唐磊 王曉明

國家管網(wǎng)集團西南管道昆明維搶修分公司

摘要：針對傳統鋼質(zhì)B型套筒手工焊接修復效率低、質(zhì)量不可控、焊工培訓周期長(cháng)等問(wèn)題，開(kāi)展了山區管道B型套筒全自動(dòng)焊修復研究。分析了某山區管道B型套筒全自動(dòng)焊工藝選擇，介紹了典型山區管道B型套筒修復作業(yè)實(shí)踐，并對B型套筒全自動(dòng)焊工藝應用提出了建議。

關(guān)鍵詞：B型套筒；全自動(dòng)焊；山區管道

鋼質(zhì)B型套筒修復作為一種油氣管道永久性修復措施，應用越來(lái)越廣泛。常規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、焊工培養周期長(cháng)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]，但對焊接坡口要求高、對環(huán)境風(fēng)速濕度敏感、熱輸入量大、對磁敏感。如何將全自動(dòng)焊接技術(shù)應用于B型套筒的焊接，本文以某山區管道B型套筒全自動(dòng)焊考慮因素及其工藝選擇的應用為例，提出相關(guān)建議措施。

1  山區管道B型套筒全自動(dòng)焊影響因素

全自動(dòng)焊接系統由焊接電源、混合氣體（80%Ar+20%CO2）通過(guò)電源適配器給焊接小車(chē)供給電源和氣體，由焊絲箱直接向焊接小車(chē)供給焊絲，焊接小車(chē)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)焊接系統示意圖

1.1  坡度的影響

山區管道對全自動(dòng)焊的最大影響是管道坡度會(huì )影響熔池。山地管道鋪設坡度較其他地區變化更大，可由0°到90°，對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)焊較手工焊接對坡口的適應性不足，其適宜于機械加工口的焊接，對細小夾縫、打底焊接等不規則位置的適應性較差。鋼質(zhì)B型套筒焊縫有橫向對接焊縫及環(huán)向角焊縫兩種。橫向對接焊縫兩個(gè)坡口面為機械加工口，較為平整，適合全自動(dòng)焊運用，但是在橫向對接焊縫打底處、末端不規則，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焊接方式，當焊接空間內風(fēng)速大于2 m/s時(shí)，容易出現密集氣孔。因環(huán)境濕度大，存在的水分容易造成焊縫開(kāi)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(cháng)輸管道經(jīng)常開(kāi)展漏磁檢測，檢測完成后管道磁性較強。管道磁性對焊接的影響是通過(guò)對熔敷金屬磁吸磁排斥作用力從而影響熔敷效果。磁性較強時(shí)容易造成層間未熔合缺陷。焊接熱對焊縫質(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，焊縫組織性能區別較大，在焊趾位置容易產(chǎn)生裂紋。

2  山區管道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

由于山區管道坡度變化大，單純的2G（橫焊位）、5G（管水平固定）不能滿(mǎn)足山區管道的焊接要求。橫向對接焊縫采取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)，在橫向對接焊縫末端使用引弧板、打底位置墊設金屬墊材，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藥芯焊接形式，保護氣采用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：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(mǎn)足要求或者管道、鋼質(zhì)B型套筒表面有水汽時(shí)，需要用火焰或感應加熱等方式去除水汽。全自動(dòng)焊對風(fēng)敏感，需要搭設防風(fēng)棚，也需注意防風(fēng)棚的排風(fēng)扇位置及功率不會(huì )引起強烈氣體對流，從而影響焊接。

2.3  磁性消除和熱控制

對于管道磁性消除，首先需要關(guān)閉管道兩側的陰保樁，然后利用消磁機進(jìn)行消磁。消磁時(shí)，先利用交流模式對管道磁性進(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(wèn)題。

管道的熱控制主要是預熱、層間溫度控制、焊后保溫三個(gè)方面。橫向對接焊縫預熱溫度大于等于60 ℃、環(huán)向角焊縫預熱溫度大于等于30 ℃，可采用火焰加熱、電加熱、感應加熱的方式，在條件允許的情況下預熱溫度以大于80 ℃為宜。根據國內專(zhuān)業(yè)機構研究表明，焊縫在焊后熱保溫溫度大于600 ℃時(shí)焊接殘余應力基本降為零，焊后保溫溫度在250 ℃到350 ℃時(shí)焊接殘余應力降低較快，根據管道受熱后力學(xué)狀況及目前加熱設備條件，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  應用案例

2021年6月，對某山區管道開(kāi)展鋼質(zhì)B型套筒修復全自動(dòng)焊作業(yè)（圖 2）。待修復管道管徑1016 mm，材質(zhì)X80鋼，設計壓力10 MPa，壁厚為12.8/15.3 mm，管道鋪設坡度37°。鋼質(zhì)B型套筒材質(zhì)Q345R，長(cháng)度350 mm，厚度36 mm。依據GB/T 28055―2011《鋼質(zhì)管道封堵技術(shù)規程》計算帶壓焊接壓力在5.57 MPa以下，不需要降壓運行。焊接時(shí)運行壓力為4.49 MPa。

圖 2 山區管道鋼質(zhì)B型套筒修復現場(chǎng)

焊前按照焊評使用火焰進(jìn)行預熱，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（80%Ar+20%CO2）E91T1-M21A6-K2-H2焊絲和Φ4.0 mm、E8045-P2焊條，其中橫向對接焊縫根焊及環(huán)向角焊縫封焊采用E8045-P2焊條手工電弧焊焊接�，F場(chǎng)環(huán)境相對濕度低于90%，全自動(dòng)焊焊接時(shí)，焊接位置搭設防風(fēng)棚，風(fēng)速小于2 m/s。橫向對接焊縫焊接完成后進(jìn)行磁粉、滲透、超聲波探傷，檢測結果合格。環(huán)向角焊縫焊接完成后進(jìn)行磁粉、滲透、相控陣檢測，檢測結果合格。

4  結論

綜上所述，在山區管道鋼質(zhì)B型套筒修復作業(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，也避免全自動(dòng)焊的不足�？刂坪附訙囟�、濕度、風(fēng)速等要素，對管道磁性、焊接預熱后熱等要素進(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：

[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(cháng)，2013年碩士畢業(yè)于四川大學(xué)化工過(guò)程機械專(zhuān)業(yè)，現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。