劉明秦

（大慶油田工程建設有限公司油建二公司，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

管道焊接是油田集輸工藝及長輸管道施工中的一道重要工序，焊接質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到管道、場站建設的工程質(zhì)量及其使用壽命，是油田生產(chǎn)、油氣長輸管道安全運行的保證。實際施工過程中管道焊接質(zhì)量往往受多重因素影響，如施工環(huán)境、人員、材料、設備等。因此針對不同的施工環(huán)境、管道材質(zhì)、口徑，選擇合適的焊接工藝，同時進行焊接質(zhì)量的全過程控制，以保證管道焊接質(zhì)量，避免安全事故。

1 施工中常用的管道焊接工藝

1.1 焊條電弧向下焊

管道工程中焊條電弧焊向下焊技術(shù)一般指纖維素焊條向下焊技術(shù)，其焊機有直流和交流型兩種，主要技術(shù)特點如下：第一，環(huán)境適應性較強，可以在較惡劣的野外環(huán)境中對管道全位置施焊，應用廣泛；第二，此工藝具有熔深大的特點，因而穿透力較強，在根部焊、單面焊中雙面成型好；第三，對氣孔的敏感性小，不易產(chǎn)生氣孔缺陷，同時電流大，電弧吹力大，產(chǎn)生的熔渣少，焊接質(zhì)量較高；第四，施工過程中操作簡單，各層焊道可實現(xiàn)流水線焊接作業(yè)；第五，對管工對口、焊工焊接工藝參數(shù)執(zhí)行、砂輪工打磨等工藝的銜接要求較嚴格，否則會產(chǎn)生各類型焊接缺陷，影響焊接質(zhì)量。

1.2 藥芯焊絲半自動焊

該焊接工藝是上世紀90年代自美國引入，經(jīng)多年實踐，一般與焊條電弧焊聯(lián)用，應用于大口徑管道的焊接施工中。主要技術(shù)特點如下：第一，能夠持續(xù)送絲，能夠大量減少起弧和收弧時的焊接接頭，降低焊接缺陷發(fā)生率；第二，抗風性能良好，能夠無保護在最高11米/秒的風速條件下施工，而不影響焊接質(zhì)量；第三，焊絲熔敷率高，容易脫渣，焊層厚度較小，冷卻速度慢，可有效減少焊接缺陷，保證焊接接頭處優(yōu)良的力學性能；第四，由于該工藝無法進行根焊，可與纖維素焊接工藝互補，降低了燒穿的概率，提高根焊成型效率；第五，焊縫成型美觀，提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率，生產(chǎn)成本低。

1.3 全自動焊接

全自動焊接是指管道固定不動，焊槍在焊接小車的帶動下，圍繞焊接位置轉(zhuǎn)動達到自動焊接目的。全自動焊接工藝是目前最優(yōu)異的焊接工藝之一，主要技術(shù)特點如下：第一，可以實現(xiàn)大機組流水線作業(yè)，同時能夠保證焊接質(zhì)量，減少工人的工作量；第二，通過計算機編程，可實現(xiàn)焊接小車的自動控制，將焊槍振動頻率、送絲速度及焊接小車行走速度等三個主要控制參數(shù)設置為相互關(guān)聯(lián)的因變量，能夠?qū)崿F(xiàn)三者變化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，即每次調(diào)節(jié)，均是三個參數(shù)的聯(lián)動，保證參數(shù)調(diào)節(jié)的準確性，在必要時也可人干預焊接參數(shù)的調(diào)整。

2 影響大口徑油氣管道焊接質(zhì)量的因素

油氣管道內(nèi)傳送的介質(zhì)通常都是易燃易爆的石油類產(chǎn)品或天然氣，其焊接質(zhì)量應達到相應國家標準及行業(yè)標準，一旦管道因焊接缺陷造成泄漏，不僅嚴重污染周邊環(huán)境的空氣、土壤，而且還會給國家和人民造成巨大財產(chǎn)損失，甚至導致火災和爆炸風險，所以加強油氣管道焊接質(zhì)量控制是管道施工的重中之重，下面就影響管道焊接質(zhì)量的幾個內(nèi)在、外在因素進行分析。

