焊接技术在管道建设中的应用

　　目前，我国管道建设从无到有，从小到大，已经形成了一个横贯东西的大格局，并且有进一步扩大的趋势。就管道建设中焊接技术有关问题，我进行以下分析。

　　管道作为油气田行业中一个单独的运输系统，是需要长期稳定连续运行的。因为管道长年深埋于地下，在它的运行状态中不易发现潜在的危险，并且由于管道里流动大量的油、气，对地面建筑和其它设施所带来的威胁是相当巨大的，尤其是煤气、LPG、天然气等易燃气体管道，其威胁程度更大。

　　1、管道建设特点对焊接设备应用的影响

　　管道建设的特点主要表现在施工现场不在固定的区域，施工环境复杂且多变，全位置焊接操作，施工固定条件不稳定，和应用的焊接工艺种类多等几个方面这些特点影响着焊接施工用焊接设备的选型。管道建设属于典型的野外施工作业，其作业点沿着管道的走向不断迁移，焊接工作的难度可想而知，而采用流水作业或单兵作业的方式，更为这种模式的推进带来了困难。因此，焊接设备也需要随着作业地点的改变而来断移动，这就对焊接设备的质量、体积、抗震等方面有所要求。

　　在不同地形地貌、不同气候条件，不同管径、不同壁厚和不同旗工技术能力等条件下，对管道施工要采取的焊接工艺选择是不一样的。目前管道建设过程中采用的焊接工艺主要有纤维素型焊条下向电弧焊（SMAW），低氢焊条一向电弧焊（SMAW），自保护药芯焊丝半自动电弧焊，高性能焊机的CO2气体保护半自动焊或自动焊。现场应用的焊接设备应能够适应上述一种或多种焊接工艺。

　　所要焊接的钢管是水平固定的，管道焊接施工都是全位置的焊接操作。这对焊接设备、焊接材料和焊工操作水平都提出了较高的要求，需要焊接人员以更高的水平和更精细的焊接耐心。

　　为提高管道建设速度，需要尽量缩短管口组对和根部焊接的时间，即在前一道焊口完成根部焊接进行热焊的同时，进行下一道焊口的管口组对，这样做可以提高效率，但是管子不能稳定地固定，会产生一定的附加应力。因此，选择根焊焊接设备和焊接工艺的原则就是尽量快速地实现单面焊双面成型，从而保证根焊层的厚度。

　　2、焊接工艺的确定

　　打底焊工艺。使用纤维素焊条手工焊纤维素下向焊焊条的药皮中含有质量分数ω为３０％～５０％的有机物、纤维素，具有极强的造气功能，焊接时在电弧热的作用下可以分解出大量的ＣＯ和Ｃ０２气体，，在保护电弧和熔池金属的同时，显著增加了电弧吹力，保证了熔滴在全位置焊接时向熔池的稳定过渡，还可阻止铁水和液态熔渣的下淌，同时还有较大的熔透能力和优异的填充间隙性能，对管子的对口间隙要求不很严格，焊缝背面成形好，气孔敏感性小，容易获得高质量的焊缝，因此特别适合打底焊。

　　填充、盖面焊工艺。使用铁粉低氢型焊条手工焊使用铁粉低氢型向下焊条进行填充、盖面焊无论在国内和国外都有许多成功的范例，其灵活简便、适应性强的优点在我国劳动力资源相对丰富的条件下，更得到了充分的发挥。特别是近年来焊条工艺性能的改进，其熔敷效率、力学性能指标等均能满足当今管道建设的需要，在焊接自动化率要求不高的场合是十分适用的。

　　3、管道建设对焊接设备的要求

　　长输管道建设大多地处偏远地区，社会依托条件较差。要求焊接设备具备下列特点：

　　工艺适应性好。针对长输管道建设常用的几种焊接工艺，焊接设备应具有良好的工艺适应性。对于纤维素型焊条焊接，还应保证小电流全位置焊接操作时飞溅小、引弧容易，有足够大的电弧推力利于单面焊双面成型。对于自保护药芯焊丝半自动焊，应保证送丝平稳，飞溅小。对于CO2或富氩气保护自动焊，焊接电源应具有热起弧和电流衰减功能，应能保证每台焊接电源的外特性曲线一致，整套设备操作方便，焊接规范易于修改。

