長(zhǎng)輸油氣管道帶壓開(kāi)孔焊接需求

長(zhǎng)輸油氣管道帶壓開(kāi)孔焊接需求

長(zhǎng)輸管道作為遠(yuǎn)距離油氣輸送的主要方式，隨著我國(guó)能源工業(yè)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，管道工程建設(shè)迅猛發(fā)展。為了增加管道輸送量和降低工程成本、滿足越來(lái)越苛刻的使用條件要求，大口徑、耐高壓、薄壁化的高強(qiáng)韌性管線鋼是發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)X70 管線鋼在“西氣東輸”工程中全面使用，X80在冀寧管道上成功試用。德國(guó)、加拿大等歐美國(guó)家已經(jīng)在陸地和海洋建設(shè)了很多X80 管線；加拿大Trans Canada管道公司 2002 年完成了1km的φ1219mm×14.3mm的X100 鋼管試驗(yàn)段，Exxon  Mobil公司于 2004 年在加拿大建成了X120 鋼管的 1.6km試驗(yàn)段。

因此，隨著國(guó)家長(zhǎng)輸油管道的建設(shè)，這些高強(qiáng)韌性管線鋼管的維護(hù)工作量也呈指數(shù)般地增長(zhǎng)。在管線的維護(hù)作業(yè)中，由于管道的維護(hù)或新增支線等原因進(jìn)行帶壓開(kāi)堵漏和帶壓開(kāi)孔以及管道切割作業(yè)也成為了管線維護(hù)的主要作業(yè)量。

管道施工中的環(huán)焊部位是失效事故的多發(fā)位置，因此，帶壓開(kāi)孔和帶壓堵漏作業(yè)要嚴(yán)禁在焊接部位進(jìn)行以上施工。在帶壓開(kāi)孔工程中，管道焊接技術(shù)是施工中必須確保的關(guān)鍵技術(shù)，不僅直接關(guān)系到帶壓開(kāi)孔工程的焊接質(zhì)量、施工效率和成本，而且對(duì)管線運(yùn)行期間的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)效益也有重要影響。

1.管線鋼的焊接性

高強(qiáng)韌性管線鋼屬于低合金高強(qiáng)鋼、低碳或超低碳的微合金控軋鋼，采用了精煉技術(shù)、微合金鋼技術(shù)、控軋控冷技術(shù)、形變熱處理等先進(jìn)技術(shù)，這使得管材含碳量極低、潔凈度高、晶粒細(xì)化， 具有較高的強(qiáng)韌性和良好的焊接性， 尤其是焊接熱影響區(qū)冷裂紋敏感性大大降低，粗晶區(qū)韌性大幅度提高，進(jìn)一步適合高效率、大線能量的焊接工藝。

然而，新的問(wèn)題隨之出現(xiàn)，在帶壓開(kāi)孔工程施工中，母材的低碳當(dāng)量高強(qiáng)度化使得冷裂紋從焊接熱影響區(qū)轉(zhuǎn)移到焊縫金屬中，形成多層焊接頭中的局部脆性區(qū)問(wèn)題等。因此對(duì)于低合金高強(qiáng)鋼，在帶壓開(kāi)孔工程中應(yīng)注意焊縫金屬冷裂紋問(wèn)題。對(duì)于大線能量焊接，必須對(duì)其焊接熱影響區(qū)組織與韌性進(jìn)行評(píng)定，特別要注意帶壓開(kāi)孔短節(jié)的多層焊局部脆性區(qū)問(wèn)題。對(duì)于新發(fā)展的超細(xì)晶粒鋼，要采用高能量密度、低熱輸入的焊接工藝來(lái)防止焊接熱影響區(qū)晶粒的過(guò)分長(zhǎng)大。

2.焊接材料

帶壓開(kāi)孔所用焊接材料的選擇是長(zhǎng)輸管道焊接要考慮的一個(gè)重要方面，廣義上包括焊條、焊絲、焊劑和保護(hù)氣體，狹義上特指焊條和焊絲。

2.1  焊條

長(zhǎng)輸管道焊接用焊條目前多采用全位置下向焊焊條和傳統(tǒng)的低氫型焊條，其執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 5117-1995、GB/T 5118-1995、AWS A5.1-91和AWS A5.5-96等。全位置下向焊焊條分為