2.1 自然環(huán)境因素

油氣管道施工自然環(huán)境往往較為復雜，影響焊接質(zhì)量的因素主要有天氣因素和地形地貌因素。管道的施工過程經(jīng)過的地形主要包括：山脈、沙漠、平原、丘陵、濕地等，這些不同的地形地貌，會影響施工單位對焊接設備、材料、焊接工藝的選擇，選擇失誤會嚴重影響焊接質(zhì)量和施工進度；施工過程中經(jīng)常會遇到大風、低溫及雨、雪、大霧等惡劣天氣，溫度、濕度、風速的變化如果不調(diào)整焊接參數(shù)及采取適當?shù)谋Ｗo措施，會使焊接過程中出現(xiàn)各種質(zhì)量缺陷，從而影響管道的焊接質(zhì)量。

2.2 人為因素

焊接人員的技術(shù)水平、操作熟練程度、操作習慣、質(zhì)量意識、是否執(zhí)行相應的焊接操作規(guī)程，均是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素；同時，監(jiān)理工程師，業(yè)主代表是否熟悉焊接工藝知識，精通焊接質(zhì)量驗收標準，監(jiān)察是否嚴格，對不合格焊縫是否及時發(fā)現(xiàn)、返修，也會對管道的焊接質(zhì)量造成重大影響。

2.3 設備、材料因素

設備主要包括焊接設備、組對設備。組對設備關(guān)系到焊口的對接質(zhì)量，它是保證焊接質(zhì)量的基本前提，施工過程中嚴禁出現(xiàn)錘擊、千斤頂硬頂?shù)韧饬娦薪M對方式出現(xiàn)，這樣會使焊口產(chǎn)生應力變形，給工程質(zhì)量埋下安全隱患；焊接設備主要是指焊機及配套設施，其工作的可靠性、穩(wěn)定性是焊接質(zhì)量的保證，長時間工作會導致設備老化、降低工作穩(wěn)定性；材料主要是指焊條、焊絲、保護氣體及被焊接的管道，施工中材料采購、運輸、進場、檢驗、保管、出庫等無論哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題均會影響焊接施工質(zhì)量。

3 加強管道焊接質(zhì)量的有效措施

3.1 焊接設備、材料及工藝選擇

油田工藝管道及長距離油氣輸送管道經(jīng)常在復雜的地形（如沼澤、沙漠、山區(qū)、凍土融化區(qū)等）及惡劣的自然環(huán)境（低溫、大風、雨雪天氣等）下施工。應根據(jù)實際選擇合適的焊接設備、焊接材料及焊接工藝[1]。焊接設備、材料往往受地形地貌、被焊材料所限制，例如一條大口徑油氣管道可能大部位于平原地區(qū)，局部位于沼澤，全自動焊接對施工環(huán)境要求較高，適用于平坦開闊的平原地區(qū)，而沼澤地區(qū)可聯(lián)合運用纖維素焊接+半自動焊接工藝。焊條、焊絲的選擇根據(jù)設計要求，并與管道材質(zhì)相匹配，氣體保護焊中除自保護焊絲外均應用選用保護氣體，不同焊接方法、不同管道焊接材質(zhì)、不同焊絲保護氣體不同，大口徑油氣管道焊接宜選用活性氣體（如CO2、Ar + CO2、Ar + O2、Ar+CO2+O2等）保護，以細化晶粒，克服電弧陰極斑點漂移，減少焊道咬邊等缺陷。從生產(chǎn)效率考慮，在Ar中加入He、N2、H2、CO2、O2等氣體，可增加母材的輸入熱量，提高焊接速度。

3.2 創(chuàng)建完整的規(guī)章制度

目前我國還缺乏一套完善的大口徑油氣管道施工的規(guī)章制度及大口徑管道焊接施工的技術(shù)標準。為了保證油氣管道的焊接質(zhì)量，施工單位有必要建立一套自己的焊接操作規(guī)范和相應的質(zhì)量控制規(guī)章制度，并將每項質(zhì)量責任落實到個人，管道焊接施工前，施工單位應根據(jù)上述規(guī)范、制度，制定對應的焊接技術(shù)流程。焊接操作人員應嚴格按照焊接工藝評定報告編制的焊接工藝指導書就行焊接施工，焊接質(zhì)量控制實行“三檢制”，即自檢、互檢、專檢[2]。

3.3 焊工資質(zhì)審核

參與油氣管道焊接的焊接人員，必須相應的專業(yè)知識培訓及現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，并經(jīng)考試合格，取得滿足所采取焊接工藝的執(zhí)業(yè)資格證書。

