大口径管道焊接工艺研究与应用

屈海军

【摘要】随着我国输气工程战略的展开，对于大口径管道的焊接要求越来越高。本文以大口径管道焊接工艺进行研究，综述了现在大口径管道焊接工艺的方法，同时本文以某工程一段管道的焊接为例，对大口径管道焊接的难点以及应用情况进行说明。

【关键词】大口径管道；工艺；应用；焊接

一、大口径管道焊接要点

（一）由上向下施焊，根焊道必须焊透，表面成形好。相邻两层的接头点不得重叠，应错开30mm以上；由于第二层的热焊熔池较浅，不易将熔渣析出，根焊完成后，应修磨清理根焊道；为避免地线打火产生弧坑，采用特制的接地线，形式如下：每层焊道和每道焊口应连续焊完，中间不应中断，在熔池未冷却前，进行下一层施焊（或下道焊接），根热焊间隔时间不易超过10min；采用直线运条方式进行热焊，将焊丝干伸长调整到合适长度，使用直接短路引弧法进行引弧，在焊接过程中，焊丝不摆动；层间温度达不到要求，应重新加热；

（二）为避免熔池液体金属外溢，仰焊时应采用低速焊接，焊道上的焊渣，在下一步焊接前清除干净；填充焊接时，由于坡口宽度的增加，焊丝要作适当的摆动，为避免发生熔池满溢、气孔和夹渣等缺陷，焊接速度要控制适当，以保持熔池前移；

填充焊应有足够的焊层，盖面焊后，完成焊缝的横断面在整个焊口上均匀一致；盖帽焊前坡口应填满，剩余坡口深度控制在6mm以内，盖帽焊接的送丝速度应与填充焊的相同或略低一些。

（三）对需要后热或热处理的焊缝，应按焊接工艺规程的规定进行后热和热处理。需缓冷焊缝，焊后不允许立即清除药皮，待缓冷结束后，方可清除药皮和修补。焊后缓冷多采用复合型缓冷装置，即由耐热材料、保温材料、保护层等组成，将完成的焊口趁热裹上石棉被并盖上毛毡，用橡皮带捆紧，保温时间在半小时以上。

二、大口径管道常用焊接工艺

（一）手工焊接工艺

手工焊接工艺的发展时间较长，主要采用电弧焊的方式进行焊接，能够对大口径管道进行焊接。因为手工焊接具有施工方便、适应性良好的特点，因此对于大口径焊接是一种很好的补充。手工焊接中采用纤维素型以及低氢型的焊条，焊接的力学性能较强，能满足大口径焊接的要求。在德国的第一条X80级的大口金管道的加工中，成功试用手工电弧焊完成了焊接工程。在现代焊接工艺中，手工焊接依然具备不可替代的作用。

（二）闪光对焊

闪光对焊是采用闪光焊机、移动式发电站等设备构成的焊接。在焊接的过程中通过大电流的作用，瞬间加压对管道进行焊接。闪光对焊最早是从前苏联发展起来的焊接工艺方法，焊接效率高，对于D820-1420 mm的口径的管道，闪光对焊可以以6-8焊口的速率进行焊接。在闪光对焊的工艺中不用填充金属进行焊接，可以节约焊接成本。

（三）自动焊

自动焊接技术是自动焊机进行大口径焊接的技术。自动焊接技术自从70年代开始使用，现在已经形成了较为成熟的工艺，而且返修率低。以德国WITZ公司生产的自动焊机为例，这种自动焊接机包括外焊机、内焊机以及内对口器。采用自动焊机进行焊接，可以对不同口径的管道进行焊接，同时采用CO2 和Ar2进行焊接保护[2]。这种焊接技术在国外广泛使用，在我国的应用也逐渐增多。自动焊接技术效率快，返修率低，经济型良好。

（四）半自动焊

半自动焊是用于管道焊接中一种常用的方法，在进行焊接的过程中采用CO2保护焊，并且可以根据焊接电源对焊丝的形态进行有效的控制，具备自动焊的效率以及手工焊的自适应的特点，在大口径管道建设中具有广泛的应用前景。在半自动焊接中采用药芯自保护焊，因为药芯的熔化效果好，便于成型，而且半自动焊接的方法简便，便于推广使用。

