工之前，按照工程要求及相关标准规定编制焊接工艺规程，对焊接工艺评定试验提供指导。试验后，根据焊接工艺评定结果对焊接工艺规程的相关内容进行修改，最终为实际施工中的焊接工艺提供依据。

焊接工艺规程中主要包含：焊接设备的选择、焊材的匹配、焊接坡口的设计及焊接参数。

（1）焊接设备的选择 选择焊接设备是海底管道焊接工作中的重要环节，制约着焊接质量及效率，同时设备的稳定性和安全性也是一个重要因素。

依托中-缅海底管道项目的实际特点，采用STT表面张力焊打底，自保护药芯半自动焊填充盖面。STT表面张力焊打底速度快，单面焊双面成形，易操作，焊缝RT通过率高；自保护药芯半自动焊效率高，电弧稳定性好。将两种焊接方法结合起来，既能保证工程质量，又能加快工程进度。

由于海底管道处于海洋的特殊环境限制中，存在施工投资大，工程质量要求高，服役环境复杂多变的特点。在保证焊接质量的前提下，海底管道焊接要求最大限度缩短工期，从而减少施工成本；同时，焊接必须在水汽环境中进行，要求设备尽可能具有抗潮湿性能。为满足以上要求，比较和分析了国内外现有品牌的电源，选择LINCOLN DC—400、STT等焊接电源，如图1所示。

（2）焊材的匹配 根据项目中所选设备及管道材质，确定采用如表1所示的焊接材料进行焊接。

图1 LINCOLN DC—400、STT焊接电源

表1 焊材选择

（3）焊接坡口设计 考虑到本次项目选用同直径、同壁厚钢管对接，钢管水平固定（5G 位置）的方式，为了得到较好的单面焊双面成形效果，同时防止扩散氢无法及时排出，导致产生延迟裂纹等焊接缺陷，为此选择开口较大的坡口形式（见图2），有利于焊接过程中扩散氢的逸出，提高焊接质量。

图2 坡口形式

（4）焊接参数 焊接之前需预热，温度为100～200℃，焊接方法为STT根焊、自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖面，焊接试验的焊接参数如表2所示。

表2 焊接参数

3.焊接工艺试验

为了保证所选焊接工艺的焊接质量，按照API 1104，对焊缝进行无损检测后，进行力学性能测试和断裂韧性评价。通过试验结果验证并修正所选焊接工艺。

（1）焊缝外观及无损检测 焊接试验完成后立即进行强制水冷，冷却水流量为50L/min。24h后试件经外观检查合格，其内部质量经X射线探伤达到API 1104《管道及有关设施的焊接》中无损探伤验收标准，评定合格。

（2）力学性能测试结果 试验主要是根据中-缅海底管道项目技术规格书以及API 1104相关标准对材料特别是焊缝区域的强度、硬度、刚性、塑性和韧性等进行检测，进而起到焊接工艺评定的作用，试验结果如表3～表6所示。此外，侧弯试验和刻槽试验均未发现裂纹，结果合格。

表3 典型的减截面拉伸试验结果

表4 典型的全焊缝拉伸试验结果

表5 典型的低温夏比冲击试验结果（温度－30℃）

表6 典型的HV10硬度试验结果 （HV）

（3）断裂韧性测试 由于焊接时热循环过程不同导致组织性能不均匀，进而产生缺陷，故焊接接头成为海底管道中的薄弱环节。加载时焊接缺陷处产生的应力集中，通常成为裂纹萌生的源头或者转化为裂纹扩展的推动力，导致结构强度大幅度下降，迅速发生灾难性的破坏。因此，焊接接头抗开裂性能的评价，对保证海底管道的安全使用更具现实意义。

根据标准BS7448，通过测试焊缝和热影响区断裂韧度CTOD值，对中-缅海底管道焊接进行断裂韧性测试。试验采取三点弯的形式，取样位置和试样尺寸如图3、图4所示，试验结果如表7所示。

图3 取样位置

图4 试样尺寸

表7 CTOD试验测试结果

4.结语

中-缅管道实际海上集输工程中，海底管道全长5560m，累计焊接580道，最终返修24道，一次合格率达到95.9%。焊缝成形好，焊接质量高，达到了预期目标。

由于焊接工艺规程编制合理，施工计划切合实际，各部门组织协调得当，因此该项目得以顺利完工。在保证工程质量和施工安全的前提下，共计节约综合成本850.1万元，取得了明显的经济效益。