大口径油气管道焊接质量控制

刘明秦

（大庆油田工程建设有限公司油建二公司，黑龙江 大庆 163000）

0 引言

管道焊接是油田集输工艺及长输管道施工中的一道重要工序，焊接质量的优劣直接关系到管道、场站建设的工程质量及其使用寿命，是油田生产、油气长输管道安全运行的保证。实际施工过程中管道焊接质量往往受多重因素影响，如施工环境、人员、材料、设备等。因此针对不同的施工环境、管道材质、口径，选择合适的焊接工艺，同时进行焊接质量的全过程控制，以保证管道焊接质量，避免安全事故。

1 施工中常用的管道焊接工艺

1.1 焊条电弧向下焊

管道工程中焊条电弧焊向下焊技术一般指纤维素焊条向下焊技术，其焊机有直流和交流型两种，主要技术特点如下：第一，环境适应性较强，可以在较恶劣的野外环境中对管道全位置施焊，应用广泛；第二，此工艺具有熔深大的特点，因而穿透力较强，在根部焊、单面焊中双面成型好；第三，对气孔的敏感性小，不易产生气孔缺陷，同时电流大，电弧吹力大，产生的熔渣少，焊接质量较高；第四，施工过程中操作简单，各层焊道可实现流水线焊接作业；第五，对管工对口、焊工焊接工艺参数执行、砂轮工打磨等工艺的衔接要求较严格，否则会产生各类型焊接缺陷，影响焊接质量。

1.2 药芯焊丝半自动焊

该焊接工艺是上世纪90年代自美国引入，经多年实践，一般与焊条电弧焊联用，应用于大口径管道的焊接施工中。主要技术特点如下：第一，能够持续送丝，能够大量减少起弧和收弧时的焊接接头，降低焊接缺陷发生率；第二，抗风性能良好，能够无保护在最高11米/秒的风速条件下施工，而不影响焊接质量；第三，焊丝熔敷率高，容易脱渣，焊层厚度较小，冷却速度慢，可有效减少焊接缺陷，保证焊接接头处优良的力学性能；第四，由于该工艺无法进行根焊，可与纤维素焊接工艺互补，降低了烧穿的概率，提高根焊成型效率；第五，焊缝成型美观，提高焊接质量和生产率，生产成本低。

1.3 全自动焊接

全自动焊接是指管道固定不动，焊枪在焊接小车的带动下，围绕焊接位置转动达到自动焊接目的。全自动焊接工艺是目前最优异的焊接工艺之一，主要技术特点如下：第一，可以实现大机组流水线作业，同时能够保证焊接质量，减少工人的工作量；第二，通过计算机编程，可实现焊接小车的自动控制，将焊枪振动频率、送丝速度及焊接小车行走速度等三个主要控制参数设置为相互关联的因变量，能够实现三者变化的协调统一，即每次调节，均是三个参数的联动，保证参数调节的准确性，在必要时也可人干预焊接参数的调整。

2 影响大口径油气管道焊接质量的因素

油气管道内传送的介质通常都是易燃易爆的石油类产品或天然气，其焊接质量应达到相应国家标准及行业标准，一旦管道因焊接缺陷造成泄漏，不仅严重污染周边环境的空气、土壤，而且还会给国家和人民造成巨大财产损失，甚至导致火灾和爆炸风险，所以加强油气管道焊接质量控制是管道施工的重中之重，下面就影响管道焊接质量的几个内在、外在因素进行分析。

2.1 自然环境因素

油气管道施工自然环境往往较为复杂，影响焊接质量的因素主要有天气因素和地形地貌因素。管道的施工过程经过的地形主要包括：山脉、沙漠、平原、丘陵、湿地等，这些不同的地形地貌，会影响施工单位对焊接设备、材料、焊接工艺的选择，选择失误会严重影响焊接质量和施工进度；施工过程中经常会遇到大风、低温及雨、雪、大雾等恶劣天气，温度、湿度、风速的变化如果不调整焊接参数及采取适当的保护措施，会使焊接过程中出现各种质量缺陷，从而影响管道的焊接质量。

2.2 人为因素

焊接人员的技术水平、操作熟练程度、操作习惯、质量意识、是否执行相应的焊接操作规程，均是影响焊接质量的关键因素；同时，监理工程师，业主代表是否熟悉焊接工艺知识，精通焊接质量验收标准，监察是否严格，对不合格焊缝是否及时发现、返修，也会对管道的焊接质量造成重大影响。

2.3 设备、材料因素

设备主要包括焊接设备、组对设备。组对设备关系到焊口的对接质量，它是保证焊接质量的基本前提，施工过程中严禁出现锤击、千斤顶硬顶等外力强行组对方式出现，这样会使焊口产生应力变形，给工程质量埋下安全隐患；焊接设备主要是指焊机及配套设施，其工作的可靠性、稳定性是焊接质量的保证，长时间工作会导致设备老化、降低工作稳定性；材料主要是指焊条、焊丝、保护气体及被焊接的管道，施工中材料采购、运输、进场、检验、保管、出库等无论哪个环节出现问题均会影响焊接施工质量。

