唐磊 王曉明

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道昆明維搶修分公司

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)鋼質(zhì)B型套筒手工焊接修復(fù)效率低、質(zhì)量不可控、焊工培訓(xùn)周期長(zhǎng)等問題，開展了山區(qū)管道B型套筒全自動(dòng)焊修復(fù)研究。分析了某山區(qū)管道B型套筒全自動(dòng)焊工藝選擇，介紹了典型山區(qū)管道B型套筒修復(fù)作業(yè)實(shí)踐，并對(duì)B型套筒全自動(dòng)焊工藝應(yīng)用提出了建議。

關(guān)鍵詞：B型套筒；全自動(dòng)焊；山區(qū)管道

鋼質(zhì)B型套筒修復(fù)作為一種油氣管道永久性修復(fù)措施，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。常規(guī)B型套筒采用手工焊接方式，存在焊接工作量大、焊接質(zhì)量受焊工技術(shù)水平影響、焊工培養(yǎng)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。全自動(dòng)焊技術(shù)具有焊接效率高、焊接質(zhì)量可控性高、焊工熟練掌握周期短等優(yōu)點(diǎn)[1]，但對(duì)焊接坡口要求高、對(duì)環(huán)境風(fēng)速濕度敏感、熱輸入量大、對(duì)磁敏感。如何將全自動(dòng)焊接技術(shù)應(yīng)用于B型套筒的焊接，本文以某山區(qū)管道B型套筒全自動(dòng)焊考慮因素及其工藝選擇的應(yīng)用為例，提出相關(guān)建議措施。

1  山區(qū)管道B型套筒全自動(dòng)焊影響因素

全自動(dòng)焊接系統(tǒng)由焊接電源、混合氣體（80%Ar+20%CO2）通過電源適配器給焊接小車供給電源和氣體，由焊絲箱直接向焊接小車供給焊絲，焊接小車在軌道上按照程序進(jìn)行焊接動(dòng)作，如圖 1所示。

圖 1 全自動(dòng)焊接系統(tǒng)示意圖

1.1  坡度的影響

山區(qū)管道對(duì)全自動(dòng)焊的最大影響是管道坡度會(huì)影響熔池。山地管道鋪設(shè)坡度較其他地區(qū)變化更大，可由0°到90°，對(duì)于焊接的影響主要是受重力影響，熔敷金屬會(huì)偏向管道位置低的地方，熔池偏離而造成融合不好，容易導(dǎo)致位置高處坡口未熔合 [2]。

1.2  坡口的影響

全自動(dòng)焊較手工焊接對(duì)坡口的適應(yīng)性不足，其適宜于機(jī)械加工口的焊接，對(duì)細(xì)小夾縫、打底焊接等不規(guī)則位置的適應(yīng)性較差。鋼質(zhì)B型套筒焊縫有橫向?qū)�接焊縫及環(huán)向角焊縫兩種。橫向?qū)�接焊縫兩個(gè)坡口面為機(jī)械加工口，較為平整，適合全自動(dòng)焊運(yùn)用，但是在橫向?qū)�接焊縫打底處、末端不規(guī)則，不適宜全自動(dòng)焊焊接。環(huán)向角焊縫的坡口面及管道外壁均較為平整，適合全自動(dòng)焊應(yīng)用，但是在完成墊層焊接后，在管道外壁及鋼質(zhì)B型套筒間，形成細(xì)小夾縫，使用全自動(dòng)焊操作較為困難，容易產(chǎn)生未焊透缺陷。

1.3  環(huán)境的影響

環(huán)境對(duì)全自動(dòng)焊的影響主要是風(fēng)、濕度和溫度。全自動(dòng)焊接是一種帶軌道的氣保護(hù)焊接方式，當(dāng)焊接空間內(nèi)風(fēng)速大于2 m/s時(shí)，容易出現(xiàn)密集氣孔。因環(huán)境濕度大，存在的水分容易造成焊縫開裂。

1.4  磁熱的影響

管道磁性、焊接熱影響全自動(dòng)焊焊接質(zhì)量。油氣長(zhǎng)輸管道經(jīng)常開展漏磁檢測(cè)，檢測(cè)完成后管道磁性較強(qiáng)。管道磁性對(duì)焊接的影響是通過對(duì)熔敷金屬磁吸磁排斥作用力從而影響熔敷效果。磁性較強(qiáng)時(shí)容易造成層間未熔合缺陷。焊接熱對(duì)焊縫質(zhì)量的影響一方面是高溫熔敷金屬遇到冰冷管道會(huì)有脆冷作用影響焊縫金屬性能，另一方面是全自動(dòng)焊輸出熱較大，焊縫和管道管壁間溫度梯度較大，焊縫組織性能區(qū)別較大，在焊趾位置容易產(chǎn)生裂紋。

2  山區(qū)管道B型套筒全自動(dòng)焊質(zhì)量控制措施

2.1  焊接工藝的選擇

由于山區(qū)管道坡度變化大，單純的2G（橫焊位）、5G（管水平固定）不能滿足山區(qū)管道的焊接要求。橫向?qū)�接焊縫采取5G（管水平固定）+6G（45°傾斜）的焊接位置。環(huán)向角焊縫采取6G（45°傾斜）的焊接位置。焊工也考慮6G（45°傾斜）氣保護(hù)自動(dòng)焊。

B型套筒焊接采用“手工焊接+全自動(dòng)焊接”模式。在橫向角焊縫的根焊、環(huán)向角焊縫的封焊位置采取手工焊接方式，其他均采用全自動(dòng)焊接，既能兼顧質(zhì)量也能提高焊接效率。同時(shí)，在橫向?qū)�接焊縫末端使用引弧板、打底位置墊設(shè)金屬墊材，既能防止在管道母材上引弧，也使橫焊縫末端焊接在引弧板上，最后割掉，進(jìn)一步保證焊接質(zhì)量。

