长输天然气管道焊接方法综述.pdf

2 0 1 0焦 第 6期 麓 技 木 P i p e l i n e Te c h n i q u e 5 设 备 a n d Eq u i p me n t 2 0l 0 No ． 6 长输天然气管道焊接方法综述 陈 杨 ， 杨 兴 中煤 国际工程集 团重庆设计研究 院， 重庆4 0 0 0 1 6 摘要 焊接是长输天然气管道 工程 中的重要环节， 焊接质量关系着管道 的使 用可靠性和运行安全 性。分析 了国内长输天然气管道工程 中常用焊接方法的特点， 并考虑到长输天然气管道材质、 规格及 焊接施工现场状况等因素， 总结了各 自适合的焊接方法。 关键词 长输天然气管道 ； 焊接 ； 方法； 选择 中图分类号 T G 4 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 0 0 6 0 0 3 7 0 3 De pi c t i o n o f t he Lo n g- d i s t a n c e Na t u r a l Ga s Pi pe l i n e W e l d i ng M e t h o d CHEN Ya n g， YANG Xi n g S i n o C o a l I n t e r n a t i o n al E n g i n e e r i n g G r o u p C h o n g q i n g D e s i g nR e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 1 6 ， C h i n a Ab s t r a c t We l d i n g i s a n i m p o r t a n t e l e m e n t o f t h e l o n g d i s t a n c e n a t u r a l g a s p i p e l i n e p r o j e c t ． We l d i n g q u a l i t y a ff e c t t h e r e l i a b i l i t y a n d o p e r a t i o n a l s a f e t y o f t h e p i p e l i n e ． Th i s p a p e r a n aly z e s t h e f e a t u r e s o f t h e we l d i n g me t h o d s c o mmo n l y u s e d i n l o n g d i s - t a n c e n a t u r al g a s p i p e l i n e p r o j e c t s ， a n d b y c o n s i d e ri n g t h e c t o m o f p i p e l i n e ’ S m a t e ri a l ， s p e c i fi c a t i o n a n d s t a t u s i n w e l d i n g c o n - s t r u c t i o n s i t e ， i t s u mms u p e a c h s u i t a b l e w e l d i n g me t h o d ． Ke y wo r d s l o n g - d i s t a n c e n a t u r a l g a s p i p e l i n e ；w e l d i n g ；me t h o d；c h o i c e 0引言 焊接是长输天然气管道施工 中最重要工序之一 ， 焊接质量直 接关 系着 管道 的运行 安全及 使用寿命 。 根据管道的材质 、 直径 、 壁厚及施工地点 的地形 、 气候 特征等因素选择合理 的焊接方法是 管道焊接质量最 根本 的保障， 同时也是提高工程效率 、 节省工程投资 的有效途径。 1 长输天然气管道常用焊接方法及特点 1 ． 1 手工焊条下向焊 手工焊条下向焊 自2 0世纪 6 0年代运用到国内长 输管道工程 以来 ， 经过几 十年的发展 ， 目前 已经 比较 成熟， 广泛应用于长输天然气管道的焊接。 手工焊条下向焊是从管道顶部 中心引弧 ， 自上而 下一直到管道底部 中心进行的全位置焊接。手工 焊 条下向焊与传统 的上 向焊相 比， 具有焊接速度快 、 焊 缝成形美观 、 焊缝 质量好 、 打底焊时可以单面焊双面 成形、 节 省焊接材料、 降低工人 的劳 动强度等 优 点⋯。 