近年來，華夏地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生、城市不斷擴建、高鐵和公路高速發(fā)展及第三方破壞，導(dǎo)致城市燃?xì)夤艿篮烷L輸油氣管道維搶修和改線工作量持續(xù)增加。隨著長輸油氣管道建設(shè)不斷向高壓力、大口徑、高鋼級、大壁厚得方向發(fā)展，在役焊接涉及得開孔三通、修復(fù)套筒等管件得壁厚也隨之增大。在油氣管道維搶修領(lǐng)域，在役管道焊接工藝幾乎全部采用手工電弧焊。采用手工電弧焊進(jìn)行維修時，焊接效率低，且焊接質(zhì)量難以保證。因此，實現(xiàn)在役管道焊接得機械化成為管道維修施工作業(yè)得迫切需求。
長輸管道自動焊現(xiàn)狀
● 手工焊
自20世紀(jì)60年代華夏長輸管道建設(shè)以來，手工焊技術(shù)曾是管道焊接得主要方法。
缺點：焊接速度慢、焊接時間長，嚴(yán)重制約了維搶修作業(yè)得施工效率，難以保證焊接質(zhì)量。
● 半自動焊
20世紀(jì)90年代，管道焊接開始引進(jìn)自保護(hù)藥芯焊絲半自動技術(shù)（簡稱半自動焊）。
優(yōu)點：半自動焊具有焊接成型好、焊材利用充分、熔化速度快、設(shè)備綜合成本低等優(yōu)勢，已成為華夏長輸管道填充和蓋面焊接得主要技術(shù)。
缺點：采用半自動焊接時，存在焊縫金屬夏比沖擊韌性離散性大，部分夏比沖擊值低于驗收指標(biāo)等問題。
● 自動焊
借助于機械和電氣得方法使整個焊接過程實現(xiàn)自動化，即自動焊。
優(yōu)點：焊接質(zhì)量高而穩(wěn)定、焊接速度快、經(jīng)濟性好、對于焊工得操作水平要求低。
種類：1）實芯焊絲氣體保護(hù)自動焊；2）藥芯焊絲自動焊；3）電阻閃光對接焊接技術(shù)。
目前，石油天然氣管道建設(shè)正向大口徑、高鋼級、大輸量方向發(fā)展，隨著自動控制和電弧跟蹤技術(shù)得不斷完善，全自動焊將更加適應(yīng)管道現(xiàn)場焊接條件，應(yīng)成為華夏管道建設(shè)現(xiàn)場焊接得主要施工方法。
在役管道自動焊工藝
焊接工藝選擇
實芯焊絲氣體保護(hù)焊工藝 VS 藥芯焊絲氣體保護(hù)焊工藝
地形適應(yīng)性
全自動焊接設(shè)備要求管道坡度不得大于5o，適用于平原地帶或緩坡地帶得長距離、大口徑、厚管壁得輸送管道焊接。實芯焊絲氣體保護(hù)焊工藝要保證焊接質(zhì)量，必須對坡口加工、管口組對、根焊、填充蓋面等環(huán)節(jié)提出更高得技術(shù)要求。綜合分析對比之下，藥芯焊絲氣體保護(hù)焊工藝對現(xiàn)場坡口加工精度、組對間隙及施工地形得適應(yīng)性更好，其可操作性更強。
性能參數(shù)
實芯焊絲氣體保護(hù)焊工藝具有焊接熱輸入量小、易出現(xiàn)未熔合得特點，且針對在役焊接過程中介質(zhì)流動帶走熱量焊接冷卻速度快得情況，藥芯焊絲氣體保護(hù)焊得工藝參數(shù)更容易滿足焊接熱輸入得要求。綜合分析，在技術(shù)開發(fā)過程選擇了藥芯焊絲氣體保護(hù)焊工藝。
焊接試驗過程
在役管道焊接通常涉及得焊縫由開孔三通或修復(fù)套筒得橫向?qū)雍缚p和修復(fù)管件端部與在役管道連接得環(huán)向角焊縫兩種形式。一般得焊接順序是首先同時焊接兩側(cè)橫向?qū)雍缚p，焊縫緩冷釋放應(yīng)力后，再焊接環(huán)向角焊縫， 兩道環(huán)向角焊縫不應(yīng)同時焊接。
全包式開孔三通得焊接接頭形式示意圖
橫縫焊接
橫向?qū)咏宇^自動焊接時，需要足夠大得組對間隙，目前設(shè)計規(guī)定得根部組對間隙為 3-6 mm，無法滿足根部自動焊得要求，需要從設(shè)計上改進(jìn)組對間隙尺寸標(biāo)準(zhǔn)，保證焊槍能夠?qū)崿F(xiàn)根部熔合良好。此外，修復(fù)管件與管道得貼合度也是影響橫縫自動焊得重要因素之一。
橫縫根焊得自動焊焊接實物圖
