天然气管道的焊接技术
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天然气管道的焊接技术
1 前言
随着东海气田的进一步开发,西气东输项目的全面启动,天然气作为一种洁净能源逐步替代传统的人工煤气,其热值高、成本小、污染少,可广泛用作城市燃气和火力发电:又因天然气碳氢含量高,也是一种优质的化工原料。
天然气的特点是压力大,其输配系统为高中压燃气管道,对燃气供应的安全性、可靠性的要求较高。天然气管道的材质一般为合金钢,从X52到X70,壁厚为21.5一mm 的并不鲜见,承压值有较大的提高。作为管道安装的主要环节,焊接质量直接关系到天然气管道的安全运行。当前,如何确保大直径、厚壁钢管的焊接质量与施工进度,显得十分突出。
2 常用天然气管道焊接工艺介绍
双面焊容易保证接头质量,对焊工的焊接技术要求低;但是工作效率不高,作业条件差,并且受
到管径和施工条件的限制,应用范围很小,天然气管道的焊接多采用下述几种工艺。
2.1 氩弧焊打底+低氢型焊条焊填充盖面
(TIG50+E5015)
目前这种工艺非常成熟,焊接方向由下而上,在管道安装行业中的应用相当普遍。氩弧焊几乎适
用于任何金属材料,背面成型较好,并且对组对要求不高,手工电弧焊全位置焊接现在已经成熟。但是,这种传统工艺的工效不高,不能适应大规模流水作业的需要;而且氩弧焊打底时,仰焊部位容易产生内凹,尤其在大直径、厚壁管道焊接时,这种缺点更加明显,有时这种缺陷甚至是致命的。
2.2 手工纤维素焊条焊接(如E6010)
手工纤维素焊条焊接主要用于:纤维素焊条打底+低氢型焊条焊填充盖面(如
E6010+E8018)、纤维
素焊条打底+自保护药芯焊丝半自动焊填充盖面(如E6010+E71T8一Nil)。
为了适应大直径、厚壁高压管道焊接的需要,目前西气东输工程中下游地区广泛采用以上工艺。
焊接方向自上而下,使用的焊接电流较大,因而效率大大提高;而且因为顺流焊接,焊缝表面纹
路较小,成型美观。纤维素焊条焊接时,产生的电弧吹力足,容易获得理想的背面成型,是比较理想的打底材料,这种方法缺点是对组对要求较高,尤其要保证组对间隙,否则影响根部质量:由于电弧吹力较大,飞溅多,焊接时层间打磨量较大。在管道材质强度不高(如X42,X46,X52)时,可以采用E6010纤维素焊条打底与填充盖面,操作起来比较简单。在管道材质强度较高(如X56,X60,X65,X70)时,采用E6010纤维素焊条打底,E7018或E8018填充盖面;如果管壁较厚或者气温较低,在打底后立即用E6010,E7010或E8010纤维素焊条加焊一层热焊道,具体选材视管材而定。
药芯焊丝半自动焊可以大大提高工作效率,改善工作条件。由于焊丝的连续性,焊接过程断弧停顿的机会较少,因而焊缝质量大大提高;同时,自动焊使用的焊接电流大大增加,工作效率高,便于排管过程的流水作业。由于焊丝内含药芯,可以方便地调节成分,所以适合焊接不同成分的合金钢的需要,应用前景十分广
阔。
2.3 纤维素焊条打底+普通低氢型焊条焊填充盖面(如F,6010+ES015)
在山区或其他地形复杂区域,只适合小型手弧焊机作业时,一般可采用这种工艺,特点是比较灵
活,操作简单,可以保证焊接质量。由于国产焊条质量的提高,在一定区域有相当的应用空间。
3 管道焊接新工艺
由于国内油气田的开采建设以及西气东输工程的需要,大口径厚壁管的高压管道安装推动了自
动焊技术的发展。近年来,全自动氩弧焊和CO2气体保护焊技术相当成熟,表面张力过渡(STr)焊接设备的研制成功,使管线安装的自动焊接成为可能,这里就几种典型的工艺作些介绍,焊接方向均为下向焊。
3.1 Co2STT半自动焊接
适合于焊接合金含量较低的管道,对坡口及组对要求不高,焊丝为熔化极,与传统CO2气体保护
焊相比,飞溅小,效率高,操作者容易掌握。
3.2 STT半自动打底+自保护药芯焊丝半自动焊填充盖面
打底焊接材料为实芯焊丝,直径0.9~1.6 rain。保护气体可为纯或混合气(co2+ ),根据
管材级别的高低,合理调节气体比例,Cr元素等对CO2比较敏感,故高合金管道焊接时量要高些,
适合于厚壁大口径管道的焊接,效率较高,坡口组对要求不高,一般可开45 0。的小角度坡口,减
小了焊接量,提高了工作效率。
3-3 STT半自动打底+RMS自动外焊机填充盖面
焊接材料为实芯焊丝,直径在0.9 .5 rain。保护气体可为纯或混合气(co2+ ),根据管材级别的高低,合理调节气体比例,焊接高合金管道时Ar量要高些;并且通常在打底层时Ar量稍高,填充盖面焊道Ar量可适当减少,甚至完全使用CO2气体保护。由于填充盖面是全自动控制,坡口角度可大大减小,因而填充金属少,这在厚壁管道焊接时,效益非常明显。
3.4 STT全自动打底+RMS自动外焊机填充盖面
焊接材料为实芯焊丝,打底及热焊时焊丝一般直径在1.2~1.6 rain,填充盖面焊丝直径在0.9~1.2
rain,具体视管壁厚度及工艺要求而定。保护气体可为纯或混合气(co2+Ar),根据管材级别的高低,合理调节气体比例,高合金管道焊接时量要高些;并且一般打底层量稍高,填充盖面焊道Ar量适当减少,甚至完全使用CO2气体保护。坡口角度可大大减小,如有的工艺采用单边8。的坡口,提高功效。
3.5 美国CRCM300外焊机自动焊
采用这种工艺,全部焊接过程只用一种焊机,单种焊丝,只需要调整焊接参数就可完成整道焊缝
焊接,操作过程大大简化。焊接材料为实芯焊丝,直径在0.9~2.5 rain。保护气体可为混合气(co2+Ar )或纯,坡口角度可大大减小,因而填充金属量少,功效大大提高。根据母材成分选用焊接材料。全自动气体保护焊用实芯焊丝国内已大量生产,质量稳定,基本上满足焊接要求。