手工焊条下向焊需采用下向焊专用焊条， 根据所 用焊条的不同， 手工焊条下向焊又可以分为全纤维素 手工下向焊、 混合型手工下向焊。 收稿 日期 2 0 0 91 1 2 8 收修 改稿 日期 2 0 1 0 0 60 4 1 ． 1 ． 1 全 纤维素 手工 下 向焊 全纤维素手工下 向焊是指在长输管道现场组焊 时， 根焊、 热焊、 填充焊 、 盖面焊 均采用纤维素 型焊条 的手工下向焊接 方式。其工艺 的关键在于根焊时要 求单面焊双面成 形。全纤维素手工下 向焊是长输天 然气管道中普遍采用的一种焊接方法 ， 主要应用于材 质等级较低的薄壁大 口径管道的焊接。 1 ． 1 ． 2混合 型手 工下 向焊 混合型手工下 向焊是 指在长输管道的现场组焊 时 ， 采用纤 维素型焊条 根焊 、 热焊 ， 低 氢型焊条 填充 焊 ， 盖面焊的手工下向焊接方式 。主要用于材质等级 较高、 对焊接接头韧性要求较高 、 输送介质硫含量较 高及需要在寒冷环境中运行的管道的焊接。 1 ． 2 手工钨极氩弧焊 手工钨极氩弧焊又称手工钨极惰性气体保护焊 ， 它是使用纯钨或活化钨电极 ， 以惰性气体一氩气作为 保护气体 的气体保 护焊方法 。手工钨极氩弧焊具有 焊接质量好、 焊缝金属纯度高、 焊缝根部耐腐蚀性能 好及焊件变形小等优点。但是， 手工钨极氩弧焊的成 本较高， 要求焊前严格进行坡 口清理， 同时对焊接环 境的要求也很高。由于钨极的载流能力有限， 焊缝熔 深浅 ， 仅适合于壁厚较薄的管道。 3 8 P i p e l i n e Te c h n i q u e a n d Eq u i p me n t NO V ． 2 01 0 1 ． 3 半 自动下向焊 随着焊接技术的不断发展 ， 半 自动下 向焊工艺 自 2 0世纪 9 O年代逐渐应用到国内长输天然气管道工程 中。半 自动下向焊是指焊接 电弧电压和送丝速度 由 送丝机控制 ， 焊接 电流 由焊机 自动调节， 焊接速度和 焊丝伸出长度 由焊工手动控制的一种半 自动化 的焊 接方式 J 。半 自动下 向焊方法主要分为药芯焊丝 自 保护半 自动下 向焊和活性气体保护半 自动下 向焊两 种。药芯焊丝 自保护半 自动下 向焊在工程 中应用较 多 ， 着重介绍这种焊接方法。 药芯焊丝 自保护半 自动下 向焊是靠药芯高温分 解释放 出的大量气体对 电弧和熔池进行保护 ， 同时有 少量熔渣对熔池和凝 固焊缝金属进行保护的一种高 效优质的焊接方法。 药芯焊丝 自保护半 自动下向焊 中的药芯焊丝把 断续的焊接过程变为了连续 的生产方式 ， 减少 了焊接 接头数量 ， 提高了焊缝质量和劳动生产率。药芯焊丝 自保护半 自动下向焊工艺具有性能优 良、 电弧稳定 、 成形美观、 效率高、 综合成本低等优点。另外， 药芯焊 丝 自保护半 自动下 向焊对焊接环境要求较低 ， 一般在 风速小于 8 m ／ s 、 湿度小于 9 0 ％、 温度大于5 c C的环境 下 ， 焊接作业可不采取防护措施 J ， 尤其适合野外作 业 。 1 ． 4 自动焊 随着长输天然气管道建设用钢管材质等级的提 高以及管径、 壁厚的增大， 自动焊在长输天然气管道 焊接施工中不断被推广应用 。 自动焊是借助于设备进行焊接 ， 设备负责焊接全 过程， 焊接操作工只起引导作用的一种全 自动焊接方 式。该焊接方法可实现全位置多机头同时工作， 打底 焊可从管道 内部焊 ， 也可从管道外部焊。自动焊焊接 工艺相对简单 且便于控制， 具有焊接质量高、 焊缝成 型美观 、 焊接速度快等优 点。而另一方 面， 自动焊对 焊接设备的科技含量 、 焊接环境、 管 口组对 、 坡 口加工 的精度均有较高要求。 目前 ， 长输天然气管道焊接施 工现场中运用 比较广泛的 自动焊方法主要有实芯焊 丝气体保护自动焊和药芯焊丝自 动焊。 2 长输天然气管道焊接施工现场状况 1 复杂多变的地形地貌 。长输天然气管道一般 具有距离长 、 跨度大等特点 ， 沿线可能会遇到戈壁 、 沙 漠、 高原 、 山区、 丘陵 、 平原、 水 网等多种地形。地形地 貌对管道焊接有直接影响， 这就需要在不同地区有针 对性地选择不 同的焊接方法来满足工程的需要 。 2 多样化的气候环境。长输天然气管道工程的 施工地 点多 在野外 ， 直 接受 当地 自然环境 的影 响。 风、 雨 、 雪、 温度、 湿度等多样化的气候环境因素 ， 对焊 接方法及相应 的防护措施都有不同的要求 ， 应采取相 应对策， 以确保焊接质量。 