　　环境适应能力强，可靠性高。我国管道施工的大部分地区多为戈壁和荒漠，冬季严寒，夏季炎热，风沙大，昼夜温差大；西北部地区多为高原和丘陵，气温、气压总体偏低、空气密度小；中部地区主要为山脉、黄土和山间平原，山势陡峭，河谷弯曲，地形起伏大；东、南部地区则是高温、多雨、湖湿的气候条件。因此，焊接设备应具备良好的在不同恶劣环境条件下的适应性，抗严寒，耐高温，抗颠簸，防湖、耐风沙，耐高原缺氧等。野外施工时，每天的焊接时间长达10-12小时，焊接设备一旦发生故障，将极大地影响施工进度和施工成本，特别是流水作业方式的施工，该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环球市场信息导报》杂志http：//www.ems86.com总第565期2014年第33期-----转载须注名来源会发生大面积的窝工现象。因此，管道现场焊接施工更愿意选择功能简单，可靠性高的专机类设备组合成为一套的施工设备的机具。

　　控制面板简单易懂，调节方便。管道焊接施工既有平原大机组流水作业，也有山区小机组流水作业，还有沟下或水网地带单兵作业。在这些不同的作业方式中，有的焊工需要完成一道焊口从根焊到盖面的全部焊接操作，有的则需要完成其中某几层的焊接操作，还有的只需要完成其中一层的焊接操作。由于施工作业面宽，焊接点分散，技术人员不可能对每一台焊接设备进行调节，为此，焊接设备的控制面板应操作简单、易于让人理解，方便调节，同时在紧急情况下要有能够迅速关闭的功能。

　　4、管道建设中焊接设备的使用情况

　　目前，管道焊接施工中使用的焊接设备主要为适合于纤维素焊条、低氢焊条和自保护药芯焊丝的逆变式直流电源和适合于CO2焊的脉冲直流电源。

　　纤维素焊条用焊接设备。纤维素焊条的焊接电流值较小，但是它的电压值较大（30-35V）。使用一般的直流焊机进行焊接，在小电流时易出现断弧、粘条、电弧不稳等问题。目前，针对纤维素焊条焊接而研制开发的焊接电源种类很多，但在管道中得到成功应用的并不多。管道焊接施工中常用的焊接电源有美国林肯公司的DC-400，济南奥太集团的ZX7-400ST，另外美国MILLER公司的XMT-340，北京时代集团公司的ZX7-400B（PE21-400）等焊接电源也有应用。

　　低氢型焊条用焊接设备。低氢型焊条对弧焊设备的要求较低，一般的直流弧焊设备即可满足要求。在长输管道建设中，一般采用与纤维素焊条焊接相同的焊接电源。

　　CO2气体保护焊用焊接设备。自动焊的情况下，则还要求焊接电源的外特性曲线能够与控制系统的控制特性相协调。成焊口根部的单面焊双面成型，自动焊则用来完成从根部焊到盖面的全部焊接过程。在半自动焊的情况下，具有脉冲功能的焊接电源匹配送丝平稳的送丝机构，更容易保证全位置的焊接操作和焊缝的焊接处迅速成型。

　　5、钢管在管道合拢时的加工

　　当一个作业机组将若钢管焊接成一段管道后，就要和另一个作业机组焊成的另一段管道进行连接，俗称合拢。由于此时进行的是所谓的封闭连接，因此不能使用管端坡口整形机来加工坡口。又由于此时需要连接的长度并非是一根钢管的标准长度，因此还要对钢管进行切断并在切断钢管的同时加工出坡口。这道工序通常使用钢管火焰自动切割机。

　　以往的钢管火焰自动切割机采用的是磁性行走轮，利用磁性行走轮将钢管火焰自动切割机吸附于钢管的外表面并做周向运动对钢管进行切割，当磁性行走轮的行走偏差为０．１度时，达到了工程上所能允许的ｌｍｍ的５倍以上。天津市津康实业公司研制的大直径钢管火焰自动切割机保留了火焰切割使用方便的特点，舍弃了磁性行走轮而用带形轨道，同时该机还具有自动补偿管径误差和椭圆误差的特点，已在西气东输工程中被使用，取得了良好的效果。

　　（作者单位：辽河石油职业技术学院）

　　孙明杨 文