長輸油氣管道帶壓開孔焊接需求

長輸油氣管道帶壓開孔焊接需求

長輸管道作為遠(yuǎn)距離油氣輸送的主要方式，隨著我國能源工業(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、滿足越來越苛刻的使用條件要求，大口徑、耐高壓、薄壁化的高強韌性管線鋼是發(fā)展趨勢。國產(chǎn)高強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、加拿大等歐美國家已經(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 鋼管試驗段，Exxon  Mobil公司于 2004 年在加拿大建成了X120 鋼管的 1.6km試驗段。

因此，隨著國家長輸油管道的建設(shè)，這些高強韌性管線鋼管的維護(hù)工作量也呈指數(shù)般地增長。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)行帶壓開堵漏和帶壓開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)系到帶壓開孔工程的焊接質(zhì)量、施工效率和成本，而且對管線運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

高強韌性管線鋼屬于低合金高強鋼、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，新的問題隨之出現(xiàn)，在帶壓開孔工程施工中，母材的低碳當(dāng)量高強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)問題等。因此對于低合金高強鋼，在帶壓開孔工程中應(yīng)注意焊縫金屬冷裂紋問題。對于大線能量焊接，必須對其焊接熱影響區(qū)組織與韌性進(jìn)行評定，特別要注意帶壓開孔短節(jié)的多層焊局部脆性區(qū)問題。對于新發(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防止焊接熱影響區(qū)晶粒的過分長大。

2.焊接材料

帶壓開孔所用焊接材料的選擇是長輸管道焊接要考慮的一個重要方面，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、鐵水流動性和浸潤性好、全位置焊時不易下淌、焊后焊縫金屬韌性好、抗裂性好，適于各層的下向焊接。對于傳統(tǒng)的低氫型焊條因其全位置上向根焊時，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

長輸管線用焊絲分為實心焊絲和藥芯焊絲兩種。

(1) 實心焊絲

實心焊絲主要有兩類:一類用于埋弧焊，另一類用于熔化極活性氣體保護(hù)焊。 埋弧焊用實心焊絲執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)有GB/T  5293-1999用于低碳鋼及強度級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，主要用于強度級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)焊接強度級別較高的鋼種時，則應(yīng)選擇含Mo的焊絲，例如，國產(chǎn)H10MnSiMo焊絲和執(zhí)行美國標(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，隨著長輸管線向著高強度、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焊和自動焊焊接方法所取代，其中以半自動焊應(yīng)用發(fā)展最為迅速，與之而來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是分不開的，表現(xiàn)在：熔敷速度快，焊接生產(chǎn)率高；與實芯焊絲相比，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)，使得其焊縫金屬沖擊韌性在焊態(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，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。