3 多元化的人文环境 J 。长输天然气管道一般 都经过较多的地域 ， 不同地域间的人文环境也有着差 异。由于人文环境的多元化 ， 施工 中可能会遇到外界 干扰 ， 给现场焊接作业带来 了困难 。 4 流动性的施工现场 。长输天然气管道施工 中 的作业点随着施工进度而不断迁移 ， 使得焊接作业也 处于流动的状态 ， 这就相应地增加了施工难度 。 5 较低程度的机械化作业。长输天然气管道施 工中， 由于施工场地等因素 的限制， 使得机械化 的焊 接方法在现场适应性较差 ， 因此焊接作业 的机械化程 度较低 ， 这也制约着长输天然气管道的焊接施工。 3 长输天然气管道焊接方法的选择 长输天然气管道焊接方法的选择是本着保证焊 接质量、 提高焊接效率 、 节省工程投资的原则， 根据长 输天然气管道的材质 、 直径 、 壁厚及其施工现场状况 等因素选择一种合理可靠的焊接方法。 1 考虑到长输天然气管道材质因素， 材质等级 为 X 7 0 L 4 8 5 以下的管道多采用全纤维素手工下 向 焊， 而材质等级较高的管道一般选用混合型手工下向 焊 、 半 自动下向焊或 自动焊。 2 长输天然气管道的直径直接影响着焊接方法 的选择。一般 ， 直径小于 6 0 0 mm的管道 ， 多采用手工 焊条下向焊； 直径大于 6 0 0 m m的管道， 从施工进度上 考虑可采用半 自动下向焊或 自动焊 。 3 长输天然气管道的壁厚也是影响焊接方法的 重要因素。当前 ， 大 口径已成为长输天然气管道的发 展趋势， 大 口径管道的壁厚也相应增大 ， 需采用多层 焊接 ， 一般采用混合型手工下向焊或半 自动下 向焊 ， 目前应用较广的是纤维素焊条下 向焊打底加药芯焊 丝 自保护半 自动下向焊填充盖面的焊接方法。 4 在不 同地形特征的施工现场所选择的焊接方 法也是有差异的。在山区、 水网等地形条件比较恶劣 的地区， 由于场地的限制 ， 自动、 半 自动焊接设备无法 进场， 一般采用手工焊条 下向焊 ； 在平原等场地条件 较好的地区， 比较适合采用半 自动下 向焊或 自动焊。 5 风 、 湿度等气候环境同样对焊接方法 的选择 第 6期 陈杨等 长输天然气管道焊接方法综述 3 9 有着影响。在一些风力较大 、 自然气候条件 较恶劣 的 地区， 药芯焊丝 自保护半 自动下 向焊 因具有很好 的抗 风性能而被广泛使用。而在 长输 天然气 管道输气站 场等施工现场， 由于场地相对密闭， 受风速等 自然条 件的影响较小 ， 具备 良好的焊接环境 ； 同时站 内管道 一 般径小壁薄， 多采用手工钨极氩弧焊打底加手工焊 条下向焊填充盖面的焊接方法。 4 结束语 阐述 了国内长输天然气管道常用 的焊接方法 、 特 点及焊接施工 现场状况 ， 并 针对长 输天然 气管道 材 质 、 规格及焊接环境等特点总结了相应 的焊接方法 ， 为长输天然气管道工程 中选择合理 的焊接 方法提供 了参考 。 参考 文献 [ 1 ] 王明生． 天然气管道的焊接工艺技术． 上海煤气 ， 2 0 0 3 2 1 1 1 2 ． [ 2 ] 王辉 ， 王学军． 涩 一宁 一兰管道工程中的焊条电弧焊和药 芯焊丝半 自动焊} 昆合焊接工艺． 焊接， 2 0 0 3 3 3 2 3 4 ． [ 3 ] G B 5 0 3 6 9 --2 0 0 6 油气长输管道工程施工及验收规范． [ 4 ] 高泽涛． 长输管道焊接技术及发展前景． 石油规划设计 ， 2 0 0 2 ， 1 3 6 1 0 61 0 9 ． [ 5 ] 陈学武． 长输管道焊接方法及其选择． 油气储运 ， 2 0 0 0， 1 9 7 2 83 1 ． 作者简介 陈杨 1 9 8 5 一 ， 助理工程师 ， 主要从事天然气管道方 面的设计研 究工作。 上接第 2 5页 本质的物理量。在检测缺陷时， 磁场不过零点并不意 味着此处不存在缺陷 ， 而是可能 由于应力集 中系数过 小所导致的。 在拉伸试 验 的弹性 阶段 ， 试件 受到 外应力 作用 时 ， 存在着 由外应力作用而产生 的磁弹性应力能 ， 为 了使磁弹性能具有最小值且磁 畴处于稳定状态 ， 张应 力使磁畴中 自发磁化强 度的方 向取平行或反平行 于 应力 的方 向， 磁畴组织发生着剧烈 的变化 ， 因而在 弹 性阶段磁场变化剧烈。 当试件发生塑性变形并且产生明显颈缩时 ， 由于 位错 的萌生、 运动和滑移带 的形成 ， 严重 阻碍 了畴壁 的运动 ， 使得磁化强度趋于稳定状态 ， 磁场强度幅值 分布在较稳定 的范 围内。 