大口径长输管道自动焊施工技术分析

许小帅

（大庆油田工程建设有限公司国内事业部，黑龙江 大庆 163000）

0 引言

天然气以及石油等能源的快速发展下，对油气管道工程的要求提升，传输管道开始向大口径和长输送模式发展。大口径、高压力的管道提升油气输送的质量和效率，但是也对管道焊接提出新的挑战，需要改善传统焊接方式，采用自动焊接模式，保证管道的焊接质量。自动焊方式的转变并不是简单的对焊接材料、工艺以及设备的变化，而是要从管道设计的指标、方法以及检测技术方面进行优化，真正提升焊接质量。

1 油气长输管道工程自动焊施工设计

大口径长输管道自动焊的设计需要从以下方面进行优化：第一，以我国自动焊接的能力，确定自动焊的地形坡度，坡度设置一般以15o为宜，大于这个坡度的地形不适合采用这种方式[1]。如果地形总体坡度小于15o，仅有局部坡度超过15o，可以通过局部位置处理后采用自动焊接的方式。由于自动焊接施工中需要的转场成本和效率高，因此自动焊的长度需要保持50km以上。焊接中焊接段的结构分散，可以采用全自动与半自动结合的焊接方式。

自动焊接的设计中，油气管道需要采用自动焊接分段的方式进行设计，并满足如下要求：第一，解析焊接管道的高程以及里程，并根据解析成果对地理信息平台进行高精度划分。针对局部位置采用土石方的经济模式，并提出合理辅助措施。自动焊接位置焊接工作开始前必须要先做好方案设计，保证后期焊接工作开展的连续性和持续性。焊接转角位置，需要考虑管道内部的转弯问题。自动焊接工艺参数的设计需要以管道壁厚为重要参数，同时接头位置的厚度要控制在3mm之内。

2 大口径长输管道自动焊施工技术的方法与评定

2.1 管道焊接的方法

从我国当前大口径长输管道自动焊接的情况来看，一般采用内部或者外部焊接根焊与单焊枪或者双焊枪外焊的方式。该种焊接方式主要用于地形条件坡度小于15o的区域。同时施工中的沿线和管道壁厚情况变化的频次少，可以进行长区段的自动焊接施工，一般施工长度需要控制在50km以上。焊接方式采用连续化、流水化的方式，保证焊接的质量和焊接效率。管道焊接中一般需要采用多个机组配合的施工作业方式，如果焊区连续作业的条件不充足，或者需要频繁搬迁、调试机组，会明显降低焊接效率，提升焊接施工成本。

针对坡度超过15o的区域采用自动焊接，当前已有大量课题跟进，理论研究中认为，内焊机的爬坡高度可以实现30o的坡度爬行。因此一般坡度不超过30o的地形，也可以采用自动焊接的方式。但是如果坡度最大热煨弯管的用量大，也难以保证焊接效率。当前该研究尚处于初级的实验阶段，尚未在工程中验证。

手工焊根焊与单焊枪外焊机的填充以及盖面的焊接方式主要应用在小于15o坡度的地形，焊接机组的配置不得高于自动焊接的方式，焊接形式更灵活，有利于移动，同时对焊接工艺的要求低。此外，坡度均匀以及坡度大的位置，可以采用坡脚以及坡顶预制管和轨道的方式进行安装。

2.2 管道焊接工艺的评价

大口径长输管道自动焊接施工中，在焊接开始前需要先做好工艺评定的工作，严格根据钢制管道焊接以及验收标准，查找各种变化因素，并做好对焊接数量以及种类的评定。直管焊接一般采用自动焊接的方式，如果其他因素不变的情况下，管道壁厚的范围在3.2mm上下浮动的情况时不需要重新评定。如果钢管的厚度变化超出这个范围，需要对焊接工艺进行重新评定。此外，如果管壁厚度差在5mm以下，可以利用自动焊接的方式对管道实施根焊。如果对接钢管等级和强度保持一致，需要对管壁偏厚的一侧对管壁进行削薄处理。内坡角的角度控制在10～15o之间。如果钢管的等级和强度存在差异，根焊工艺中不可以采用自动焊的方式。管壁厚度差超过5mm的情况下，钢管管壁厚度不等无法采用自动焊的方式进行内部根焊。热煨弯管与直管的焊接，由于两种管道的构成材质不同，管线钢管焊接技术指标的差异比较大，需要对焊接工艺进行重新评定[2]。管道焊接性能影响的主要技术指标和因素包括力学性能、化学成本以及冷裂纹测试结果等。

