石油长输管道接口焊缝新技术探讨

【摘 要】石油企业在近几年得到了快速的发展，且其市场也得到了不断的扩大，而我国对石油的需求量也在持续增加，并带动了西气东输等工程的不断开展。长输管道可以对运输中时间的浪费与人力物力的浪费作一定的减少，并对石油运输的质量与效益作一定的保障。因此，油田长输管道的焊接质量必须得到一定的保证，并依据地形与环境的不同做到因地制宜采取相对合适的方法，从而为油气运输提供一定的便利，并由此为经济的发展与人们的生活作进一步的推动。本文对石油长输管道焊接的新技术进行了分析探讨，仅供参考。

【关键词】长输管道；焊接质量；焊接技术；研究分析

一、长输管道泄漏的原因

1、防腐绝缘层裂化，腐蚀穿孔

防腐绝缘层在长期使用过程中会出现老化问题，一旦出现老化，防腐层表面将出现严重的裂化问题。防腐层腐蚀后主要表象形式是点蚀，绝缘层上出现不均匀的大面积锈斑和腐蚀坑。防腐层裂化后通常会出现腐烂问题，首先是防腐层表面开始腐烂，接着便直接腐烂到钢管表面，此时再受其他外力的影响，腐蚀和腐蚀穿孔的速度会不断加快，导致长输管道出现泄漏问题。

2、阴极保护度低或阴极保护失效

阴极保护在长输管道运行过程中发挥着至关重要的作用，如果阳极区出现中断或者断电等问题，阳极区的电阻会不断增加，恒电位仪工作失去原有的效果，运行参数出现较大的波动，输出的电流和电压波动幅度较大，从而降低阴极保护的效率。阴极保护电位降低后，导致阴极保护失去原本的功效，长输管道因此出现泄漏问题。

3、环向焊缝开裂

环向焊缝受输气压力的作用后，原本存在于焊透、溶蚀和错边等位置的缺陷将随之放大，从而产生绗缝开裂或者焊缝断裂等问题，长输管道因此产生泄漏问题。

4、人为因素破坏

长输管道在输气过程中，如果受到不法分子的窃取，将会引发管道泄漏问题；另外，如果管道在输气的过程中，操作人员操作不当或者工程机械使用不当也会引发严重的管道泄漏问题。

二、我国长输管道焊接现状

1、我国长输管道焊接现状

随着社会技术进步和人类对石油和天然气需求量的急剧增加，长输管道在向着大口径、长距离、高压力、高钢级方向发展，焊接技术及相关的设备、材料性能也在同步提高。国外的管道焊接技术与国内相比大致相同，但国内生产的管道自动焊焊接设备与国外相比仍有一定差距。

2、在长输管道建设中应用的主要焊接技术

我国目前应用的长输管道焊接技术基本上是从国外直接引进或在国外焊接设备、材料的基础上进一步开发、优化、推广应用而来。主要焊接技术有：①焊条（纤维素、低氢型）电弧焊管道下向焊接技术。②焊条（纤维素、低氢型）电弧焊根焊、自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖面管道下向焊接技术。③STT（表面张力过渡）气体保护半自动根焊、自保护药芯焊丝半自动焊填充盖面管道下向焊接技术。④RMD（短弧控制熔敷金属过渡）气体保护半自动根焊、自保护药芯焊丝半自动焊填充盖面管道下向焊接技术。⑤单焊炬焊机气体保护全自动管道下向焊技术（如PWT焊机管道外根焊、RMS焊机填充盖面焊）。⑥带铜衬垫内对口器气体保护根焊、单（双、多）焊炬外焊机气体保护填充、盖面管道全自动下向焊技术。⑦多焊炬内焊机气体保护根焊、单（双）焊炬外焊机气体保护管道全自动下向焊技术。

3、长输管道焊接存在的问题与不足

我国的半自动焊和自动焊设备，特别是在焊接电源方面，与一流的焊接设备制造商，如美国米勒、法国萨福、奥地利福尼斯公司等产品相比，无论是焊机稳定性还是灵敏度上都不及国外产品；在焊接材料方面，国内一些著名的材料制造商如天津大桥、金桥焊材集团等企业近年来进步很快，相继开发出了用于高强度X80管线钢的实芯焊丝和自保护药芯焊丝等高性能焊材，打破了国外公司在国内市场的垄断。但总体实力还有一定差距，特别是在高端焊接材料上，基本上还被国外垄断。

三、油田长输管道焊接技术的研究

1、油田长输管道焊接的常见方法

（1）复合型下向焊复合型下向焊主要是采用热焊层与根焊层向下焊接，再通过向上焊进行填充与盖面，其特点主要是相对适用于壁厚较大的一些管道进行焊接工作。

（2）混合型下向焊混合型下向焊主要是利用纤维素型焊条进行热焊与打底焊，再通过低氢型的焊条进行盖面与填充，其特点主要包括相对较好的抗冲击韧性、抗冷裂纹以及高可适用性等，能够在恶劣环境或者气候下进行使用。此外，其溶化速度也有相对较慢的特点。

（3）手工下向焊手工下向焊的发展已经相对成熟且得到了广泛的应用，其特点主要包括相对较快的焊接速度和相对较好的根焊性能。另外，该种方法所形成的焊缝在通常情况下，可以一次通过相关的焊缝射线探伤测试工作。