参考文献 [ 1 ] D O U B O V A A， K O L O K O L N I K O V S ．R e v i e w o f w e l d i n g p r o b l e ms a nd a l l i e d p r o c e s s e s a n d t he i r s o l u t i o n u s i n g t h e me t a l ma g n e t i c me mo r y e f f e c t ． W e l d i n g i n t h e W o r l d， 2 0 0 5， 4 9 9 3 0 6 3 1 3 ． [ 2 ] D O U B O V A A ． T h e m e t h o d o f m e t a l m a g n e t i c m e m o ry T h e n e w t r e n d i n e n g i n e e r i n g d i a gn o s t i c s ． W e l d i n g i n t h e W o r l d， 2 0 0 5 ， 4 9 9 3 1 4 3 1 9 ． [ 3 ] S T A N K O V I C ， A L I E V A， B A S T I A A N S ． T i m e f r e q u e n c y s i g n a l a n a l y s i s b a s e d o n t h e w i n d o we d f r a c t i o n a l F o u r i e r t r a n s t o r m． S i gna l P r o c e s s i n g ， 2 0 0 3 ， 8 3 1 1 2 4 5 9 2 4 6 8 ． [ 4 ] 陈玉玲， 葛森， 吴森． 应力集中引起的金属磁记忆现象的 研究． 中国矿业大学学报， 2 0 0 4 ， 3 3 5 5 9 2 5 9 5 ． 作者简介 梁作舟 1 9 5 5 一 ， 副教授 ， 主要研究方向为无损检 测 。 上接 第2 8页 速 1 3 r ／ m i n 、 1 9 r ／ mi n 和 2 6 r ／ m i n下 ， 流体平均停留时 间均大于l 8 0 0 S ， 反应器长度加长 1倍 即达到 3 1T I 后 可使停 留时间达到 1 h以上 ， 可满足大部分混合反应 体系对较长停留时间的需要。 参考文献 [ 1 ] 倪玲英， 宋爱军 ， 李成华， 等． 聚合物母液管道熟化可行性 室内实验． 管道技术与设备 ， 2 0 0 8 3 6 1 6 3 ． [ 2 ] 熊小琴， 敬加强， 敬灵机， 等． B Z 2 51 沙河街原油掺水乳 化的影响因素研究． 管道技术与设备 ， 2 0 0 7 3 1 3 ． [ 3 ] 李长俊， 杨宇， 廖晓蓉， 等． 长距离输气管道工程混合变量 优化设计研究． 管道技术与设备 ， 2 0 0 1 3 1 4 ． [ 4 ] 姬宜朋 ， 张沛， 王丽． K e n i c s 静态混合器的应用及研究进 展． 塑料科技， 2 0 0 5 2 3 8 4 1 ． [ 5 ] 杨永顺 ， 曹卫东， 李英勇， 等． 橡胶沥青制备工艺及其性能 的研究． 山东大学学报 工学版 ， 2 0 0 8 ， 3 8 5 1 O一1 3 ． [ 6 ] 孙大权， 徐晓亮， 吕伟民． 橡胶沥青生产工艺关键技术参 数 的研究 ． 长沙交通学 院学报 ， 2 0 0 8 ， 2 4 3 3 33 7 ． [ 7 ] 罗时柳， 白晓瑾． 橡胶沥青路面的特点的应用． 市政设施 管理 ， 2 0 0 9 3 68 ． [ 8 ] 曹晓畅， 张廷安， 赵秋月 ， 等． 管式搅拌反应器停留时间分 布的数值模拟． 过程工程学报， 2 0 0 8 8 9 4 9 7 ． [ 9 ] 栗广奉， 李广赞， 王嘉骏， 等． 卧式双轴 自清洁反应器黏性 体系停留时间分布． 化学工程， 2 0 0 5 ， 3 3 4 2 2 2 5 ． [ 1 0 ] 王炉钢 ， 冯连芳， 许忠斌 ， 等． 挤出过程物料停留时间分 布的在线测量和模型． 合成橡胶工业， 2 0 0 5 ， 2 8 3 1 7 0 1 73． [ 1 1 ] 宋文绪 ， 杨帆． 传感器与检测技术． 北京 高等教育出版 社 ， 2 0 0 4 ． 作者简介 钟 菊花 1 9 6 2 一 ， 副教授 ， 从 事物理 实验教学及有关 科研工作 。