长输管道用大口径螺旋钢管的焊接方法

 　　长输管道用大口径螺旋钢管的焊接方法：

　　一、手工焊

　　(1)焊条电弧焊 具有灵敏烦琐、顺应性强等特性，同时由于焊条工艺性能的不时改良，其熔敷效率、力学性能仍能满足当今管道建立的需求，特别时焊接补焊时应用更普遍。焊条为纤维素型焊条和低氢型焊条，其下向焊和上向焊两种办法的有机分离及纤维素焊条良好的根焊顺应性在很多场所下仍是其它焊接办法所不能替代的。

　　(2)手工钨极氩弧焊 焊接质量好，背部无焊渣，普通用来停止站场紧缩机进出口、球阀等设备，以及管径较小、壁厚较薄的工艺管道，安放式角焊缝的装置焊接。钨极氩弧焊办法请求焊前严厉停止坡口清算，焊接过程中须有防风措施。

　　二、半自动焊

　　(1)自保护药芯焊丝半自动焊 该项技术在1996年的库鄯线管道工程中初次应用于，随后在苏丹、兰成渝、涩宁兰等管道工程中推行应用。这种焊接办法操作灵敏，环境顺应才能强，焊接熔敷效率高，焊接质量好，焊工易于控制，焊接合格率高，是目前国内管道工程中重要的填充、盖面焊办法。

　　(2)CO2气体保护半自动焊 随着焊接电源特性的改良，经过控制熔滴和电弧形态，CO2气体保护焊的飞溅问题已根本处理，并开端在管道焊接中扮演重要角色，如STT型CO2逆变焊机的应用等。这种焊接办法操作灵敏，焊工易于控制，对不同的坡口顺应性强，焊接质量好，焊接效率高，焊道润滑，但焊接过程受环境风速的影响较大。STT半自动根焊请求管口组对过程中坚持对口间隙平均分歧，否则将会在后序的填充、盖面焊道中产生坡口边缘未熔合、夹渣等缺陷。

　　

 

　　三、自动焊

　　自动焊可应用于根焊和填充、盖面焊。自动根焊办法采用自动内焊机或外焊机单面焊双面成型。

　　(1)内焊机 “西气东输”管道工程中运用的自动内焊机是针对Φ1016mm管径的管道根焊焊接专机，分别为英国NOREAST公司消费的内焊机和中国石油自然气管道局PIW3640型内焊机。其特性为适用的管径范围窄，设备一次投资较大，但焊接效率十分高，Φ1016mm的钢管根焊需时约70秒钟左右。由于是在钢管内停止焊接，焊接过程中受环境风速的影响比拟小，如图1所示。

　　(2)自动外焊机单面焊双面成型根焊 单面焊双面成型根焊设备主要为意大利PWT公司的CWS.02NRT型自动外焊机，以及美国LINCOLN公司的STT电源匹配自动外焊机。自动外焊机单面焊双面成型的根焊设备处理了不用反面衬垫的单面焊双面成形根焊问题，根焊厚度达4.5mm，远高于内焊机的焊接厚度(1～1.2mm)，焊接效率高，Φ1016mm的钢管根焊需时约8分钟左右。由于采用气体维护，焊接过程对环境风速敏感，施工时应有防风棚等防风措施。

　　焊接工艺过程

　　1、焊前准备

　　1.1选管

　　因为西气东输X标使用的是DN813×9.5mm的螺旋钢管，口径相对于平时使用的钢管要大，因此更加容易出现两个钢管的周长不同，在某些方向的曲率半径不相同，这样比较容易在施工产生较大的错边量，从而直接影响整个焊口的焊接质量，所以在钢管进入现场之前建议对每根钢管两端进行周长的测量，然后对钢管的分布有个大致的规划，尽量使进行焊接的两个钢管周长之差不要超过3mm，这样能够减少错边带来的缺陷的产生。