全自動(dòng)焊接工藝采取氣保護(hù)藥芯焊接形式，保護(hù)氣采用80%Ar+20%CO2的混合氣。

2.2  環(huán)境影響的控制

環(huán)境控制指標(biāo)：溫度大于或等于5 ℃，濕度小于等于90%RH，風(fēng)速在手工焊（SMAW）時(shí)小于等于5 m/s、自動(dòng)焊（FCAW）時(shí)小于等于2 m/s。在濕度不滿足要求或者管道、鋼質(zhì)B型套筒表面有水汽時(shí)，需要用火焰或感應(yīng)加熱等方式去除水汽。全自動(dòng)焊對(duì)風(fēng)敏感，需要搭設(shè)防風(fēng)棚，也需注意防風(fēng)棚的排風(fēng)扇位置及功率不會(huì)引起強(qiáng)烈氣體對(duì)流，從而影響焊接。

2.3  磁性消除和熱控制

對(duì)于管道磁性消除，首先需要關(guān)閉管道兩側(cè)的陰保樁，然后利用消磁機(jī)進(jìn)行消磁。消磁時(shí)，先利用交流模式對(duì)管道磁性進(jìn)行消減，如仍有殘余磁場(chǎng)則使用直流方式建立對(duì)沖磁場(chǎng)。需要注意沿管道周向的不同方向不同大小的磁場(chǎng)，確保磁場(chǎng)消除到可接受范圍，避免因磁偏吹引起焊接產(chǎn)生未熔合等質(zhì)量問題。

管道的熱控制主要是預(yù)熱、層間溫度控制、焊后保溫三個(gè)方面。橫向?qū)�接焊縫預(yù)熱溫度大于等于60 ℃、環(huán)向角焊縫預(yù)熱溫度大于等于30 ℃，可采用火焰加熱、電加熱、感應(yīng)加熱的方式，在條件允許的情況下預(yù)熱溫度以大于80 ℃為宜。根據(jù)國(guó)內(nèi)專業(yè)機(jī)構(gòu)研究表明，焊縫在焊后熱保溫溫度大于600 ℃時(shí)焊接殘余應(yīng)力基本降為零，焊后保溫溫度在250 ℃到350 ℃時(shí)焊接殘余應(yīng)力降低較快，根據(jù)管道受熱后力學(xué)狀況及目前加熱設(shè)備條件，有條件的情況下建議焊后保溫溫度保持在250 ℃到350 ℃之間，保溫時(shí)間不低于1小時(shí)。

3  應(yīng)用案例

2021年6月，對(duì)某山區(qū)管道開展鋼質(zhì)B型套筒修復(fù)全自動(dòng)焊作業(yè)（圖 2）。待修復(fù)管道管徑1016 mm，材質(zhì)X80鋼，設(shè)計(jì)壓力10 MPa，壁厚為12.8/15.3 mm，管道鋪設(shè)坡度37°。鋼質(zhì)B型套筒材質(zhì)Q345R，長(zhǎng)度350 mm，厚度36 mm。依據(jù)GB/T 28055―2011《鋼質(zhì)管道封堵技術(shù)規(guī)程》計(jì)算帶壓焊接壓力在5.57 MPa以下，不需要降壓運(yùn)行。焊接時(shí)運(yùn)行壓力為4.49 MPa。

圖 2 山區(qū)管道鋼質(zhì)B型套筒修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)

焊前按照焊評(píng)使用火焰進(jìn)行預(yù)熱，溫度不低于80 ℃。焊后使用中頻加熱器進(jìn)行保溫，實(shí)際測(cè)量保溫溫度為296 ℃，保持2小時(shí)關(guān)閉中頻加熱器緩冷至室溫。橫焊縫、環(huán)焊縫根焊均采用雙保護(hù)（80%Ar+20%CO2）E91T1-M21A6-K2-H2焊絲和Φ4.0 mm、E8045-P2焊條，其中橫向?qū)�接焊縫根焊及環(huán)向角焊縫封焊采用E8045-P2焊條手工電弧焊焊接。現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相對(duì)濕度低于90%，全自動(dòng)焊焊接時(shí)，焊接位置搭設(shè)防風(fēng)棚，風(fēng)速小于2 m/s。橫向?qū)�接焊縫焊接完成后進(jìn)行磁粉、滲透、超聲波探傷，檢測(cè)結(jié)果合格。環(huán)向角焊縫焊接完成后進(jìn)行磁粉、滲透、相控陣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果合格。

4  結(jié)論

綜上所述，在山區(qū)管道鋼質(zhì)B型套筒修復(fù)作業(yè)中，利用“手工+全自動(dòng)”焊接模式，可以發(fā)揮全自動(dòng)焊的優(yōu)勢(shì)，也避免全自動(dòng)焊的不足�？刂坪附訙囟取�濕度、風(fēng)速等要素，對(duì)管道磁性、焊接預(yù)熱后熱等要素進(jìn)行消減，能發(fā)揮全自動(dòng)焊高效高質(zhì)的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李新偉，陳利新，孔德勝. 手工根焊+全自動(dòng)焊施工探索[J]. 焊接技術(shù)，2016（09）：156-157.

[2]張亮. 超大口徑管道全自動(dòng)焊缺陷產(chǎn)生原因及預(yù)防[J]. 石油技師，2019（04）：51-53.

作者簡(jiǎn)介：唐磊，1986年生，工程師，西南管道維搶修分公司技術(shù)管理科科長(zhǎng)，2013年碩士畢業(yè)于四川大學(xué)化工過程機(jī)械專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣管道維搶修方向的研究工作。聯(lián)系方式：18087118335， tanglei@pipechina.com。