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油气长输管道的焊接技术

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油气 管道 焊接 技术
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4·专题综述·焊接技术第35卷第1期2006年2月文章编号:1002006)01英姿,王乐生(中国石油天然气管道局焊接中心,河北廊坊065000)摘要:环炸缝质道坏接技术水平直接决定了环坏缝质黄,坏接方法、炸接设备和坏接材并选择是制定坏接工艺的关健。应根据具体的实际情况选择适宜的焊接工艺,在保证坪接质低坏接成本,提高施工效率。关扭词:长输管道;焊接工艺;焊接材料;焊接设备中图分类号:1概述管道运输是石油、天然气大规模输送方式之一,其特点是经济、安全和不间断。由于管道运输的有效性,目前,它还用于输送矿浆和其他固态物质。据测算,在公路、铁路、海运、空运和管道这五大运输方式中,管道运输是最经济、简单的一种运输方式,特别是对于石油、天然气等流体、气体来说输送效率更高。目前全世界石油、以每年3%速度增加。根据测算,从现在到2010年,世界能源需求量将以每年4%的速度递增,a,天然气产量可达3 300亿m'/a,全世界将建设数百条油气长输管线,石油工业的巨大市场有利地促进了管线钢、焊接材料和焊接工艺的发展。一目前,国际先进管道运输业大都采用大口径、高压力和密闭输送技术,钢管多采用高强度管线钢。由于管道的服役环境愈加苛刻,要求耐高寒和耐腐蚀等,因此不仅要求管线钢和焊缝具有高的强度,而且还应具有良好的韧性及抗疲劳、抗断裂和耐腐蚀性能。随着管线钢级别的不断提高,管线钢在冶炼、成分、组织和性能以及使用性能4方面进行了合理兼顾,使其具备了高强度、高韧性及耐腐蚀性能。但长输管道是靠每根长约12 外施工现场环焊缝接头性能对整条管线的使用寿命起着至关重要的作用,因此影响环缝接头质量且满足野外施工的现场的管道焊接技术是极其重要的。2国内外长输油气管线常用焊接工艺随着科技的进步,长输管道的焊接技术水平也在不断提高。上世纪7080年代,我国管线的焊接主要以焊条电弧向上焊、纤维素焊条向下焊为主,因此生产效率低,且焊接质量也受到了人工技能水平的制约。上世纪80年代中期,由于电力电子技术和计算机技术的不断发展,焊接设备控制技术的收稿日期:2005管道焊接自动化新设备、新工艺的应用打下了基础,相继出现了管道半自动焊和自动焊工艺,使管道的焊接效率和焊接质量有了很大提高。局从欧美引进了管道焊条电弧向下焊工艺,并成功地将该工艺应用于陕京线、京津航空煤油管线、库都线、“西气东输”等管道焊接工程。采用该工艺的优点是:焊条的熔敷效率高;纤维素焊条根焊单面焊双面成形好;抗恶劣环境能力强;可实现流水作业,生产效率高;采用多层焊接,焊接质量高。与传统向上焊相比,该工艺在很大程度上保证了管线的焊接质量,同时提高了管线建设的速度。缺点是焊接过程中需换焊条,从而频繁引弧和熄弧,在引弧处和熄弧处易产生未焊透、未熔合等缺陷;抗风能力差,焊接时易产生气孔等。采用的工艺方案有全纤维素焊条向下焊和纤维素型焊条+低氢型焊条复合焊接工艺。前者适用于韧性要求不高的油管线或钢管强度级别不高(L 运行压力不大的气管线,后者适用于钢管强度级别较高(L 气管线或有硫化氢等腐蚀性较强介质或对韧性要求较高的管线。由于焊条电弧焊的灵活性以及对焊接设备要求不高等原因,目前管线的现场焊接,焊条电弧焊的工作量仍占30%局从美国引进了自保护半自动焊设备和工艺。经过培训,将该工艺于1995年首次在突尼斯工程中应用。在以后的库都线、涩宁兰、兰成渝和“西气东输”工程、1998年和2003年的苏丹管道工程中是主要的焊接方法。