　　1.2坡口处理

　　坡口清理对于根焊相当重要，否则容易产生内咬、内凹、气孔等缺陷，坡口清理需要取出坡口内侧及坡口两侧25mm范围内的一切污物。

　　1.3坡口打磨

　　坡口打磨技术要求：打磨坡口内侧至出现金属光泽同时又不允许伤及坡口角度。螺旋焊缝打磨技术要求：要求打磨坡口两侧10mm范围内螺旋焊缝与母材平齐，并呈30度仰角平缓过渡。关于螺旋焊道的打磨要求较高是因为未打磨的螺旋焊缝和管道焊缝构成交叉焊缝造成三维应力及缺口效应，易造成裂纹，而且未打磨的螺旋焊缝与母材夹角处往往有铁锈，盖面时候容易产生气孔。另外对于焊接借口的螺旋钢管的螺旋焊缝应该至少离开100mm，避免应力集中，产生缺陷。

　　1.4坡口制备

　　在坡口制备工程中，要特别注意坡口的角度和钝边，过大或过小都降影响焊口质量，过大的钝边一般会出现未焊透，过小的钝边容易产生烧穿，都会影响到根焊的质量。所以应该严格按照工艺要求，一般选择在1.5~2.0mm之间。

　　2、根焊

　　对于长输管道用大口径螺旋钢管采用下向焊的目的是采用大的焊接规范和相对少的焊接材料消耗从而达到提高工效、节约成本，而很多焊工依然采用的习惯的管道全位置向上焊的大间隙、小钝边的对口参数用作管道下向焊技术，既是不科学的，同时也是不经济的。这样的对口参数，不仅增加了焊材的无谓消耗，而且随焊材消耗的增加，同时也增加了焊接缺陷产生的概率。而且根部缺陷的返修较填充盖面中产生的缺陷要为困难，所以根焊的对口参数选择相当重要，一般间隙在1.2-1.6mm之间，钝边在1.5-2.0mm之间。

　　在进行根焊时，焊条要求和管道轴线成90度夹角，并指向轴心，正确的焊条姿势是保证根焊背面成形的关键，特别是在保证根焊焊道位于焊缝中心和消除内咬及单边未焊透上，当调整焊条纵向夹角可以改变焊条穿透能力，由于一般不能获得完全一致的坡口间隙和钝边，所以要求焊工必须通过焊条纵向夹角的调节以调整电弧的穿透力，以适应接头坡口和焊接位置。焊条应保持在接头的中心，除非发生电弧偏吹。焊工可以通过调整焊条与管道轴线夹角角度及保持短弧可以消除电弧偏吹，否则电弧吹向的单边坡口内侧将发生内咬，另一侧发生未焊透。

　　对于焊道熔池的控制，为获得一个内部成形良好的根焊焊道，在根焊过程中始终保持一个小的，可见的熔池是关键，如果熔池变得过大，马上会导致内咬或烧穿。通常，熔池的尺寸3.2mm长最为理想，一旦发现熔池的尺寸发生微小变化，则马上应通过调整焊条夹角，电流等措施，使合适的熔池尺寸得以保持。

　　根焊清根是保证根焊在整个焊缝中质量的关键，根焊清根的要点是清楚凸行焊道和车轨线，如果清根过度，会造成根焊太薄，热焊时容易发生烧穿，清的不够，则易产生夹渣和气孔。清根要用4.0mm厚的碟形砂轮片。我们的焊工通常喜欢用1.5或2.0mm返修切割片作为焊接清渣工具，但是1.5或2.0mm切割片往往易产生深槽，在随后的焊接过程中产生不完全熔合或夹渣，从而造成返修，同时1.5或2.0mm切割片的清渣损耗和清渣效率都不如4.0mm厚的碟形砂轮片。对于清除要求使车轨线清除，并使鱼背修成接近平或微凹。

　　3、热焊

　　在根焊清根保证质量的前提下，方能进行热焊，通常热焊与根焊之间的间隙时间不能长于5min。半自动保护焊通常采用后拖角为5度-15度，并且焊丝和管理轴线成90度夹角。热焊道原则是不作或作小副横向摆动，在保证电弧位于熔池前端条件下，带着熔池下行，在4点钟到6点钟;8点钟到6点钟位置应该进行适当的横向摆动以避免在仰焊部位产生过凸的焊道。

　　对于起弧、收弧气孔的清除，可以在起弧处稍做停顿，便于气体浮出熔池，或者采用搭接起弧、收弧是解决起弧、收弧气孔的最有效方法;焊道完成后用4.0mm厚的碟形砂轮片去除凸形焊道。