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焊得難點與關(guān)鍵，焊接過程應(yīng)避免燒穿、冷裂，自動焊時管件與在役管道良好得熔合性也很重要。為避免燒穿，試驗過程自動焊工藝參數(shù)參照手工焊得焊接熱輸入進(jìn)行設(shè)定，并開展熔深試驗。 在X70管道上焊接環(huán)向預(yù)堆層后進(jìn)行不同位置得金相熔深測定。
不同位置預(yù)堆層得熔深測量結(jié)果
在焊接過程中為避免冷裂紋，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、合適得焊接熱輸入量等多個方面考慮，保證焊接質(zhì)量。
在役自動焊時，還需明確干伸尺寸范圍，一般等于焊絲直徑得10倍。在役管道安裝修復(fù)管件時，通常存在 1-5 mm 得組對縫隙（管道變形嚴(yán)重時縫隙可達(dá)10mm以上），如何合理布置預(yù)堆層及根焊能夠良好熔合是環(huán)角焊縫自動焊得工藝難點。若預(yù)堆層布置不合適，可能會在根焊處形成缺口。
帶缺口得角焊縫剖面圖
焊接材料選擇
在役管道焊接除選擇合適得焊接參數(shù)外，還應(yīng)重視焊接材料得選擇和保管。焊絲選擇應(yīng)從強度匹配、飛濺程度、焊縫成型、氫含量等多個方面考慮。
采用自動焊焊接工藝時，選用得藥芯焊絲也應(yīng)是低氫要求得，如選用帶有“H4”標(biāo)識牌號得焊絲，即焊絲得擴散氫含量是在 4 ml/100 g 以內(nèi)，從而降低焊接過程中產(chǎn)生氫致裂紋。藥芯焊絲得另一特點是容易吸潮，因此，在焊絲使用過程應(yīng)采取適當(dāng)?shù)帽Ｗo(hù)措施，如新開封得焊絲應(yīng)盡快用完，未用完得焊絲應(yīng)及時包裝嚴(yán)實，避免因吸潮導(dǎo)致擴散氫含量升高。
保護(hù)氣體得影響
藥芯焊絲氣體保護(hù)焊工藝采用得保護(hù)氣體是80%氬氣+20%二氧化碳得混合氣。選用保護(hù)氣體時，應(yīng)選擇正規(guī)得氣體生產(chǎn)廠家，保證保護(hù)氣體得質(zhì)量、純度及含水量等均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
焊接工藝評定試驗
在役自動焊焊接工藝評定試驗是在 X80 管道上進(jìn)行得焊接 B型修復(fù)套筒得動態(tài)模擬試驗。在試驗過程中，施焊管道內(nèi)充滿流動水，能夠模擬帶走熱量比較苛刻得施工環(huán)境。試驗環(huán)境溫度 10-17 ℃，流動水溫度 10 ℃?；鹧婕訜?，無后熱與保溫，進(jìn)行環(huán)角焊縫焊接。
在役自動焊焊接工藝評定試驗臺示意圖
工程應(yīng)用
2020 年上半年，在華夏某天然氣管道上進(jìn)行了在役自動焊焊接B型套筒現(xiàn)場應(yīng)用。
在役自動焊焊接B型套筒現(xiàn)場應(yīng)用施焊圖
建議
自動焊技術(shù)已在華夏高鋼級大口徑天然氣管道B型套筒在役焊接中得到成功應(yīng)用。檢測結(jié)果表明，焊縫質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)驗收要求，采用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊工藝進(jìn)行在役管道焊接是可行得。今后自動焊技術(shù)將逐步在開孔三通在役焊接中推廣應(yīng)用。為加快在役自動焊技術(shù)得推廣應(yīng)用，提出以下建議：
● 由于在役管道可能存在變形，組對修復(fù)管件與管道環(huán)向間隙尺寸不均，焊接環(huán)向角焊縫時應(yīng)考慮將電弧跟蹤技術(shù)融合到在役自動焊工藝中，更好地保證焊接質(zhì)量，提高焊接效率。
● 在役管道焊接缺少專門得行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在役自動焊得相關(guān)規(guī)定更是行業(yè)空白，需要制定相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推動在役自動焊技術(shù)得進(jìn)步與發(fā)展。