其焊接合格率按焊缝口统计,可以达到95%以上。该工艺的优点有:能连续送丝,为渣一气联合保护,抗风性能较强(8 m/易操作,焊接质量高,生产效率高等。其缺点有:不能进行根焊,目前美国2家焊材厂家生产的焊丝都不能实现根焊,原来的要采用其他焊接方法进行根焊;焊接参数选择不2006·专题综述·5当或操作不当易产生气孔、夹渣等;焊丝生产厂家少,价格高。一般与该工艺配合使用的根焊工艺包括采用纤维素焊条向下焊或工艺主要适用于管径较大(>219 油气管道,管径愈大愈能发挥半自动焊的优势。用实心焊丝,利用0世纪60年代,国外就开始在管道施工中应用自动焊技术,该技术适用于大口径、大壁厚管道。而该技术在国内大规模应用是在“西气东输”工程管道施工中。该工艺的优点:大机组流水作业,焊接质量稳定,操作简便,焊缝外观成形美观;焊工的劳动强度小;焊接施工效率比半自动焊高。缺点:对管道坡口、对口质量要求高;坡口形式要求严格;受气候的影响较大,要求风速<<2 m/s,边远地区气源运输困难;由于设备结构复杂,自动化程度高,辅助设备较多,移动较为困难;在管道施工过程中设备故障较多,设备需要配件和高技术水平的维修人员。护药芯焊丝操作工艺性能差,焊缝成形不好或韧性达不到相关标准的要求而未被采用,仅少量用于焊工培训。2004年国内生产的自保护药芯焊丝在操作工艺性能和力学性能方面已基本满足相关标准的要求,正进行推广使用。自保护药芯焊丝虽然主要是由美国研制的,但是欧美不允许应用,其原因是材料中含有氛化物,在焊接过程中析出的氛对人身健康和环保不利。从资料及交流信息中未见其他国家和地区应用,但材料供应信息说明,东南亚、中东以及南美地区有应用之处。法国的沙福、日本神钢以及美国的郝伯特和林肯等大公司都生产各种管道用实心焊丝,我国有些厂家也生产各种管道用实心焊丝。“西气东输”工程中更多地采用了)奥地利伯乐公司是世界知名的生产管道焊接用焊条的厂家,多年来致力于管道焊接用焊条的开发,在欧洲、澳洲、中东以及我国均有很大的市场。纤维素型焊条有氢型焊条有8018,用于不同强度级别管道的焊接。(2)美国林肯公司及郝伯特公司也是生产纤维素型及低氢型焊条的著名厂家,其生产的相当于6010, 8010等的焊条在国内管道施工中的应用量也占相当比例。此外,日本神钢、台湾天泰、瑞典伊萨等公司生产的管道向下焊焊条0多年来,国内也有不少焊材公司致力于管道向下焊焊条的开发和研制,但由于焊条电弧吹力小,电弧偏吹严重,焊条表面粗糙等操作工艺性能差或焊缝成形差等原因而未用于重点工程中,大多应用于焊工培训。“西气东输”工程之前,于在“西气东输”工程焊接工艺评定试验中改进后的郝伯特公司的焊丝满足要求,使气东输”工程中得到大量的应用。由于瑞典伊萨公司、管道局原龙昌焊接公司生产的自保4管道焊接用设备科学技术的发展,特别是电子工业和机械工业的发展,使管道用新型焊接设备蓬勃发展,从而推动了管道焊接设备功能的提高。600型性能稳定,更多应用于管道焊接。有可靠性高、功能全等优点,不仅可用于焊条电弧焊、且可与肯公司开发的专利产品用主要特点是:热输人可控制,易实现单面焊双面成形。其焊接过程稳定、飞溅小、焊接质量高,对焊工操作水平要求不高,培训简单,是管道全位置焊接的最佳选择,野外作业时需加防风措施。该机为轻便型逆变焊机,特别适用于焊条电弧向下焊,也可作为于林肯公司焊机本身的优良性能和国内市场开发较早,因此其在国内管道专业施工队伍中拥有量很大。 V)电源可配S 当于林肯公司的便型逆变焊机可进行焊条电弧焊及自保护药芯焊丝半自动焊。随着近几年对国内市场的开发,米勒焊机在国内管道施工中得到了较广泛的应用。量轻,能耗小,价格低,目前在石油工业中广泛应用。·专题综述·焊接技术第35卷第1期2006年2月国内许多电焊机厂家致力于管道全位置焊机的开发和研制,且已有很多焊机用于石油、石化、电力等行业中,大大促进了我国管道焊接水平的提高。)