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摘要:输气管线的焊接质量在很大程度上影响着输气工程的安全与可靠,因此有必要对输气管线的焊接工艺展开分析探讨,文章在简单论述了当前输气管线焊接工艺研究现状的基础上,重点结合环焊缝的焊接工艺进行了管线焊接工艺的探讨,重点给出了焊接工艺的设计及其实验方案的设计方案,详细论述了其焊接操作的工艺性能,对于进一步提高我国输气管线焊接质量及焊接工艺的改进具有一定借鉴意义。
关键词:输气管线;环焊缝;焊接工艺
中图分类号:TG457 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)27-0031-02
管道运输是石油、天然气的一种大规模而经济的输送方式。其特点是经济、安全和不间断。由于管道运输的有效性,管道不只是用来输送石油和天然气。目前,它还作为煤、矿石和其它固体物质的重要输送手段之一。据经济学家测算,在公路、铁路、海运、空运和管道这五大运输方式中,管道运输被认为是最为经济、简单的一种运输方式,特别是对于石油、天然气等流体来说更为有效。
然而,负责运输的管线其质量的稳定性和可靠性在很大程度上直接影响着石油、天然气的输送能力和安全性,因此,需要对输气管线的制造工艺及其质量检测进行研究。本文主要从环焊缝角度探讨其焊接工艺,以期从中找到对于输气管线环焊缝的质量控制措施与管理经验,并以此和广大同行分享。
1当前输气管线焊接工艺研究现状
目前,国内外对中、高强度级别管道的焊接研究,从焊接设备、焊接材料和焊接工艺上均有突破性进展,开发了管道全位置自动焊机、管道专用下向焊焊条、自保护药芯焊丝及实心焊丝等焊接材料,焊接工艺也从原来单一的焊条电弧焊发展为以自保护药芯焊丝半自动焊和全位置自动焊为主,焊条电弧焊为辅的情形。上述3种工艺在西气东输工程上均得到广泛的应用。在不同的地区运用不同的焊接工艺,以达到在保证焊接质量的前提下,提高施工效率和经济效益的目的。管道全位置自动焊还不太成功,特别是根焊,西气东输工程根焊采用了内焊机、外焊机和STT3种方法;自保护药芯焊丝还没有开发出能满足单面焊双面成形优良的焊丝,目前还多以焊条电弧焊或STT进行根焊,用自保护药芯焊丝填充焊。
目前,国际先进管道运输业大都采用大口径、高压力、密闭输送技术。钢管多采用高强度薄壁管线钢。对于管道的服役环境要求愈加刻薄,例如要求耐高寒和耐腐蚀等。因此,不仅要求管线钢和焊缝具有高强度,而且还要求应具有良好的韧性、疲劳性、抗断裂性和耐腐蚀性。随着管线钢级别的不断提高,管线钢在材料加工制备、成分、组织结构和性能或使用性能这四个要素之间进行了有机结合,使高强度管线钢具备了高强度、高韧性及耐腐蚀性。但是对长输管道建设,野外现场环焊接头性能对整条管线的使用寿命,起着至关重要的作用。因此,研究输气管线环焊接头性能具有重要的工程实际意义。
2输气管线环焊缝焊接工艺探讨
2.1焊材的选定
根据目前市场上具有的焊材,选取强度级别与母材相当或略高于母材的焊接材料,以保证环焊缝强度不低于或略高于母材强度的基础上,获得较好的焊缝强度。
纤维素型焊条标准号:AWS A5.1 E6010 A5.5 E8010-G;
牌号:FOXCEL、HOBART、台湾天泰、天津大桥等。
低氢型焊条标准号:AWSA5.5 E8018-G;
牌号:FOX BVD 85;
产地:奥地利。
2.2焊接工艺的设计
(1)纤维素型焊条E6010电弧焊(根焊)+自保护药芯焊丝E71T8-K6半自动焊(其余焊道),下向焊。
(2)纤维素型焊条电弧焊E6010 E8010-G(根焊、热焊)+低氢型焊条E8018-G电弧焊(其余焊道),下向焊。
(3)纤维素型焊条电弧焊E6010(根焊)+E8010-G焊条电弧焊(其余焊道),下向焊。
这种纤维素和低氢型焊条适合于手工下向焊接工艺,与传统的向上焊接工艺相比,下向焊具有速度快、质量好、熔敷率高等突出优点。而自保护药芯焊丝半自动焊,本身利用渣-气联合保护,抗风力可达8 m/s,有效地克服了其他焊接工艺方法野外作业抗风能力差的特点,同时也具有焊接效率高、质量好且稳定的特点,成为长输管道野外焊接目前主要的焊接方法。
2.3焊接工艺实验方案设计
焊接工艺实验方案有以下4种:
工艺1:E6010+NR207;
工艺2:E6010+3Ni1;
工艺3:E6010+E8010-G+E8018-G;
工艺4:E6010+E8010-G。
相关的焊接工艺参数设定,见表1。
表1焊条电弧焊和药芯焊丝半自动焊工艺参数
序号 工艺 工艺参数/焊道 根焊 填充焊 盖面焊
1 E6010+NR207 电流(A) 90-100 90-250 180-250
