长输管道焊接工艺和焊接质量的控制

2021-11-28 13:09马睿聪
科技与创新 2021年16期
关键词:长输坡口技术人员

马睿聪

(中车大同电力机车有限公司,山西 大同037000)

随着现代国民经济的快速发展,社会能源的需求在不断调整,能源结构也在逐步优化,长输管道的辐射量也将持续扩大,而焊接工艺的研究也非常必要。相关领域的技术人员要致力于研究长输管道焊接工艺的技术标准,推动焊接工艺形成完善的技术体系,在实际的应用中探索其规律和要点,对长输管道焊接的质量加以控制。维持长输管道的稳定运行,能够为社会的生产、人们的生活提供充足的能源,而良好的长输管道焊接质量,则可以保证长输管道的运输效率。

1 长输管道焊接工艺的相关内容

国内的长输管道壁厚一般在8 mm以上,技术人员所采用的焊接方法以多层焊接为主,在打底和填充盖面中采用的工艺也是多种多样的,打底工艺有内焊机多枪头下向焊、全自动焊、手工焊等方式,填充盖面以全自动焊、半自动焊、手工焊等内容为主。实际焊接过程中可能会由于管径较大而导致管道的输送压力较高,长输管道一般会选择高碳钢制作的钢管,钢管要在x60的钢级以上,焊材会选择实心焊丝外加气保护、纤维素焊条、低氢焊条等,而长输管道焊接的对接坡口通常会选择复合型、U型或是V型,技术人员要依照实际的焊接情况及钢管的壁厚情况来选择相应的种类[1]。

2 长输管道焊接容易产生缺陷的成因及质量控制的要点

2.1 烧穿问题与防治要点

烧穿问题是指在填充层或热焊层焊接时可能会出现烧漏几层的问题,产生这一问题的原因在于焊接工艺的参数过大或者焊道相对较薄,而防治烧穿问题的要点在于,技术人员要选择用厚度为3 mm以上的焊道,焊接工艺要始终保持在合理的范围内,如果出现烧穿的问题,要立即停止焊接操作,并按照相关要求打磨根部间隙与坡口角度以后,再重新进行焊接操作。技术人员应用厚度较大的焊道可以避免烧穿的问题,并且要在焊接的过程中始终查看焊接的参数,不要使参数过大,如果存在烧漏的隐患,应停下操作,予以检查,核对无误以后再进行操作,技术人员在焊接的过程中要时刻注意烧穿的问题,如果存在烧穿的问题,应采取相应的措施予以补足[2]。

2.2 裂纹问题与防治要点

在焊接以后的冷处理过程中,容易出现裂纹,焊道产生的应力大于母材或者焊缝的技术强度过大,都可能导致缝隙出现,在强行组对或者连头组对的过程中,直管摆放的角度与弯头的角度都会存在一定的差异,而组对的时候会因为管口的外力增加,而产生应力问题。根焊道较薄的地方会产生裂纹缺陷,而焊道扩散的氢含量如果相对较高,或者焊道的温度相对较低,都可能会造成裂纹的问题。而且长输管道在冬季的野外环境中施工时,气温过低会给施工人员的焊接过程带来一定的影响,下向焊的工艺所需材料以药芯焊丝和纤维素型焊条为主,那么焊接之后的焊道所扩散的氢会发生凝聚,也可能导致焊接存在缺陷。裂纹防治的要点在于对强力组对可以有效避免,技术人员在焊接管道之前可进行预热工作,适当地增加根焊焊道的厚度,并在完成根焊操作以后再进行盖面和填充。如果焊接时处于冬季,那么技术人员要考虑到焊道焊接以后的缓冷情况,充分重视管道的冷却情况,为其扩散氢气创造条件,就可以有效地避免裂纹问题。

2.3 未焊透问题与防治要点

未焊透问题属于熔孔在根部焊道焊接过程中并没有完全打开,所以会残留原始的钝边,可以分为根部完全未焊透与单侧未焊透两种情况,究其产生的原因可以看出,根部完全未焊透是因为钝边过厚或者组对的间隙较小,而单边未焊透则是因为两边的钝边值不相等,或者错边量超出标准的范畴。从未焊透问题的防治工作来看,技术人员应在焊接之前认真修磨焊缝并进行组对,使焊条或者焊丝能够在焊接的过程中顺畅进入到坡口的根部。如果根焊不能产生熔孔,那么技术人员要打磨出符合要求的根部间隙,并对焊接的参数进行适当的调整。弥补未熔合的焊接缺陷,通常具有较大的难度,壁厚较大的焊道打磨难度非常大,技术人员在焊接的过程中要尽可能地避免产生这一缺陷[3]。