2、油田长输管道焊接的操作规范

就长输管道焊接的操作规范而言，主要是在启动相关焊接设备前需要检查电源极性、开关位置、指示仪表以及设备等，并在正式施工前于试板上作相关的实验焊接工作，对工艺参数作一定的调试，要避免坡口以外管道表面出现起弧的情况。焊机底线放置的相关规范主要是在靠近焊缝处放置底线，并通过应用卡的使用使寒风接触与底线的良好得到一定的确保，从而避免电弧对母材可能造成的击伤。为了对焊接的飞溅烧伤作有效的预防，可以在焊口两侧覆盖具有足够耐热性、耐烧性以及宽度的覆盖物。在通常情况下，管口两侧必须有两名焊工各自进行焊接工作。另外，要避免各层焊道焊接在热焊后出现中断的情况，使层间温度保持在100℃至200℃之间。而在焊接过程中如果出现了表面气孔、偏吹等异常情况，需要立刻停止焊接作业。

3、油田长输管道焊接特点的分析

长输管道焊接质量想要得到一定的保证，首先就需要确保使用的钢材相对高级，而在焊接的过程中需要运用相关的技术、资料以及丰富的经验进行判定，并根据管道质量对焊接工艺进行选择。举例来说，根焊焊接的速度对整个工程施工的速度有着直接的影响，而在实地操作的过程中有着相对较高的难度和相对较大的工作量。另外，不同地区的环境特点与地质结构也有着一定的差异，为了对当地的环境地貌与气孔特征进行适应，管道焊接的施工工艺就需要多样化。举例来说，在低温环境下实施焊接技术的时候，需要对焊缝冷却速度作充分的重视。这主要是因为在低温环境进行焊接的时候，会引起焊缝冷却速度与硬度的增加，而这在一定程度上也会加大冷裂纹的敏感性，因而需要进行低温下作业避免以上可能出现的情况。

四、我国长输管道焊接技术的未来发展趋势

1、高效焊接

目前，自保护药芯焊丝半自动焊工艺在管道焊接方面得到了广泛应用，占据国内长输管道主体焊接方法及工艺；实芯焊丝或金属粉芯焊丝气体保护全自动焊焊接工艺在提高工效和焊接质量方面有着独特的优越性，在西气东输等大型管道工程的平原段发挥了示范作用；多焊矩内焊+双丝外焊管道全自动焊工艺更是锦上添花。应该根据管道的具体情况（钢级、规格、地形、输送介质等），择优推广管道自动焊技术。据悉，管道单熔池双丝焊接设备及技术、大口径管道激光-电弧复合焊焊接设备及技术，国外已经在实验室试验成功。国内的管道科学技术研究院近年来也一直进行相应设备及技术的研究并完成了焊接工艺评定，处在和国外同步研发的水平。在长输管道焊接全自动焊应用程度上，国外已经达到85%以上，而国内目前还不足5%，将有很大的发展空间。

2、数字化焊接

数字化焊接技术涉及到焊接设备、焊接工艺知识、传感与检测、信息处理、过程建模、过程控制器、机器人机构，以及采用智能化途径进行复杂系统集成的实施等诸多方面。由于焊接过程的多变性和复杂性，利用数字化技术，使焊接设备从简单的机电产品变成一种精密加工仪器，研制数字化焊机将是焊接设备发展方向。当然，与“硬件”配套的“软件”，如管道焊接数据库、管道焊接专家系统及管理系统，应得到同步研发。

3、绿色焊接

就绿色焊接而言，在我国长输管道建设市场，主要是选用低烟尘的焊条；选用无弧光和粉尘污染的埋弧焊方法；选用耗能小、噪声低、排量适中的环保型焊机、研制激光-电弧复合焊设备及工艺、淘汰高能耗的焊接设备等。五、未来长输管道建设对焊接装备及焊接材料的需求

（1）焊接及辅助设备长输管道焊接施工的焊接及辅助设备在如下几方面需加以考虑：第一，严酷环境下的稳定性。施工过程中会遇到严寒、酷热和潮湿等各种环境，电源要有不同环境下的适应能力，如国产焊接设备低温状态下数字仪表灵敏度和高温状态下的稳定性等都是需要加强的。第二，精确控制。长输管道全自动焊施工时，管口坡口加工、组对和焊接都是在现场完成。为了提高施工效率，通常采用尽量窄间隙的复合坡口形式，因此对坡口加工精度和管口组对要求都很高。相关设备如坡口机、内焊机、热焊机及外焊机均是流水作业，要求精确控制，将累积误差控制在最小范围。第三，一机多用。现在国内长输管道及场站使用的焊接方法有：纤维素焊条焊，低氢焊条焊，自保护药芯焊丝半自动焊，气体保护半自动焊、全自动焊，TIG焊等。施工中，往往一名焊工需完成从打底到填充、盖面的所有工作，而根焊和填充、盖面往往采用不同的焊接方法，所以需焊接电源最好同时适应较多的焊接方法，研发多功能焊机。第四，小巧轻便。长输管道既有戈壁滩机械化大流水施工，又有山地陡坡及隧道施工，要求焊接设备既要能满足机械化大流水施工的连续工作，又要能满足山地及隧道施工小型轻便、安全可靠的要求。第五，对供电电源的补偿能力。由于长输管道建设必然会经过地域偏僻、交通不便的地区，靠市电供电的电源电缆都比较细，线损很大，380V的电压送到焊机时只有340V左右，电源电压不可能满足一般焊机的需要。而野外内燃机发电设备，电源频率往往得不到保障，所以要求焊机具有对电网电压的补偿能力和对45～60Hz频率的适应能力，才能满足焊接的基本要求。

结束语

近年来各国共同面临的一大问题就是能源的紧缺，而关于不可再生资源的有效利用也是目前急需攻克的难题。就油田来说，其珍贵性自然不言而喻，如何运输油田中的油气也一直困扰着相关企业和技术人员。随着科技的不断创新，管道运输成功地解决了这一问题，并具备多种优势，例如相对庞大的运输量、相对较高的安全性等。管道的铺设是通过焊接技术进行，因此焊接质量必须得到一定的保障。

参考文献：

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