高压、超高压天然气管道焊接技术发展趋势

摘要 介绍高压、超高压天然气管道的半自动气体保护焊及全自动气体保护焊关键词：高压、超高压天然气管道、半自动气体保护焊、全自动气体保护焊一、前言随着石油天然气及石油化工工业的发展，以西气东输工程为标志，我国的长输管道建设高峰期已经到来。长输油气管道越来越向大口径、高压力输送方向发展。长输管道下向焊技术自20世纪60年代引进我国以来，经过几十年的发展，目前已具有成熟的手工下向焊技术，正在普及半自动气体保护焊技术。全自动气体保护焊技术与下向焊技术的结合作为高压管道焊接技术的发展趋势，将会在全国长输管道建设中大力推广。由于在 “西气东输”上海Ⅰ-Ⅵ标段工程中已经成功应用了手工下向焊技术及自保护药芯焊丝半自动焊的焊接工艺，已有较为完善的施工作业规范，因此本文不再赘述。而对于STT技术半自动气体保护焊及全自动气体保护焊在上海地区的燃气管道中并未进行工程实践或焊接试验，因此本文对这两种焊接工艺进行具体论述，为上海地区承接今后的高压燃气管道工程提供技术参考。二、 STT技术CO2气体保护半自动下向焊技术STT型CO2半自动焊是以STT焊接技术进行管道的根焊，根焊的保护气体采用的是CO2。采用药芯焊丝（如林肯的NR207）进行自动送丝的手工焊接的焊接工艺。STT是“Surface Tension Transfer”的英文缩写，即表面张力过度的意思，是一种焊接熔敷金属过渡机理。（采用这种工艺的填充盖面焊与我公司采用的半自动焊的填充盖面技术雷同，本文不再展开，所描述的主要为STT根焊技术。）
1工艺特点：在压力管道的焊接中STT焊是一种廉价、高效的焊接方法。传统的CO2气保护焊不能从根本上解决焊接飞溅大、焊缝成形不理想的问题。而采用波形控制技术的STT型CO2半自动焊机，保证了焊接过程稳定，焊缝成形美观，干伸长变化影响小，显著降低了飞溅，减轻了焊工劳动强度。2工艺原理：由于STT技术的熔滴过渡是依靠液态金属的表面张力来实现的，有其自身特别的采用动态控制的一种焊接方法。因此在焊道上产生的熔池很小且很集中以其优异的性能拓宽了CO2半自动焊在长输管道施工中的应用领域。3工程实例：中国石油天然气管道局曾在苏丹Muglad石油开发项目首次使用了STT型CO2半自动下向焊技术进行管道打底焊接，中原石油勘探局建筑集团公司正在施工的陕京管线复线京-石管线工程使用了STT型半自动下向焊技术。4焊接参数见表1。表1 STT型CO2半自动下向焊焊接工艺参数实例 焊道名称 焊材 极性 电弧电压U/V 峰值电流I峰/A 基值电流
I基/A 焊丝伸出长度
L/mm 气体流量
Q/L·min-1 焊接速度
V1/cm·min-1 送丝速度
V2/cm·min-1 打底焊 JM-60 DC 18~20 380~420 60~80 18~20 10~15 15~20 3.30 填充焊 NR207 DC 18~22 190~250 18~20 20~30 2.03~2.54 盖面焊 NR207 DC 18~22 190~250 18~20 15~20 2.03~2.23 5焊接设备:目前，根据笔者了解，STT焊接设备目前仅有林肯公司一家。三、 全自动气体保护下向焊技术全自动气体保护焊是采用全自动焊机和保护气体进行管道焊接的一种焊接工艺，一般采用氩气或CO2为保护气体。
1工艺特点：由于熔化极气体保护焊时焊接区的保护简单，焊接区域易于观察，生产效率高，焊接工艺相对简单，便于控制，容易实现全位置焊接。但其对管道坡口、对口质量要求高，即要求管子全周对口均匀；对坡口型式要求严格，当管壁壁厚较厚时，确定工艺时采用复合型或Ｕ型坡口，不能仅考虑减少工作量，更重要的是要考虑到坡口对焊接质量的保证，小角度V型坡口虽然简化了施工程序，但从保证质量角度分析，复合型坡L或U型坡口更优；此外是受外界气候的影响较大，这也是气体保护焊的普遍问题；而气源问题在东部地区如上海周边则较容易解决。2．工艺原理：管道全自动气体保护焊技术使用可熔化的焊丝与被焊金属之间的电弧为热源来熔化焊丝和钢管，在焊接时间向焊接区域输送保护气体以隔离空气的有害作用，通过连续送丝完成焊接。该工艺可实现全位置多机头同时工作，打底焊可从管内部焊接，也可以管外部焊接，焊接工艺参数的调节一般在控制台或控制面板上。3工程实例：郑州-义马煤气管道工程（东段）钢管材质为16Mn，直径426mm，焊丝为H08Mn2SiA,焊丝直径1.0mm。在“西气东输”工程中，全自动气保护焊也得到大范围的应用。4 焊接参数：应当注意的是，因每条焊道焊接参数不同，整个焊缝的焊接参数应根据管材规格及现场条件，通过焊接试验合格后方可应用于生产。表2为采用药芯焊丝＋气保护焊的全自动焊的参数实例 焊道 焊接电流
I/A 电弧电压
U/V 焊接速度
V/cm·min-1 气体流量
Q/ml·min-1 打底焊 190－210 20~24 25~30 20~25 填充焊 190－210 20~24 30~40 20~25 盖面焊 170~180 21~23 22~30 20~25 5焊接设备：有英国的NOREAST全自动焊机、加拿大RMS自动外焊机、PIPELINER全自动焊机。6综合分析：在半自动气体保护焊或全自动焊接中，根焊依然是关键的工序。在在高压燃气管道施工中半自动气体保护焊中采用STT根焊+手工焊填充、盖面。在高压燃气管道施工中可采用的全自动焊接技术有：外焊、内焊、STT技术根焊以及外焊内铜衬垫根焊强制成型加外自动焊。全自动焊的热焊可采用药芯焊丝＋气保护焊、实芯焊丝＋气保护焊、熔化极氩弧焊等工艺。根据以上分析和各种焊接方法的应用情况，在一般情况下，长输管道焊接应以自保护半自动焊为主，像西气东输这样的管道工程，由于上海地区这样的平坦地段宜推广应用自动焊，手工传统焊接方法及手工下向焊接方法为辅。四、 总结：管道采用STT气保护根焊＋自保护药芯焊丝半自动焊以及全自动气体保护焊技术以其焊接质量高，焊接速度快等优点，在国外已经普及，而在国内则处于推广阶段。在平坦地区以及作业环境比较好的条件下具有广阔的应用前景，我公司应加强对于这两种焊接工艺的调研和试验，为公司在高压、超高压管道施工作好充分的技术装备，以迎接天然气市场发展所带来的巨大市场。参考文献：[1]《开发中国的天然气市场》地质出版社[2]《城镇高压、超高压天然气管道工程技术规程》DGJ08-102-2003[3]《焊接技术》第31卷第6期《“西气东输”焊接STT根焊工艺》[4]API1104-99Welding of Pipelines& felated facilities