电压(V) 24-28 17-19 17-19
平均焊速(m/min) 0.112 0.234 0.170
送丝速度(m/min) — 2.032-2.794 2.032-2.794
2 E6010+3Ni1 电流(A) 90-100 180-210 180-210
电压(V) 24-28 19-20 19-20
平均焊速(m/min) 0.113 0.170 0.147
送丝速度(m/min) — 2.032-2.286 2.032-2.286
3 E6010+E8010-G+E8018-G 电流(A) 90-100 200-220 200-210
电压(V) 24-28 20-30 20-28
平均焊速(m/min) 0.115 0.272 0.244
4 E6010+E8010-G 电流(A) 90-100 110-130 100-120
电压(V) 24-28 18-22 18-22
平均焊速(m/min) 0.120 0.159 0.116
2.4焊接操作工艺性能分析
根焊时,采用了E6010纤维素型焊条,其牌号有FOXCEl、HOBART、台湾天泰、天津大桥等,焊接过程中发现HOBART、台湾天泰、天津大桥等纤维素型焊条不是电弧吹力小、焊条偏心严重,就是根焊道单面焊双面成形不良等工艺性能差,基本上不能满足根焊高质量的要求,而FOXCEL E6010焊条操作工艺性能及单面焊双面成形均良好。填充焊,FOX CEL 85 E8010-G、FOX BVD 85 E8018-G焊条焊接操作工艺性能优良,能满足工程需要,实际管道工程可以采用。
采用药芯焊丝半自动焊,LINCOLN NR207的焊接规范参数调节范围大,焊接电流大,操作工艺性能较好;HOBART 3Ni1焊丝焊接参数调节范围较小,操作工艺性能一般。二者相比,前者的施工效率高,焊工容易掌握;从操作工艺性能方面分析推荐优选LINCOLN NR207。
自保护药芯焊丝半自动焊模拟野外高湿环境采用在细雨中露天焊接,测得的相对湿度为98%,工艺参数与相对湿度为90%时基本相同。
3结束语
随着我国经济的发展,能源结构的调整,采用高效、节能和清洁的天然气作为能源是人们所希望的,因而迎来了以天然气管道为中心的我国管道工业发展的第二个高潮,如已经建成的陕京输气管线、正在建设中的举世瞩目的西气东输管道工程,即将建设的忠武输气管道工程及其他的支线和地方性较短距离的输气管道工程等。因此管线焊接工艺的设计、改进,在很大程度上有助于保障整个管线铺设工程的顺利和安全,本文对于输气管线环焊缝的焊接工艺的探讨,对于管线焊接工艺的设计与改进,是一次有益的尝试,值得推广。当然,更多的管线焊接工艺的改进,还有赖于广大管线焊接技术工作者的努力,共同为实现我国输气管线焊接工艺的长足发展而努力。
参考文献
1 张文钺等.焊接冶金与金属焊接性[M].北京:机械工业出版社,1988
2 于英姿.输气管道硫化物应力腐蚀分析[J].焊管,2000(5):6～9
3 冯 斌等.我国油气管道钢生产技术水平现状与发展方向[J].中国石油天然气管道局.2001优秀论文集.管道局,2001:35～46
Gas Pipeline Girth Weld Process
Xuan Yanqun
Abstract:The gas pipeline welding quality to a large extent affect the safe and reliable gas transmission project, it is necessary to the gas pipeline to start analysis of the welding process, the article briefly discusses the current status of gas pipeline welding technology Based on the focus ring weld combination of welding process of welding the pipeline, it focuses on the design of the welding process and its experimental program of design, detail the operation of its welding process performance, and for further improving our pipeline welding quality and welding process may be helpful for the improvement.