3 长输管道焊接工艺的流程分析与实践应用

3.1 管道全位置自动焊接技术

全位置的自动焊接装置包括焊接小车、行走轨道及自动控制系统,在管道相对固定的状态下,由焊接小车带动焊枪在轨道上做绕管壁运动,可以对管件进行有效的焊接。自动焊接工艺具备自动化的控制系统,其工艺性能相对稳定,受外力的影响较小,而且焊接的机械化程度较高,焊接的成本会有所降低。在大口径的厚管壁焊接中,机械的焊接速度和质量是非常高的,要远胜于其他方法的焊接工艺。全位置的自动焊接配置设备包括管道全位置自动焊接机、林肯焊机、STT半自动焊机、坡口机、氩弧焊机和辅助工具等。从20世纪60年代开始,国外就开始在管道工程中使用自动焊接技术,在大口径、大壁厚管道的焊接施工中尤为广泛,这种技术的操作性简便而且质量水平高,外形美观。国内的自动焊接技术在西气东输的管道工程中得到了大规模的应用。国外代表性的自动焊接设备有美国CRC-EVANS,国内管道局购置的设备有美国CRC管道全位置自动焊接机。国际上研究焊接机械的公司非常多,有美国的CRC公司、瑞典的伊萨公司等,在大管径管道的全位置焊接领域研究较为深入,焊接效率较高,还可以用计算机进行控制。

3.2 自动焊接技术的实践应用

为满足实际长输管道焊接施工的需求,技术人员对长距离、高压力、大口径的高强度管道焊接工艺进行了大量的研究,在胜利油建公司的长输管道焊接工艺研究中,主要应用了STT打底与自动保护药芯焊丝填充盖面的工艺,采用手动下向焊工艺和全自动焊工艺。目前中国相关领域对全自动焊接工艺的研究正处于逐年上涨的趋势。胜利油建公司先后引进了法国SERIRMAX生产的SATURNAX05焊炬全位置自动焊接设备,并在西气东输的工程中取得了显著的成果[4]。

3.2.1 焊接过程

焊接的工程量为2.2 km,管道材质是API5LX70,管壁厚19 mm。技术人员先用内对口器组成管口,清除管口附近100 mm以内的杂质,包括油污、铁锈等,坡口处的金属光泽非常好,技术人员将坡口修整,测量管口处的钝边厚度及管口圆度等数值,使其达到焊接作业的基本要求,对不足之处加以调整,之后再打磨管口附近100 mm的螺旋焊缝,便于安装焊接轨道,在条件允许下,也可以采用坡口整形机进行管口修理。安装焊接轨道时,技术人员可以采用专业的安装工具来连接轨道,适当地调整轨道边缘与管道坡口之间的距离,保证轨道与管道的同心度一致、平行度一致,再利用自动焊接小车行走来保证焊接的质量。技术人员可以用专业的工具来修整轨道,而工具的锤面硬度要低于轨道的硬度,以免对轨道造成损伤,安装轨道完毕以后,轨道与管道的面积距离应在3 mm以下,才能满足焊接作业的要求。技术人员要根据焊接的要求输入相关焊接参数,包括电压、电流等,在启动焊机以后会进行自动焊接,技术人员要实时监看焊接的过程,如果出现问题,可以及时停机予以修正。

3.2.2 无损检测

技术人员可以利用X射线来探测焊道,或是应用超声波仪器来探测焊道,所检测的结果准确率可以达到99%。

3.2.3 焊接施工能力

自动焊接工艺的效率会在管径和管壁厚度较大的状态下而有所提升,在川气东送的工程中,技术人员采用人工电弧焊的方式,管道口的焊接需要1 h,自动焊的焊接仅需要35 min,焊接的效率差异非常大,自动焊接的效率比手动焊接提升了40%。在西气东输的工程中,1道焊口让2个技术人员来焊接,通常需要花费6 h才能完成,如果采用全自动焊接工艺,则1道焊口仅需要45 min就可以完成,工作效率提升了大概7倍。在实际的应用对比中可以发现,自动焊接工艺的效率要远远高于人工的焊接方式,而且焊接效率的提升非常明显。

4 结束语

作为目前较为先进的一项焊接技术,长输管道焊接工艺中以大口径的管道自动焊接技术为先,其不仅具备较快的焊接速度,而且焊接的质量也相对较高,已经逐渐成为中国长输管道焊接工艺中的核心内容,也是必须掌握的一项焊接工艺。在中国多个长输管道的焊接过程中,大口径管道自动焊接技术的应用提升了整体的长输管道的焊接质量水平,也促进了相关技术的深入研究,成为许多公司在市场竞争中赢得优势的技术资源,对中国社会经济的发展具有推动作用。在今后,相关研究人员更要精于长输管道焊接工艺的应用,使其为中国的管道工程作出更多的贡献。

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