国外大直径管道施工以自动焊为主,其具代表性的管道自动焊设备当属美国套设备结构复杂且价格昂贵。(2)意大利用于法国2条管线上。据考察,应用效果较好,能保证3 了解,该设备在电源上有相应功能支持,配以合理的焊接参数,可达到焊缝内部成形良好的目的。石油系统已购置了7套该设备用于“西气东输”工程。(3)英国气东输”工程。(4)俄、乌(前苏)闪光焊设备。在上世纪70始推广应用闪光焊技术,该方法已焊接了万余千米管道。由于种种原因,上世纪90年代初一直没有应用。自1995年以后,俄罗斯又将这一方法提到日程上来,并完善了技术规程。(5)本局自行研制的涩宁兰长输管线上试用后,已成功地用于“西气东输”工程。(6)集团公司工程研究院开发、研制的要用于四川南干线天然气管道工程、港沧管线工程和“西气东输”工程。是采用内焊机,二是采用外焊机,三是是外焊内衬强制成形,五是焊条电弧焊根焊。为了提高根焊质量,从号为A 在“西气东输”工程西部试验段上进行了应用。该焊机焊接速度快,直径1 016 焊时间仅1 焊道成形美观。但由于设备结构复杂,在管道施工过程中设备故障较多。该设备价格昂贵,使管线建设成本提高。1997年,本局引进了先在苏丹双联管焊接上应用,在“西气东输”工程中也作为备用方法之一。相对其他焊接方法,道光滑、不易产生缺陷的优点,但是要求对口的质量较高,受风的影响较大。焊条电弧向下焊也可作为一种根焊工艺。由于根焊后需手工进行清根,清根后的焊道不规则,自动焊热焊、填充焊容易出现缺陷,主要是坡口未熔合。就外焊内铜衬垫强制成形根焊而言,石油天然气管道科学研究院早已研制了专用对口器,并进行了大量试验,目前未被应用的原因是不能很好地解决渗铜和不能保证背面成形质量。5结论(1)焊接工艺方法的选择,应根据实际管道的管径、壁厚、钢级、施工环境及工程成本等具体情况而定,而不应只采用自动焊,追求高效率。一般情况下,长输管道焊接应以自保护半自动焊为主,焊条电弧向下焊为辅,平坦地区宜推广应用自动焊,提高施工效率,降低成本。(2)应加快我国管道焊接材料的开发和研制。对于下向焊焊条,在配方满足要求的情况下,在制造工艺上多进行研究,提高焊条的操作工艺性能。对于自保护药芯焊丝,由于应用前景广阔,需求量很大,因此,有关部门和焊材厂商应给予足够的重视。(3)应加快我国管道焊接设备的开发和研制。对于焊条电弧焊电源,虽说国内多个焊机厂商的设备已满足管道全位置焊的要求,但与世界名牌焊机相比,在稳定性及耐用性方面还存在差距。药芯焊丝半自动焊电源、送丝机及焊枪的性能还不稳定。管道自动焊机创出了自己的品牌,同时己经在“西气东输”工程中得到成功应用,在总结经验的基础上,应广泛借鉴其他厂家自动焊机的长处,提高适用性,为焊接质量提供可靠保证。入选为《中国学术期刊(光盘版)》全文收录期刊、《中国期刊全文数据库》(文收录期刊、《中国学术期刊综合评价数据库》(计源期刊、《中国核心期刊(遴选)数据库》全文收录期刊、《中文科技期刊数据库》全文收录期刊之后,本刊于2005年入选为《中国重要会议论文全文数据库》全文收录期刊。《中国重要会议论文全文数据库》(简称《中国知识资源总库》的重要组成部分之一,遴选并全文收录我国重要会议论文,以光盘和网络等载体形式向社会提供文献检索咨询服务,并向中国科学文献计量评价研究中心及其他相关文献评价研究机构提供文献与科研成果评价数据,为国家各级学会、协会、研究会和会议主办单位提供专项信息服务。此次入编《中国重要会议论文全文数据库》进一步表明了本刊对中国学术期刊数据库建设始终如一的支持,本刊将继续加强自身建设,加大与相关单位的合作力度,努力提高期刊的核心竞争力,实现期刊的可持续发展。
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