三、大口径长输管道应用实例

对大型江底隧道来说，一般都呈倒梯形状，两端斜巷，中间平巷，由于隧道开凿都延伸至江底以下较深距离，导致斜巷段坡度较陡较大，隧道内运布管难度大，技术要求更高。

對隧道内采用支墩敷设的且隧道内支墩已经提前浇筑好的江底隧道，采用在道支墩表面铺设轻轨，支墩表面上轻轨与支墩预埋钢板接触处采用焊接连接固定，隧道内支墩与支墩之间隧道底板上铺设枕木，枕木尺寸上表面高度与支墩表面平齐，采用轨道道钉将轻轨固定在枕木上。在隧道进出口各安装一台卷扬机，通过卷扬机牵引自制轨道小车由洞口经隧道斜巷将管道逐根送人隧道平巷进行布管。对于其工程的主要施工技术如下：

（一）卷扬机的安装

江底隧道总体施工考虑，先进行江底隧道内水平段施工，再向进口及出口方向施工，分别在隧道进口及出口位置设置一个20t卷扬机，卷扬机采用现浇C15混凝土锚固墩固定，卷扬机与基础间用预埋螺栓固定，并在隧道口设置卷扬机钢丝绳的导向滑轮，在隧道内设置卷扬机钢丝绳的定位滑轮。

（二）轻轨铺设

对于浇筑好支墩的隧道，轻轨直接铺设在支墩上，可选用11#轻轨，单根长度8m或者12m，轻轨之间连接可采用连接板加螺栓固定，连接板厚度不小于14mm，每隔10米设置一个限位螺栓，螺栓采用M18单头螺栓，连接板双面固定；考虑运管时防止轻轨之间向左右偏移，利用支墩表面预埋钢板作为支点点焊加以固定。

（三）牵引小车改装制作

单管需要放置于牵引小车上，小车车轮购买与之铁轨匹配轨道车轮，但由于单根管道较重，运管小车需要改装，采用25#槽钢焊接托架，托架上方绑扎胶皮保护防腐层，由于隧道内成倒梯形状，运布管过程中在隧道平巷与斜巷交叉转角处管道最容易碰撞，必须根据小车车轮半径的大小、转角的大小计算小车托架的最低高度保证运管过程中不碰撞，同时考虑到运管的稳定性，应尽可能降低小车的重心。小车制作完后在正式运管之前必须试运行，如不合适处以便及时调整。

（四）隧道内运、布管

首先在隧道进出口端修筑一块平整地方，运进隧道内的管子的装卸在隧道洞口外平整的地方进行，采用吊车或挖掘机吊起管子，放在自制运管小车上。每2个运管小车放置1根管，并将运管小车尽量放置在管段的端部。在运管小车上焊上防滑钩，运管小车与管子之间采用半圆型管卡锁紧，2个小车之间采用钢丝绳连接，并用加紧螺丝紧固，同时用钢丝绳（钢丝绳采用橡胶管包裹，以防止滑伤内涂层）穿过管道内部将管道与卷扬机连接，以防止管子及小车滑脱。

管子顺利到达隧道平巷后，采用人工将管子推运到位，用自制龙门支架配合先将管子前边顶起，将前边的运管小车向后移动拖至后边的小车处，然后再将小车前边的管子顶起，将2台运管小车同时向后撤出，撤出的小车由人工推至隧道斜巷处，再由卷扬机拉至地面以上，进行下一次的运、布管。

（五）管线就位组对焊接

当管线运输到位后，采用自制龙门滑动倒链架垂直提升一定高度，再采用倒链平移至临时管墩（采用编织袋装土作为临时管墩）上方，注意在临时支墩上安放管道时，必须在支墩两侧垫好防滚落斜楔，同时调整好管道的中心位置及管子的相对位置，以减少管道组对时的调整量。施工时先进行隧道最低端平巷内管道焊接，平巷管道组对焊接从中间向两端斜巷进行，斜巷端管道焊接自下而上进行，每次逐根焊接，焊接完毕一根，通过隧道洞口牵引卷扬机往下放一根。

四、结束语

针对大口径管道焊接，具有多种焊接技术。在实际应用中，应该根据工程的实际情况，选择合适的焊接技术。在选用合适的焊接技术的基础上，设定焊接工艺参数，以确保焊接的质量。

参考文献：

【1】叶学礼 输气管道工程设计规范[M] 北京：中国计划出版社，2003。

【2】张世彬、涂立成、牛吉录 浅谈江南水网大口径管道施工之水塘穿越[J] 化工建设工程，2002。