　　热焊过程中如果发生根焊烧穿，则不得采用半自动保护焊进行修补，否则会在修补焊道中出现密集气孔。正确的工艺是发现烧穿时立即停止进行半自动保护焊，对根焊烧穿处特别是烧穿处的两端进行修磨成缓坡过渡，按根焊工艺要求用手工纤维素焊条对烧穿处进行补焊，等补焊处焊缝温度降到100度～120度时再按正常热焊道半自动保护焊工艺继续进行焊接。

　　热焊道工艺参数的选用原则是以对根焊道不产生烧穿为原则，尽可能采用高的的送丝速度和与送丝速度相匹配的焊接电压，其优点是：可以获得高的焊接速度，高的送丝速度可以获得大的熔深，大的电弧电压可以获得宽的熔池，这样可以使根焊道清渣后残留的渣，特别是根焊道车辙线内隐藏的渣熔出，浮到熔池的表面，而且可以获得凹型焊道，减轻热焊道清渣劳动强度。

　　热焊道清渣原则上要求钢丝轮进行清渣，对于局部去除不了的渣要求砂轮去除。局部凸型焊道要求用4.0mm厚的碟形砂轮片打磨，去除凸出部分(主要发生在5：30-6：30点钟位置)，否则易产生柱状气孔。不允许在焊道上有焊渣，因为焊渣的存在将影响填充焊电弧导电性，造成瞬间断弧，形成局部密集气孔。

　　4、填充焊

　　在保证热焊道焊接质量的前提下，才能进行填充焊道，填充焊的焊接要求基本上和热焊相同，送丝速度稍大于热焊，电压稍高于热焊。在填充焊道完成后，要求2点-4点，8点-10点填充焊基本和母材表面平齐，所留坡口余量最大不得超过1.5mm，以保证盖面焊时，立焊位置不会出现气孔或者低于母材，必要时要求填充焊增加一道立填焊。立填焊只在填充焊道在2-4点钟、10-8点钟之间当填充焊完成后，在上述位置其填充表面距坡口表面相差较多，如直接盖面，完成焊道后，在上述位置会出现焊缝表面低于母材表面时才增加一道立填焊。立填焊必须起弧后一次完成，不得在焊接过程中断弧，因为在这一位置的焊接接头很容易出现接头密集气孔。立填焊通常不作横向摆动，带着熔池下行，可以在立焊位置获得微凸或平的填充焊道表面，这样可以避免盖面焊缝表面出现凹形和焊道中心低于母材。立填焊的焊接工艺参数选用原则是相对高的焊接送丝速度，相对低的焊接电压，这样可以避免出现气孔。

　　5、盖面焊

　　在保证填充焊接质量的前提下，才能进行盖面焊接。由于半自动保护焊的高熔敷效率，盖面焊时要特别注意焊接工艺参数的选用。而工艺参数选用的关键是送丝速度、电压、后拖角、干伸长和焊接速度。为避免产生气孔，应选用较高的送丝速度，较低的电压(电压较正常的和送丝速度匹配的电压低一伏左右)，较长的干伸长，对于焊接速度以保证焊接电弧始终位于焊接熔池的前方为原则。在5点-6点，7点-6点，可增大干伸长改焊为推焊，这样可以获得较薄的焊道层，以避免在焊道的仰焊部位余高超高。为消除盖面焊在仰爬坡部位和立焊部位产生接头气孔，在立焊部位通常必须一次焊完，在2点钟-4点半钟，10点钟-8点半钟严禁产生焊接接头，以免气孔的产生。为避免产生仰爬坡部位接头气孔，采用先焊4点半钟--6点钟，8点半钟-6点钟之间焊缝，然后再焊12点钟-4点半钟，12点钟-8点半钟之间的焊缝，可以有效避免仰爬坡部位接头气孔的产生。盖面焊的焊接工艺参数基本上和热焊相同，只是需要送丝速度稍大一些。

　　6、半自动保护焊焊接缺陷的控制

　　半自动保护焊的操作的关键是应势利导，焊接过程中始终保持焊接电弧位于焊接熔池的前方和薄层快速多道焊是所有焊接缺陷克服的关键，切忌硬性获得大的单层焊道厚度，并要注意焊接过程的稳定，焊接质量主要是与送丝速度，焊接电压，干伸长度，后拖角度，焊接行走速度这五大焊接工艺参数有关，改变任何一个，其余四个参数都要做相应的调整。