1、焊接工藝選擇

據(jù)調(diào)研，中國在役管道焊接全部采用手工焊焊接工藝，國外也少有使用自動(dòng)化裝備進(jìn)行在役油氣管道焊接的施工案例。分析其原因：

①針對(duì)在役焊接工況，中國缺少該方面的相關(guān)技術(shù)研究；

②國外高鋼級(jí)大口徑管道建設(shè)與維修需求量少，目前的手工焊工藝基本可以滿足作業(yè)要求。

目前，實(shí)芯焊絲氣體保護(hù)下向焊是管道建設(shè)施工常用的自動(dòng)焊焊接方式，具有焊接效率高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但為保證焊接質(zhì)量，必須對(duì)坡口加工、管口組對(duì)、根焊、填充蓋面等環(huán)節(jié)提出更高的技術(shù)要求。全自動(dòng)焊接設(shè)備要求管道坡度不得大于5°，適用于平原地帶或緩坡地帶的長距離、大口徑、厚管壁的輸送管道焊接。在役管道焊接工況與管道建設(shè)不同：一方面是由于現(xiàn)場待安裝修復(fù)套筒、開孔三通的加工情況及在役管道的橢圓度，管件安裝后與管道的貼合度不同，導(dǎo)致焊口的組對(duì)差異性較大；另一方面是油氣管道在役焊接涉及地形復(fù)雜。而藥芯焊絲氣體保護(hù)焊工藝對(duì)現(xiàn)場坡口加工精度、組對(duì)間隙及施工地形的適應(yīng)性更好，其可操作性更強(qiáng)。針對(duì)在役焊接過程中介質(zhì)流動(dòng)帶走熱量使焊接冷卻速度快的情況， 與實(shí)芯焊絲氣體保護(hù)焊工藝焊接熱輸入量小、易出現(xiàn)未熔合的特點(diǎn)相比，藥芯焊絲氣體保護(hù)焊的工藝參數(shù)更容易滿足焊接熱輸入的要求。通過以上對(duì)比發(fā)現(xiàn)， 在技術(shù)開發(fā)過程中，宜選擇藥芯焊絲氣體保護(hù)焊工藝。

2、焊接試驗(yàn)過程

與管道建設(shè)時(shí)的窄間隙管對(duì)管環(huán)向?qū)雍缚p不同，在役管道焊接通常涉及的焊縫有開孔三通或修復(fù)套筒的橫向?qū)雍缚p、修復(fù)管件端部與在役管道連接的環(huán)向角焊縫兩種形式。一般的焊接順序是首先同時(shí)焊接兩側(cè)橫向?qū)雍缚p，在焊縫緩冷釋放應(yīng)力后，再焊接環(huán)向角焊縫，但兩道環(huán)向角焊縫不應(yīng)同時(shí)焊接。

2、1橫縫焊接

開孔三通或修復(fù)套筒的橫向?qū)咏宇^通常厚度較大，有的接頭厚度超過 80 mm，焊接過程需要完成大量的小幅擺動(dòng)排焊，合理布置焊道排列，避免出現(xiàn)層間未熔合等缺陷。當(dāng)對(duì)接接頭在橫焊位置（即 2G 位置）排焊時(shí)，鐵水容易下墜；尤其是焊接蓋面時(shí)，應(yīng)使用較小的擺寬快速焊接，防止熔池下墜，保證焊縫成形美觀。在橫向?qū)咏宇^進(jìn)行自動(dòng)焊接時(shí)，需要足夠大的組對(duì)間隙，目前設(shè)計(jì)規(guī)定的根部組對(duì)間隙為 3~6 mm，無法滿足根部自動(dòng)焊的要求，需要從設(shè)計(jì)上改進(jìn)組對(duì)間隙尺寸標(biāo)準(zhǔn)，保證焊槍能夠?qū)崿F(xiàn)根部熔合良好。此外，修復(fù)管件與管道的貼合度也是影響橫縫自動(dòng)焊的重要因素之一。

2、2環(huán)向角焊縫焊接

在役管道環(huán)向角焊縫焊接是在役自動(dòng)焊的難點(diǎn)與關(guān)鍵，焊接過程應(yīng)避免燒穿、冷裂，管件與在役管道良好的熔合性也很重要。

為避免燒穿，自動(dòng)焊工藝參數(shù)參照手工焊的焊接熱輸入進(jìn)行設(shè)定，并開展熔深試驗(yàn)。在 X70 管道上焊接環(huán)向預(yù)堆層后，對(duì)不同位置的金相熔深進(jìn)行測(cè)定。

