试论石油管道焊接中下向焊技术的运用

试论石油管道焊接中下向焊技术的运用

白红飞

中石化中原油建工程有限公司河南457001

摘要：本文主要分析了石油管道焊接中下向焊技术的相关问题，论述了焊接方法的选用原则，并重点分析了焊接的施工工艺和质量控制的措施，供同行参考和借鉴。

关键词：石油管道；焊接技术；运用

一、前言

当前，在石油管道焊接的过程中，要采取更加有效的焊接技术，石油管道焊接中下向焊技术应用的过程中，要把握其技术要点，不断提升施工的水平和质量。

二、长输油气管道焊接方法的选用原则

长输油气管道焊接方法的选择主要依据管道的材质、直径、壁厚、输送压力、介质性质及施工现场状况等因素，进行综合分析、考虑SMAW为焊条电弧焊；FCAW-S为自保护药芯焊丝半自动焊；FCAW-S为自保护药芯焊丝自动焊；GMAW为熔化极气体保护焊；SAW为埋弧焊。焊条、焊丝采用标准均为AWS标准，AWSA5.1：E6010、E7015、E7016、E7048；AWSA5.5：E7010、E8018、E10018；AWSA5.18：ER70S-G、ER70S-3、ER70S-6、E70C-6M、E80C-Ni1；AWSA5.28：ER80S-G、ER80S-Ni、ER90S-G；AWSA5.29：E71T8-Ni1、E81T8-Ni1、E91T1-K2、E101T1-GM）。

合理可靠的管道焊接方法，对于保证焊接质量、提高管道建设效率、节省工程投资具有重要意义。通过总结工程经验，建立了长输油气管道焊接方法的一般性选用原则。

1、管道材质因素：随着管道等级的增高，焊接接头热影响区的脆化倾向性增大，根部焊道冷裂倾向及对介质的腐蚀敏感性增强，焊接接头的韧性下降。对于材质为X70以下的管线钢，多采用纤维素焊条下向焊、混合型手工下向焊，也可采用半自动焊和全自动焊。而对于X70以上的管线钢，一般选用混合型手工下向焊、半自动下向焊或全自动焊。对于输送高含硫、Cl-的石油天然气管道，若采用双相不锈钢、INCONY合金，精确控制焊接时的热输入量对焊接质量至关重要，如对于S31803双相不锈钢，铁素体含量应在40％~60％，同时需严格控制热输入量和层间温度，否则将严重影响管道的耐蚀性能。自动焊因焊接线能量可以精确控制而使其成为高强度长输油气管道焊接的首要选择。

2、管道直径和壁厚因素：对于直径小于323mm的管道，一般多采用手工焊条电弧焊；对于直径大于323mm的管道，且多层焊接时，从工程进度考虑，一般采用纤维素焊条下向焊（根焊）+药芯焊丝自保护半自动焊（填盖）的焊接方法。对于大口径、大壁厚管道，自动焊应作为优先选择，即直径大于610mm、壁厚大于8mm的长输管道，为提高焊接效率和质量，首先考虑熔化极气体保护自动焊，如西气东输二线冀宁支干线X80管线钢（管径1016×15.3mm）即采用该焊接方法，其次考虑手工电弧焊+自动焊或手工电弧焊+半自动焊混合型焊接，如西气东输二线涩宁兰输气管道工程（全长953km）[19]X70管线钢（管径660×10.3mm）采用两种先进工艺：纤维素焊条（根焊）+气体保护自动焊（填盖）和纤维素焊条下向焊（根焊）+药芯焊丝半自动焊（填盖）。小口径薄壁管则考虑采用氩弧焊打底，氩弧焊或焊条电弧焊填充、盖面的方法。

三、石油管道焊接下向焊技术施工工艺

1、焊前准备

（1）将焊接坡口两侧各50mm表面上的油污、水渍清理干净

（2）对坡口两侧各50mm范围内外壁进行打磨清理，直至金属具有光泽度。

2、焊接顺序

在进行现场施工的过程中需要按照以下顺序严格进行：

焊材验收→坡口清理→组对管口→焊口预热→下向焊根焊→清理焊渣、打磨→下向焊热焊→清理焊渣、打磨→下向焊填充→清理焊渣、打磨→下向焊盖面焊→清理焊渣、飞溅物→外观检查→无损探伤→焊接返修（如需返修时）→外观检查→无损探伤。

四、石油管道焊接下向焊技术的应用

1、全纤维素型下向焊技术

全纤维素型下向焊对焊机的具体要求包括三个方面：

（1）具有陡降外特性；

（2）在焊接电流其作用时其适量值要足够大；

（3）适当提高静特性曲线，以达到小熔滴过渡。

目前我国在石油管道建设中，尤其是一些长输管道建设以及一些水网地带，受机械半自动、自动水平以及环境因素的限制，难以进入的地区其石油运输管道的建设多采用这种全纤维素型下向焊技术。这种技术工艺的关键在于打底时要求单面焊双面形成，在仰焊位置时需要防止熔滴在重力作用下出现凹陷以及铁水粘连焊条等现象的出现，我国早期采用的下向焊技术多是这种全纤维素型下向焊技术。