Key words:gas pipeline; girth weld; welding process
关键词:输气管线;环焊缝;焊接工艺
中图分类号:TG457 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)27-0031-02
管道运输是石油、天然气的一种大规模而经济的输送方式。其特点是经济、安全和不间断。由于管道运输的有效性,管道不只是用来输送石油和天然气。目前,它还作为煤、矿石和其它固体物质的重要输送手段之一。据经济学家测算,在公路、铁路、海运、空运和管道这五大运输方式中,管道运输被认为是最为经济、简单的一种运输方式,特别是对于石油、天然气等流体来说更为有效。
然而,负责运输的管线其质量的稳定性和可靠性在很大程度上直接影响着石油、天然气的输送能力和安全性,因此,需要对输气管线的制造工艺及其质量检测进行研究。本文主要从环焊缝角度探讨其焊接工艺,以期从中找到对于输气管线环焊缝的质量控制措施与管理经验,并以此和广大同行分享。
1当前输气管线焊接工艺研究现状
目前,国内外对中、高强度级别管道的焊接研究,从焊接设备、焊接材料和焊接工艺上均有突破性进展,开发了管道全位置自动焊机、管道专用下向焊焊条、自保护药芯焊丝及实心焊丝等焊接材料,焊接工艺也从原来单一的焊条电弧焊发展为以自保护药芯焊丝半自动焊和全位置自动焊为主,焊条电弧焊为辅的情形。上述3种工艺在西气东输工程上均得到广泛的应用。在不同的地区运用不同的焊接工艺,以达到在保证焊接质量的前提下,提高施工效率和经济效益的目的。管道全位置自动焊还不太成功,特别是根焊,西气东输工程根焊采用了内焊机、外焊机和STT3种方法;自保护药芯焊丝还没有开发出能满足单面焊双面成形优良的焊丝,目前还多以焊条电弧焊或STT进行根焊,用自保护药芯焊丝填充焊。
目前,国际先进管道运输业大都采用大口径、高压力、密闭输送技术。钢管多采用高强度薄壁管线钢。对于管道的服役环境要求愈加刻薄,例如要求耐高寒和耐腐蚀等。因此,不仅要求管线钢和焊缝具有高强度,而且还要求应具有良好的韧性、疲劳性、抗断裂性和耐腐蚀性。随着管线钢级别的不断提高,管线钢在材料加工制备、成分、组织结构和性能或使用性能这四个要素之间进行了有机结合,使高强度管线钢具备了高强度、高韧性及耐腐蚀性。但是对长输管道建设,野外现场环焊接头性能对整条管线的使用寿命,起着至关重要的作用。因此,研究输气管线环焊接头性能具有重要的工程实际意义。
2输气管线环焊缝焊接工艺探讨
2.1焊材的选定
根据目前市场上具有的焊材,选取强度级别与母材相当或略高于母材的焊接材料,以保证环焊缝强度不低于或略高于母材强度的基础上,获得较好的焊缝强度。
纤维素型焊条标准号:AWS A5.1 E6010 A5.5 E8010-G;
牌号:FOXCEL、HOBART、台湾天泰、天津大桥等。
低氢型焊条标准号:AWSA5.5 E8018-G;
牌号:FOX BVD 85;
产地:奥地利。
2.2焊接工艺的设计
(1)纤维素型焊条E6010电弧焊(根焊)+自保护药芯焊丝E71T8-K6半自动焊(其余焊道),下向焊。
(2)纤维素型焊条电弧焊E6010 E8010-G(根焊、热焊)+低氢型焊条E8018-G电弧焊(其余焊道),下向焊。
(3)纤维素型焊条电弧焊E6010(根焊)+E8010-G焊条电弧焊(其余焊道),下向焊。
这种纤维素和低氢型焊条适合于手工下向焊接工艺,与传统的向上焊接工艺相比,下向焊具有速度快、质量好、熔敷率高等突出优点。而自保护药芯焊丝半自动焊,本身利用渣-气联合保护,抗风力可达8 m/s,有效地克服了其他焊接工艺方法野外作业抗风能力差的特点,同时也具有焊接效率高、质量好且稳定的特点,成为长输管道野外焊接目前主要的焊接方法。
2.3焊接工艺实验方案设计
焊接工艺实验方案有以下4种:
工艺1:E6010+NR207;
工艺2:E6010+3Ni1;
工艺3:E6010+E8010-G+E8018-G;
工艺4:E6010+E8010-G。
相关的焊接工艺参数设定,见表1。
表1焊条电弧焊和药芯焊丝半自动焊工艺参数
序号 工艺 工艺参数/焊道 根焊 填充焊 盖面焊
1 E6010+NR207 电流(A) 90-100 90-250 180-250
电压(V) 24-28 17-19 17-19
平均焊速(m/min) 0.112 0.234 0.170
送丝速度(m/min) — 2.032-2.794 2.032-2.794
2 E6010+3Ni1 电流(A) 90-100 180-210 180-210
