长输天然气管道焊接方法综述

２０１０焦　麓　技　木　５　设　备　２０ｌ０　Ｎｏ．６　第６期　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　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４０００１６）　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：ＴＧ４４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—９６１４（２０１０）０６—００３７—０３　Ｄｅｐｉｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｌｏｎｇ－ｄｉｓｔａｎｃｅ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｇａｓ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　Ｗｅｌｄｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　ＣＨＥＮ　Ｙａｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｘｉｎｇ　（Ｓｉｎｏ・Ｃｏａｌ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００１６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅｌｄｉｎｇ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏｎｇ—ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｎａｔｕｒａｌ　ｇａｓ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｗｅｌｄｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｒｅｌｉａ—　ｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｃｏｍｍｏｎｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｌｏｎｇ・ｄｉｓ－　ｔａｎｃｅ　ｎａｔｕｒｌａ　ｇａｓ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ａｎｄ　ｂｙ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ￣ｃｔｏｍ　ｏｆ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ’Ｓ　ｍａｔｅｒｉａｌ，ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｔａｔｕｓ　ｉｎ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｃｏｎ－　ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓｉｔｅ，ｉｔ　ｓｕｍｍｓ　ｕｐ　ｅａｃｈ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｏｎｇ－ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｎａｔｕｒａｌ　ｇａｓ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｗｅｌｄｉｎｇ；ｍｅｔｈｏｄ；ｃｈｏｉｃｅ　０引言　１．１．１　全纤维素手工下向焊　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　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　手工焊条下向焊自２０世纪６０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　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　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　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，　成形、节省焊接材料、降低工人的劳动强度等优　点…。　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　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：２００９—１１—２８　收修改稿日期：２０１０—０６—０４　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。　３８　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ＮＯＶ．２０１０　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　２０世纪９Ｏ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９０％、温度大于５　ｃＣ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Ｘ７０（Ｌ４８５）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６００　ｍｍ的管道，多采用手工　焊条下向焊；直径大于６００　ｍｍ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　３９　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　了参考。　参考文献：　风性能而被广泛使用。而在长输天然气管道输气站　［１］　王明生．天然气管道的焊接工艺技术．上海煤气，２００３　（２）：１１—１２．　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［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，２００３（３）：３２—３４．　［３］　ＧＢ　５０３６９－－２００６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，　２００２，１３（６）：１０６—１０９．　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　（上接第２５页）　［５］　陈学武．长输管道焊接方法及其选择．油气储运，２０００，１９　（７）：２８—３１．　作者简介：陈杨（１９８５一），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２８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。　速１３　ｒ／ｍｉｎ、１９　ｒ／ｍｉｎ和２６　ｒ／ｍｉｎ下，流体平均停留时　间均大于ｌ　８００　Ｓ，反应器长度加长１倍即达到３　１ＴＩ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：　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　［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，２００８（３）：６１—６３．　［２］　熊小琴，敬加强，敬灵机，等．ＢＺ２５—１沙河街原油掺水乳　化的影响因素研究．管道技术与设备，２００７（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，２００１（３）：１—４．　［４］　姬宜朋，张沛，王丽．Ｋｅｎｉｃｓ静态混合器的应用及研究进　展．塑料科技，２００５（２）：３８—４１．　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：　［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），２００８，３８（５）：１Ｏ一１３．　［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，２００８，２４（３）：３３—３７．　［１］ＤＯＵＢＯＶ　Ａ　Ａ，ＫＯＬＯＫＯＬＮＩＫＯＶ　Ｓ．Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　ａｌｌｉｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｅｔａｌ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍｅｍｏｒｙ　ｅｆｆｅｃｔ．Ｗｅｌｄｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｗｏｒｌｄ，２００５，　［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，２００９（３）：６—８．　４９（９）：３０６—３１３．　［２］ＤＯＵＢＯＶ　Ａ　Ａ．Ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｍｅｔａｌ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍｅｍｏｒｙ・Ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｔｒｅｎｄ　ｉｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ．Ｗｅｌｄｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｗｏｒｌｄ，　［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，２００８（８）：９４—９７．　２００５，４９（９）：３１４—３１９．　［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，２００５，３３（４）：２２—２５．　［１０］　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，２００５，２８（３）：１７０　—［３］　ＳＴＡＮＫＯＶＩＣ，ＡＬＩＥＶＡ，ＢＡＳＴＩＡＡＮＳ．Ｔｉｍｅ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｉｇｎａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｗｉｎｄｏｗｅｄ　ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｔｒａｎｓｔｏｒｍ．　Ｓｉｎａｇｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２００３，８３（１１）：２４５９—２４６８．　［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，２００４，３３（５）：５９２—５９５．　１７３．　［１１］宋文绪，杨帆．传感器与检测技术．北京：高等教育出版　社，２００４．　作者简介：钟菊花（１９６２一），副教授，从事物理实验教学及有关　科研工作。　作者简介：梁作舟（１９５５一），副教授，主要研究方向为无损检　测。