论述石油天然气管道的焊接方法及焊接工艺

论述石油天然气管道的焊接方法及焊接工艺

张国强

海洋石油工程股份有限公司 300452

摘要：焊接质量是油气建设项目稳定、安全运行的重要保证。阐述了石油天然气建设工程钢制设备和管道的主要焊接方法和质量控制，介绍了钢材的分类和应用，焊接材料的分类和选择。本文件从项目管理的角度，阐述了焊接工艺和焊工资格考试的要点，总结了焊接质量控制程序和要点。
关键词：焊接方法； 焊接工艺； 质量控制； 无损检测；　　
1.焊接方法及应用

石油天然气设备及工艺管道、长输管道的焊接均为熔化焊，焊接包括焊条电弧焊、钨极气体保护焊、自保护药芯焊丝半自动焊、熔化极气体保护电弧焊（自动焊）[1]。由于电弧焊条使用灵活、方便、价格低廉，广泛应用于所有施工现场。钨极气体保护焊接的优点，焊接机械性能好，主要适用于现场工艺管道的封底焊.半自动和自动焊接由于效率高，主要应用于长管道焊接。

2 母材金属材质及主要用途

由于长管道、站内工艺管道、钢结构支架、设备容器多为钢制，本文件仅供讨论。钢大致可分为四类：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个类别。Ⅰ类钢包括碳素钢；Ⅱ类钢指低合金高强度钢；Ⅲ类钢主要有铬钼钢、铁素体钢、马氏体钢；Ⅳ类钢主要为奥氏体钢及奥氏体与铁素体双相钢。石油天然气建设工程主要使用的是Ⅱ类、Ⅲ类钢中的优质碳素钢、低合金高强度钢、耐热钢、低温钢和不锈钢等。

碳钢主要分为普通碳钢和优质碳钢。普通碳钢主要品牌：Q215、Q235、Q245R、Q275。主要应用有钢结构、管道支座、容器支座等结构支撑构件，可用于制造压力贮器。添加合金微量元素的优质碳钢提高了强度和强度，特别是Q295、Q345、Q420、20、20G、L415、L450、L485等主要品牌。L415、L450钢管（符合API X60、X70标准）、Q295、Q345、Q420钢管粘结强度高，20G为锅炉用钢[2]。

合金高强度钢具有耐热钢、不锈钢、低温钢等特殊性能。

耐高温钢具有抗氧化性和足够的强度，同时具有良好的耐热性。合金元素，主要是铬、钼，一般不超过总数量的5%，品牌12 CRMO、12 CRMOV、15 CRMO等。主要用于蒸汽管道、锅炉钢管等。不锈钢的耐腐蚀性随含碳量的增加而降低，大多数不锈钢的含碳量较低，不超过1.2%。主要合金元素CR主要品牌：06Cr19Ni10、06Cr19Ni11Ti，主要用于耐酸绝缘管道、耐酸容器等。钢管在低温（-165-196°C）下保持足够的强度，广泛采用9Ni低温钢制造。

3 焊接材料基本知识及选取

常用的焊接材料分为焊条、焊丝、焊剂、气体等。由于生产工艺中会有很多因素的影响，所以焊接材料在选择的时候要从多方面进行考虑。焊接材料的选择对于焊接的质量有着至关重要的作用，所以焊接材料的选择应遵守以下原则进行。

3.1要满足焊接的接头的使用性能。这个性能包括多方面的，如：高温时的强度、冲击韧性、化学成分、硬度、常温时的强度等等。另外还要考虑技术的标准和其他的一些特殊要求，比如：高温抗氧化性能、抗腐浊性能、持久强度等等。在选择上一定要充分考虑到这些性能。3.2要满足焊接接头的焊接工艺性能以及制造工艺性能上的一些要求。焊接中，对各种材料和结构，肯定是要进行一定的切削加工和各种成型的工作。这就要求焊接材料要具有切削性能、高温综合性能等多方面的性能要求。焊接材料的选择极其工艺性能的好坏，直接影响到焊接的质量。这些性能的要求都是不可忽视的。