在焊接過程中，為避免冷裂紋，自動(dòng)焊的工藝措施與手工焊基本一致，主要從低氫焊材選擇與處置、焊前預(yù)熱、焊后保溫、合理布置回火焊道順序、合適的焊接熱輸入量等多個(gè)方面保證焊接質(zhì)量。在役自動(dòng)焊時(shí)， 還需明確干伸尺寸范圍。焊絲的干伸是影響焊縫金屬氫含量的一個(gè)重要因素。在一定的極限長度內(nèi)干伸越長，焊縫金屬內(nèi)的氫含量越低。因此，在進(jìn)行焊接工藝評(píng)定時(shí)，最小干伸長度也應(yīng)是一個(gè)基本焊接要素。干伸長度一般等于焊絲直徑的 10 倍。

現(xiàn)場在役管道安裝、修復(fù)管件時(shí)，在役管道與修復(fù)管件通常存在 1~5 mm 的組對(duì)縫隙（管道變形嚴(yán)重時(shí)縫隙超過 10 mm），合理布置預(yù)堆層及根焊能夠良好熔合是環(huán)角焊縫自動(dòng)焊的工藝難點(diǎn)。如果預(yù)堆層布置不合適，可能會(huì)在根焊處形成缺口。

3、焊接材料選擇

在役管道焊接除選擇合適的焊接參數(shù)外，還應(yīng)重視焊接材料的選擇和保管。焊絲選擇應(yīng)從強(qiáng)度匹配、飛濺程度、焊縫成型、氫含量等多個(gè)方面考慮。焊絲除滿足強(qiáng)度匹配要求外，還應(yīng)具備以下優(yōu)點(diǎn)：

①全位置焊接的操作性好；

②飛濺盡可能小；

③多層多道焊過程中，焊縫成形圓滑過渡；

④脫渣性好；

⑤能夠很好地實(shí)現(xiàn)管件端部與預(yù)堆層之間的根焊連接。

在役管道焊接過程中，為避免氫致裂紋的出現(xiàn)， 焊條手工電弧焊選用低氫或超低氫的焊材。同樣，采用自動(dòng)焊焊接工藝時(shí)，建議選用的氣體保護(hù)焊藥芯焊絲也是低氫要求的，如選用帶有“H4”標(biāo)識(shí)牌號(hào)的焊絲，即焊絲的擴(kuò)散氫含量是在 4 mL/100 g 以內(nèi)，從而降低了焊接過程中產(chǎn)生氫致裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。藥芯焊絲的另一特點(diǎn)是容易吸潮，因此，在焊絲使用過程應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，如新開封的焊絲應(yīng)盡快用完，未用完的焊絲應(yīng)及時(shí)包裝嚴(yán)實(shí)，避免因吸潮導(dǎo)致擴(kuò)散氫含量升高。

4、保護(hù)氣體的影響

藥芯焊絲氣體保護(hù)焊工藝采用的保護(hù)氣體是80％氬氣+20％二氧化碳的混合氣。選用保護(hù)氣體時(shí)，應(yīng)選擇正規(guī)的氣體生產(chǎn)廠家，保證保護(hù)氣體的質(zhì)量、純度及含水量等均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。在焊接試驗(yàn)過程中，大多情況下氣孔的產(chǎn)生是由于保護(hù)氣體的保護(hù)效果不良造成的，可能是由于保護(hù)氣瓶內(nèi)壓力不夠或氣瓶內(nèi)保護(hù)氣體純度不達(dá)標(biāo)引起的，且不同生產(chǎn)廠家的保護(hù)氣成分、純度也存在差別。因此，選用保護(hù)氣體時(shí)，應(yīng)盡量固定保護(hù)氣體的生產(chǎn)廠家，避免因保護(hù)氣的問題影響焊接質(zhì)量。此外，保護(hù)氣體的含水量也是需要考慮的重要因素之一，當(dāng)含水量低于 0.005％ 時(shí)，增加的擴(kuò)散氫含量不超過 0.1 mL/100 g。

5、焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)

在役自動(dòng)焊焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)是在 X80 管道（管徑 1 016 mm、壁厚 12.8 mm）上進(jìn)行的焊接 B 型修復(fù)套筒（材質(zhì) Q345R、壁厚 70 mm）的動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，施焊管道內(nèi)充滿流動(dòng)水，能夠模擬帶走熱量較苛刻的施工環(huán)境。試驗(yàn)環(huán)境溫度 10~17 ℃， 流動(dòng)水溫度 10 ℃。用火焰加熱方法預(yù)熱，無后熱與保溫，進(jìn)行環(huán)角焊縫焊接。根據(jù) GB/T 31032—2014《鋼質(zhì)管道焊接及驗(yàn)收》附錄 D 的要求進(jìn)行焊件取件與破壞性試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收要求。

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