2、纤维素+药芯焊丝半自动下向焊技术

纤维素+药芯半自动下向焊是指在长输管道现场焊接时，采用纤维素型焊条打底焊、热焊、填充盖面采用药芯焊丝半自动向下焊技术，这种技术主要运用与于焊接钢管材质级别较高的管道。

3、STT+药芯焊丝半自动下向焊技术

STT+药芯韩丝半自动焊是实心焊丝气体保护下向焊打底、热焊、填充、盖面采用药芯焊丝半自动向下焊技术。这种方法主要被应用于高强度钢的管道焊接。

五、管道焊接质量控制措施

1、焊接工艺控制

施工单位在正式施焊前，必须按标准要求进行完善的焊接工艺评定。各施工单位必须按公司的焊接工艺评定和焊接工艺指导书，结合现场实际焊接情况，编写现场焊接工艺卡；项目部技术员对施工班组进行书面的技术交底。每一个施焊的焊工和管工必须各存一份，同时送交项目部质量检查员。不同焊接工艺的管线分别编写。相同焊接工艺的管线可以写在一张表内，必须注明管线号。有特殊要求的焊接，不但注明管线号还应该注明焊口号。管工按焊接工艺卡预制管口，焊工按焊接工艺卡进行工序交接确认焊口，合格后才能按所给焊接参数和要求进行焊接。焊接质量检查员按焊接工艺卡进行检查，并做好焊接记录。

2、焊接设备控制

管道施工中，常用的焊接设备有钨极氩弧（TIG）焊机、逆变焊机、交流焊机、焊条烘干箱、无损检测设备等，保证设备处于完好状态是保证焊接质量的前提。电焊机的电压表、电流表是焊接计量仪表，应保证示数准确。焊工应熟悉所使用设备状况，事前应确认设备处于完好状态。操作时严格按操作规程进行，严禁超负荷使用，一旦发现设备性能不稳定应及时报修，使设备始终处于受控状态。

3、焊接材料控制

焊接材料是焊接质量保证的基本条件，焊接材料的质量和正确使用，直接影响到焊接质量和工程成本。因此应控制焊接材料的采购、验收、保管、发放及使用等几个环节。焊接材料必须要有质量证明书，化学成分及机械性能符合有关标准及设计文件要求，用于高温高压及有毒有害介质的合金材料还应做光谱分析确认，经检验不合格材料严禁入库和使用。现场应设立焊材一级库和二级库，库内的温度和湿度应进行有效控制，符合要求。入库的焊接材料应该经过质量检验合格，有材料标记号、建帐立卡，按品种、规格、分区堆放。焊条使用前应进行烘干并做好焊条烘干记录。焊条领出后必须立即放入保温桶，回收再利用的焊条，必须重新烘干，但同一焊条烘干次数不得超过两次。

4、焊接环境控制

焊接环境因素是制约焊接质量的重要因素之一。焊接环境要求要有适宜的环境温度、相对湿度、风速，才能保证所施焊的焊缝组织获得良好的外观成形与内在质量，具有符合要求的机械性能与金相组织。

5、焊接操作控制

管道的焊接施工，要求全部氩弧焊接打底电焊盖面。但在焊接过程中，焊接施工中容易发生问题的关键是承插焊口、凸台焊口、三通焊口、计量孔板焊口和管道支吊架焊接、管托焊缝质量等。因为在以往工程管线吹扫、试压时就发生过管托焊缝将管道一侧焊漏，也发生过承插焊口、凸台焊口、三通焊口焊接质量不合格，没有焊接透等现象，所以我们制定了专门的工艺管件施工和焊接主要控制点，并进行检查。

六、结束语

综上所述，随着时代的进步，石油管道焊接技术也在不断进步，石油管道焊接中下向焊技术的应用虽然提升了焊接技术水平，我们也应该积极控制其质量，保证焊接不会出现质量问题。

参考文献：

[1]焦克飞，张俊松，薛淑雅.我国高纬度高寒地区的石油管道建设[J].焊接技术，2012，41（8）.

[2]孙娟.论石油管道焊接技术与质量控制探讨[J].世界华商经济年鉴•城乡建设，2013，（6）.

[3]吴昭，张小俊，颜非非等.油气管道在线动火焊口返修焊接技术[J].油气储运，2015，29（10）.

[4]王斌峰.油田管道焊接技术存在的问题与对策[J].中国石油和化工标准与质量，2015，（z2）.