3 加强管道焊接质量的有效措施

3.1 焊接设备、材料及工艺选择

油田工艺管道及长距离油气输送管道经常在复杂的地形（如沼泽、沙漠、山区、冻土融化区等）及恶劣的自然环境（低温、大风、雨雪天气等）下施工。应根据实际选择合适的焊接设备、焊接材料及焊接工艺[1]。焊接设备、材料往往受地形地貌、被焊材料所限制，例如一条大口径油气管道可能大部位于平原地区，局部位于沼泽，全自动焊接对施工环境要求较高，适用于平坦开阔的平原地区，而沼泽地区可联合运用纤维素焊接+半自动焊接工艺。焊条、焊丝的选择根据设计要求，并与管道材质相匹配，气体保护焊中除自保护焊丝外均应用选用保护气体，不同焊接方法、不同管道焊接材质、不同焊丝保护气体不同，大口径油气管道焊接宜选用活性气体（如CO2、Ar + CO2、Ar + O2、Ar+CO2+O2等）保护，以细化晶粒，克服电弧阴极斑点漂移，减少焊道咬边等缺陷。从生产效率考虑，在Ar中加入He、N2、H2、CO2、O2等气体，可增加母材的输入热量，提高焊接速度。

3.2 创建完整的规章制度

目前我国还缺乏一套完善的大口径油气管道施工的规章制度及大口径管道焊接施工的技术标准。为了保证油气管道的焊接质量，施工单位有必要建立一套自己的焊接操作规范和相应的质量控制规章制度，并将每项质量责任落实到个人，管道焊接施工前，施工单位应根据上述规范、制度，制定对应的焊接技术流程。焊接操作人员应严格按照焊接工艺评定报告编制的焊接工艺指导书就行焊接施工，焊接质量控制实行“三检制”，即自检、互检、专检[2]。

3.3 焊工资质审核

参与油气管道焊接的焊接人员，必须相应的专业知识培训及现场实践经验，并经考试合格，取得满足所采取焊接工艺的执业资格证书。

3.4 原材料检验、保管

原材料的主要是指管道（被焊材料）和焊接材料，它们直接影响油气管道的实际焊接质量，原材料由设计人员确定，其品种、规格、性能等应符合国家现行产品标准及设计要求，工程技术人员应根据设计文件，了解焊接材料的技术要求，配合材料部门编制材料计划。原材料进场前必须经由专门的检验人员，根据原材料的规格、型号和数量依据适用的标准进行检查，只有在检验合格的情况下才能入库存储。（1）进场材料要附带质量证明文件（产品合格证、性能检测报告等），由专职质量检查员检查确认是否与设计文件相符，无质量证明文件的材料严禁用于管道焊接；（2）按相关规范对进场材料进行复验，复验应由具有检测资质的机构进行见证取样、检测，其结果应符合设计文件及国家产品质量标准；（3）对于检测及复验不合格的焊接材料，未经设计人员同意不得使用，对不能满足设计要求的材料需经设计人员同意选用代用材料；（4）材料进场必须办理验收、入库交接手续，未来及办手续的单位单独存放，合格材料应按品种、规格、牌号分类堆放，所有材料均采取有效措施防水、防潮，避免锈蚀；（5）焊接材料的发放必须按品种、规格、牌号等办理发放手续，必要时质检人员需现场确认。

3.5 加强焊接过程的质量控制

焊接过程是控制焊接质量的关键步骤，主要控制措施如下：

（1）焊前首先检查焊接部位，用钢丝刷、砂轮机等清理焊口处的油污、泥土等，以防止焊口表面出现鳞状现象，杜绝焊道开裂情况出现；（2）焊接前焊口预热温度需按相关规定和技术要求进行控制，可有效的防止焊接部位的焊道因冷热不均在焊接过程中炸裂；（3）避免强力组对，可有效防止焊接位置由于应力变形出现管线开裂导致的安全事故；（4）严格按照焊接工艺指导书调整焊接参数，确定合理的电流、焊速，电流过大使得熔深过大，会出现烧穿、咬边、气孔等缺陷，还会使热影响区晶粒粗大影响焊缝的机械性能，如果电流过小，会造成引弧困难，电弧不稳定，出现夹渣、未焊透、焊瘤等缺陷；焊条焊接时一般采用短弧焊接，根据其直径确定弧长；（5）根据施工环境中的风速、湿度参数，采用必要的防风、防雨雪、防潮措施，管道施工宜选用局部可移动的防风棚，同时应封堵管道两端，防止穿堂风，雨、雾、雪天气环境湿度大，应用防火、防雨苫布搭设防雨棚，棚内设照明灯、碘弧灯并对焊接部位进行火焰烘干处理；防潮措施除对焊接部位的烘干、热处理外，还要严格按照规定烘干、取用、回收焊条；（6）焊接完成后必须进行焊缝质量检查，经外观质量检查合格后，根据设计及相关规范要求抽取一定比例焊缝进行无损检测，目前选用的主要有四种：射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤和渗透探伤[3]。

4 结语

大口径油气管道的焊接质量关系到工程的整体质量和使用寿命，甚至会导致严重的安全事故，给国家和人民的生命财产造成重大损失。因此，严把材料质量关，加强大口径油气管道焊接工程的事前、事中、事后质量控制，提高技术人员、操作人员的技术水平和责任感，能有效降低管道缺陷发生率，保证管道的焊接质量。