3.3焊接材料的选择要合理并且经济。选择上首先要满足生产工艺及其他各方面性能的要求，但是在满足这些要求的同时，我们还应注意选择价格便宜的材料，选择价格便宜的材料以此来降低成本，提高利润。注意采购的时候进行多方面的比较和参考，货比三家，做到心中有数，选择到性能符合并且低价的焊接材料，降低制造成本。

4一般焊接质量控制程序及内容

焊接质量控制的一般程序和要素包括：线路或工艺管线，设备安装施工方案→焊接技术概述→焊工资格验证：颁发机构、有效期、项目批准。层间温度→外检：残余高度、边缘位移值、焊缝宽度等.→无损检测→焊接后热处理和硬度控制（如有必要）→下道工序。

4.1 焊工资格审核及管理

应按TSG Z6002-2010《特种设备焊接操作人员考核细则》对项目批准、有效期、焊接方法进行审查，钢类、焊接位置等。由于承压设备和管道的质量安全责任重大，正式焊接前应为焊工进行现场考试。

4.2焊接技术评估

试样焊接是在所开发的焊接工艺的基础上进行的，然后通过无损检测和机械性能测试对焊缝质量进行控制。凡是符合要求的都被认为符合要求，否则就不尽如人意，需要改变焊接工艺并再次进行评估。根据焊接工艺评定，建立相应的焊接工艺规程，然后经客户同意进行焊接工作。焊接工艺评定主要包括以下内容：无损检测报告、机械性能测试、母材材质证书、焊接材料材质证书、坡口形式、工艺参数等.

5、我国管线焊接技术的发展方向。

5.1管线焊接工艺在我国使用现状。经过上述可知，现如今焊接工艺在我国有多种需要解决的问题，而我国在管道建设方面也有着一定的特殊条件，因此，对于外国的技术我国不能照抄照搬，需要对相关焊接工艺进行分析，按照其焊工工艺的特点研究出适用于我国的独有的工艺特点，焊接设备可以安装在大型的汽车当中，来完成现场焊接，因此，现如今我国固有的条件之下，管道现场焊接应当使用径向摩擦焊这种方式，这种方式也较为适用于我国目前的发展。使用爆炸焊需要大街街头，而这点在目前我国的管道生产当中，电子束焊设备较为广泛，而水平管道的电子束焊接工艺还不是十分成熟，因此，可以使用海上管道焊接。陆地管道的焊接还是有一定的缺陷存在，现如今我国国产的激光器功率上较小，而国际上的大功率激光器在我国禁止出售，因此，在焊接街头热处理方面还是较为困难的，火星气体保护锻焊是目前研发出来的新工艺，但是其相关文献较少，我国目前对于焊接工艺试验还无法进行。

5.2我国应用径向摩擦焊应解决的关键问题。管道钢属于中碳钢，再进行摩擦焊工艺时其焊接性能极好，与此同时，由于摩擦焊街头是热锻造组织，综合能力极强，对于象管道这种承压接头，较为合理。
        管道现场焊接当中径向摩擦焊是由控制系统，液压站以及主机三个部分组成。径向摩擦焊与常规的轴向摩擦焊机相比之下，不会承受过多的正向拉压力，仅仅只会承受扭转里。管道现场焊接速度没必要太过复杂，与此同时，由因为惯性的径向摩擦焊工艺，可以让汽车发动机作为焊接的主动力。因此，可以让径向摩擦焊机装在汽车上完成管道的现场焊接。

6.结论

作为工程建设的管理者，了解、掌握了金属材质、焊接材料、焊接方法与工艺、焊工资格相关规定，再根据设计文件、建设工程相关标准规范、项目管理程序与经验，把握质量控制与管理的关键环节，是达到焊接质量目标的必由之路。

参考文献
[1]陈学武。长输管道焊接方法及其选择[J].油气储运，2000（4）：30-38.
[2]王洪光。适用焊接工艺手册[K].北京：化学工业出版社，2010.
[3]吴树熊。电焊条的选用[M].北京：化学工业出版社，2003.