电压(V) 24-28 19-20 19-20
平均焊速(m/min) 0.113 0.170 0.147
送丝速度(m/min) — 2.032-2.286 2.032-2.286
3 E6010+E8010-G+E8018-G 电流(A) 90-100 200-220 200-210
电压(V) 24-28 20-30 20-28
平均焊速(m/min) 0.115 0.272 0.244
4 E6010+E8010-G 电流(A) 90-100 110-130 100-120
电压(V) 24-28 18-22 18-22
平均焊速(m/min) 0.120 0.159 0.116
2.4焊接操作工艺性能分析
根焊时,采用了E6010纤维素型焊条,其牌号有FOXCEl、HOBART、台湾天泰、天津大桥等,焊接过程中发现HOBART、台湾天泰、天津大桥等纤维素型焊条不是电弧吹力小、焊条偏心严重,就是根焊道单面焊双面成形不良等工艺性能差,基本上不能满足根焊高质量的要求,而FOXCEL E6010焊条操作工艺性能及单面焊双面成形均良好。填充焊,FOX CEL 85 E8010-G、FOX BVD 85 E8018-G焊条焊接操作工艺性能优良,能满足工程需要,实际管道工程可以采用。
采用药芯焊丝半自动焊,LINCOLN NR207的焊接规范参数调节范围大,焊接电流大,操作工艺性能较好;HOBART 3Ni1焊丝焊接参数调节范围较小,操作工艺性能一般。二者相比,前者的施工效率高,焊工容易掌握;从操作工艺性能方面分析推荐优选LINCOLN NR207。
自保护药芯焊丝半自动焊模拟野外高湿环境采用在细雨中露天焊接,测得的相对湿度为98%,工艺参数与相对湿度为90%时基本相同。
3结束语
随着我国经济的发展,能源结构的调整,采用高效、节能和清洁的天然气作为能源是人们所希望的,因而迎来了以天然气管道为中心的我国管道工业发展的第二个高潮,如已经建成的陕京输气管线、正在建设中的举世瞩目的西气东输管道工程,即将建设的忠武输气管道工程及其他的支线和地方性较短距离的输气管道工程等。因此管线焊接工艺的设计、改进,在很大程度上有助于保障整个管线铺设工程的顺利和安全,本文对于输气管线环焊缝的焊接工艺的探讨,对于管线焊接工艺的设计与改进,是一次有益的尝试,值得推广。当然,更多的管线焊接工艺的改进,还有赖于广大管线焊接技术工作者的努力,共同为实现我国输气管线焊接工艺的长足发展而努力。
参考文献
1 张文钺等.焊接冶金与金属焊接性[M].北京:机械工业出版社,1988
2 于英姿.输气管道硫化物应力腐蚀分析[J].焊管,2000(5):6～9
3 冯 斌等.我国油气管道钢生产技术水平现状与发展方向[J].中国石油天然气管道局.2001优秀论文集.管道局,2001:35～46
Gas Pipeline Girth Weld Process
Xuan Yanqun
Abstract:The gas pipeline welding quality to a large extent affect the safe and reliable gas transmission project, it is necessary to the gas pipeline to start analysis of the welding process, the article briefly discusses the current status of gas pipeline welding technology Based on the focus ring weld combination of welding process of welding the pipeline, it focuses on the design of the welding process and its experimental program of design, detail the operation of its welding process performance, and for further improving our pipeline welding quality and welding process may be helpful for the improvement.
Key words:gas pipeline; girth weld; welding process