3.4 原材料檢驗、保管

原材料的主要是指管道（被焊材料）和焊接材料，它們直接影響油氣管道的實際焊接質(zhì)量，原材料由設計人員確定，其品種、規(guī)格、性能等應符合國家現(xiàn)行產(chǎn)品標準及設計要求，工程技術(shù)人員應根據(jù)設計文件，了解焊接材料的技術(shù)要求，配合材料部門編制材料計劃。原材料進場前必須經(jīng)由專門的檢驗人員，根據(jù)原材料的規(guī)格、型號和數(shù)量依據(jù)適用的標準進行檢查，只有在檢驗合格的情況下才能入庫存儲。（1）進場材料要附帶質(zhì)量證明文件（產(chǎn)品合格證、性能檢測報告等），由專職質(zhì)量檢查員檢查確認是否與設計文件相符，無質(zhì)量證明文件的材料嚴禁用于管道焊接；（2）按相關(guān)規(guī)范對進場材料進行復驗，復驗應由具有檢測資質(zhì)的機構(gòu)進行見證取樣、檢測，其結(jié)果應符合設計文件及國家產(chǎn)品質(zhì)量標準；（3）對于檢測及復驗不合格的焊接材料，未經(jīng)設計人員同意不得使用，對不能滿足設計要求的材料需經(jīng)設計人員同意選用代用材料；（4）材料進場必須辦理驗收、入庫交接手續(xù)，未來及辦手續(xù)的單位單獨存放，合格材料應按品種、規(guī)格、牌號分類堆放，所有材料均采取有效措施防水、防潮，避免銹蝕；（5）焊接材料的發(fā)放必須按品種、規(guī)格、牌號等辦理發(fā)放手續(xù)，必要時質(zhì)檢人員需現(xiàn)場確認。

3.5 加強焊接過程的質(zhì)量控制

焊接過程是控制焊接質(zhì)量的關(guān)鍵步驟，主要控制措施如下：

（1）焊前首先檢查焊接部位，用鋼絲刷、砂輪機等清理焊口處的油污、泥土等，以防止焊口表面出現(xiàn)鱗狀現(xiàn)象，杜絕焊道開裂情況出現(xiàn)；（2）焊接前焊口預熱溫度需按相關(guān)規(guī)定和技術(shù)要求進行控制，可有效的防止焊接部位的焊道因冷熱不均在焊接過程中炸裂；（3）避免強力組對，可有效防止焊接位置由于應力變形出現(xiàn)管線開裂導致的安全事故；（4）嚴格按照焊接工藝指導書調(diào)整焊接參數(shù)，確定合理的電流、焊速，電流過大使得熔深過大，會出現(xiàn)燒穿、咬邊、氣孔等缺陷，還會使熱影響區(qū)晶粒粗大影響焊縫的機械性能，如果電流過小，會造成引弧困難，電弧不穩(wěn)定，出現(xiàn)夾渣、未焊透、焊瘤等缺陷；焊條焊接時一般采用短弧焊接，根據(jù)其直徑確定弧長；（5）根據(jù)施工環(huán)境中的風速、濕度參數(shù)，采用必要的防風、防雨雪、防潮措施，管道施工宜選用局部可移動的防風棚，同時應封堵管道兩端，防止穿堂風，雨、霧、雪天氣環(huán)境濕度大，應用防火、防雨苫布搭設防雨棚，棚內(nèi)設照明燈、碘弧燈并對焊接部位進行火焰烘干處理；防潮措施除對焊接部位的烘干、熱處理外，還要嚴格按照規(guī)定烘干、取用、回收焊條；（6）焊接完成后必須進行焊縫質(zhì)量檢查，經(jīng)外觀質(zhì)量檢查合格后，根據(jù)設計及相關(guān)規(guī)范要求抽取一定比例焊縫進行無損檢測，目前選用的主要有四種：射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷和滲透探傷[3]。

4 結(jié)語

大口徑油氣管道的焊接質(zhì)量關(guān)系到工程的整體質(zhì)量和使用壽命，甚至會導致嚴重的安全事故，給國家和人民的生命財產(chǎn)造成重大損失。因此，嚴把材料質(zhì)量關(guān)，加強大口徑油氣管道焊接工程的事前、事中、事后質(zhì)量控制，提高技術(shù)人員、操作人員的技術(shù)水平和責任感，能有效降低管道缺陷發(fā)生率，保證管道的焊接質(zhì)量。