2.3 焊缝的低温韧性评价

根据输气管道工程设计规范的相关文件要求，油气大口径长输管道工程中，管道的组合盈利需要在屈服强度的90%以内。管道施工中，必须要合理分配吊管机，吊装管道沟轴的应力需要在屈服强度的80%左右，并保证管道环焊缝与轴力间相交，做好管道吊装下沟关键位置的保护，特别是要加强对管道焊接焊缝位置低温韧性的测试。我国的长输管道钢管环焊接头位置在金属焊缝中需要先进行冲击韧性试验，试验温度控制在-60～20oC。焊缝金属的韧性值要满足设计要求。韧脆温度的转变点需要在设计文件规定的试验温度以内，防止管道环焊缝吊装中出现开裂以及脆韧变化的问题。如果施工中环境温度在韧脆温度以下，要停止吊装工作。

2.4 焊缝无损检测

大口径长输管道一般采用全自动超声检测的方式测定焊接情况和复验探伤。工程实施初期阶段，前100道焊口检测需要利用100%的射线方式进行焊接探伤和复检。焊缝的验收要以《石油天然气管道工程全自动超声波检测技术规范》（以下称《规范》）为主要评判参考[3]。如果射线检测与全自动超声波的检测出现差异性，需要按照以下方式处理：

第一，在全自动超声波检测以及射线探伤检测中都发现缺陷的情况，可以根据《规范》的要求对具体情况进行判定；

第二，如果全自动超声波探伤发现缺欠问题，射线探伤未发现缺陷，需要对全自动超声波探伤工艺再一次检测和确认，并将当日利用全自动超声检测的所有焊接工序重新检测。管道焊接中，当前完成的焊接内容都需要当天完成无损检测，并通过检测做出判断。全自动超声波探伤工作操作人员必须要持相关资格证，检测方在全自动超声波探伤中，所有的工艺操作都需要得到认证机构的认可后再进行检测。

3 大口径长输管道全自动焊接技术施工控制要点

3.1 加强焊接裂纹控制

大口径长输管道全自动焊接技术应用中，需要严格按照管道的建设要求，选择符合管道材料要求的焊接方式，避免出现裂纹。同时焊接中选择的焊丝需要满足焊接要求，并做好对焊丝的保管工作，防止焊丝生锈、受潮等影响管道的焊接质量。最后，焊接施工中合理控制焊接速度和焊接厚度，厚度一般控制在2～3mm。通过焊接材料、焊丝以及厚度等方面的有效控制，有利于预防管道焊接的裂纹，保证焊接质量。

3.2 加强焊接气孔控制

油气大口径长输管道焊接施工开始前，先做好对坡口的处理，避免坡口位置存在污秽影响焊接效果和焊接质量；其次，做好对焊接环境温湿度的调整，保证满足全自动焊接技术要求，防止焊接位置出现气孔。

3.3 加强咬边控制

大口径长输管道焊接中，咬边控制方案与气孔控制方案基本一致，在焊接开始前都需要先清理坡口，保证坡口位置的清洁性。并按照管道的建设要求，选择合适的焊接角度，有效预防咬边。

3.4 持续加强技术创新

为了促进油气大口径长输管道焊接技术的创新，需要加强对全自动焊接技术的优化，以现有的自动焊接设备为基础的工艺操作，尝试向窄坡口以及外根焊工艺技术方面进行拓展，有效解决特殊区域的焊接问题。使全自动焊接工艺可以实现全口径、全地形的全面推广。

4 结语

综上所述，大口径长输管道中通过自动焊接技术的应用，可以提升焊接效率，保证焊接质量。但是相对于普通的焊接技术来说，更容易受到焊接环境的影响。自动焊接技术对坡口位置以及焊接精度的要求高，对焊接人员的焊接习惯和焊接能力也提出新的要求。因此需要加强对自动焊接工艺的关注，通过严控施工工艺和加强焊工检测的方式，保证焊接施工技术满足工艺要求，避免出现焊接问题。此外自动焊接技术可以降低劳动强度，提升焊接合格率，在管道建设中具有更广阔的应用前景。