兩類：一類是高纖維素型的(基于管線鋼C、S、P含量較低，可以考慮使用，這種焊條焊接

工藝性能好、熔渣量少，并且吹力較大，防止了熔渣和鐵水的下淌，而且有較大的熔透能力

和較快熔敷速度，在各種位置單面焊雙面成型效果好，適于根焊和熱焊。另一類是鐵粉低氫型下向焊條，該焊條凝固速度快、鐵水流動(dòng)性和浸潤(rùn)性好、全位置焊時(shí)不易下淌、焊后焊縫金屬韌性好、抗裂性好，適于各層的下向焊接。對(duì)于傳統(tǒng)的低氫型焊條因其全位置上向根焊時(shí)，工藝性能一般、引弧困難、電弧穩(wěn)定性差、飛濺較大、背面成型差、易氣孔，故目前一般不再采用，一般用于維搶修和返修焊接填充蓋面焊當(dāng)中。上述常用高纖維素焊條規(guī)格一般為Φ3.2mm、Φ4.0mm，鐵粉低氫型焊條規(guī)格一般為Φ4.0mm，普通低氫型焊條規(guī)格一般為Φ3.2mm。

一般來(lái)講，σ0.5（0.2）≤415MPa輸油、輸水管道干線焊接可選擇高纖維素型焊條進(jìn)行各層焊接；輸氣管道或σ0.5＞415Mpa輸油管道干線焊接可采用高纖維素型焊條根焊、熱焊+低氫型下向焊條填充、蓋面的復(fù)合工藝。

2.2  焊絲

長(zhǎng)輸管線用焊絲分為實(shí)心焊絲和藥芯焊絲兩種。

(1) 實(shí)心焊絲

實(shí)心焊絲主要有兩類:一類用于埋弧焊，另一類用于熔化極活性氣體保護(hù)焊。 埋弧焊用實(shí)心焊絲執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)有GB/T  5293-1999用于低碳鋼及強(qiáng)度級(jí)別較低的管線鋼焊接；中錳焊絲，如H08MnA、H10MnSi，配合高錳高硅低氟型熔煉焊劑主要用于管線鋼焊接，并可配合低錳焊劑用于低碳鋼焊接；高錳焊絲，如H08Mn2Si、H08Mn2SiA用于管線鋼焊接；Mn-Mo焊絲，如H08MnMoA、HO8MnMoTiB，配合低錳中硅中氟型熔煉焊劑、氟堿型燒結(jié)焊劑或硅鈣型燒結(jié)焊劑，主要用于強(qiáng)度級(jí)別較高的管線鋼焊接。焊絲直徑一般在1.6～6.4mm范圍以內(nèi)?；钚詺怏w保護(hù)焊用實(shí)心焊絲執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)有GB/T  14947-1994、 GB/T 8110-1995、 AWS 5.18-93和AWS 5.28-96等標(biāo)準(zhǔn)，最常用的焊絲有H08Mn2SiA（如相當(dāng)于GB/T 8110  ER49-1），它具有良好的焊接工藝性能，適宜于焊接σs≤500MPa的管線鋼。當(dāng)焊接強(qiáng)度級(jí)別較高的鋼種時(shí)，則應(yīng)選擇含Mo的焊絲，例如，國(guó)產(chǎn)H10MnSiMo焊絲和執(zhí)行美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AWS 5.18 ER70S-G的錦泰公司生產(chǎn)的JM-58焊絲、BOHLER SG3-P焊絲和執(zhí)行美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) AWS A5.28 ER80S-G的錦泰JM-68焊絲等。常用焊絲的規(guī)格為φ0.9mm、φ1.0mm、φ1.2mm等。

(2) 藥芯焊絲

近年來(lái)，隨著長(zhǎng)輸管線向著高強(qiáng)度、大口徑、厚壁化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的手工焊焊接方法已逐漸地被半自動(dòng)焊和自動(dòng)焊焊接方法所取代，其中以半自動(dòng)焊應(yīng)用發(fā)展最為迅速，與之而來(lái)的是藥芯焊絲得以迅猛發(fā)展。藥芯焊絲之所以能得到如此的重視和發(fā)展，與它自身的許多特點(diǎn)是分不開(kāi)的，表現(xiàn)在：熔敷速度快，焊接生產(chǎn)率高；與實(shí)芯焊絲相比，藥芯焊絲電弧軟、飛濺小，焊接工藝性能好；熔深大，成型美觀；綜合成本低。

藥芯焊絲按焊接時(shí)保護(hù)方式的不同可分為氣保護(hù)藥芯焊絲和自保護(hù)藥芯焊絲，其中自保護(hù)藥芯焊絲以其特有的優(yōu)越性在長(zhǎng)輸管道中廣泛應(yīng)用，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 17493-1998和AWS A.29-98。 有代表性的有T8-Ni1型，這種焊絲全位置操作性能好，熔敷速度快，同時(shí)焊縫金屬韌性好，但焊縫金屬在焊態(tài)下粗大的柱狀晶組織的出現(xiàn)，使得其焊縫金屬?zèng)_擊韌性在焊態(tài)與熱處理之間，多層焊和單道焊之間有很大的差別。因此采用T8型自保護(hù)焊絲焊接時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接規(guī)范參數(shù)、熱輸入量、焊接道次以及每道焊層的厚度等。