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焊接设备等是影响焊接质量的关键要素
作者:  时间:2017-10-06 09:06  点击数:
  我国的油气资源大部分分布在东北和西北区域,而消费商场绝大部分在东南滨海和中南部的大中城市等人口密布区域,这种产销商场的严峻别离使油气产品的运送成为油气资源开发和使用的最大妨碍。管输是打破这一妨碍的最佳手法,与铁路运送比较,管道运送是运量大、安全性更高、更经济的油气产品运送办法,其建造出资为铁路的一半,运送成本更只有三分之一。因而,我国政府已将“加强输油气管道建造,构成管道运送网”的开展战略列入了“十五”开展规划。依据有关方面的规划,未来10年内,我国将建成14条油气运送管道,构成“两纵、两横、四纽带、五气库”,总长超越万公里的油气管输格式。这预示着我国行将迎来油气管道建造的高峰期。
  
  我国正在建造和计划行将建造的要点天然气管道工程有:西气东输工程,全长4176公里,总出资1200亿元,本年9月正式开工建造,2004年全线贯穿;涩宁兰输气管道工程,全长950公里,已于2000年5月开工建造,现在已挨近竣工,天然气已送到西宁;忠县至武汉输气管道工程,全长760公里,前期准备作业已取得重大进展,在建的11条地道已有4条贯穿;石家庄至涿州输气管道工程,全长202公里,已于2000年5月开工建造,现在已挨近竣工;石家庄至邯郸输气管道工程,全长约160公里;陕西靖边至北京输气工程复线;陕西靖边至西安输气管道工程复线;陕甘宁至呼和浩特输气工程,全长497公里;海南岛天然气管道工程,全长约270公里;山东龙口至青岛输气管道工程,全长约250公里;中俄输气管道工程,我国境内全长2000公里;广东液化天然气工程,招商引资作业已完结,计划2005年建成。在建和将建的输油管道有:兰成渝制品油管道工程,全长1207公里,已于去年5月开工建造;中俄输油管道工程,我国境内长约700公里;中哈输油管道工程,我国境内长800公里。此外,由广东茂名至贵阳至昆明长达2000公里的制品油管线和镇海至上海、南京的原油管线也行将开工建造。除主干线之外,大规模的城市输气管网建造也要同期配套进行。
  焊接设备等是影响焊接质量的关键要素
  面临如此巨大的商场,如此难得的开展机会,对管道施工技能提出了新的应战。在相同输量的情况下,建造一条高压大口径管道比平行建几条低压小口径管道更为经济。例如一条运送压力为7.5MPa,直径1 400mm的输气管道可替代3条压力5.5MPa,直径1 000mm的管道,但前者可节约出资35%,节约钢材19%,因而,扩展管道的直径已成为管道建造的科学技能进步的标志。在必定范围内进步运送压力可以增加经济效益。以直径1 020mm的输气管道为例,操作压力从5.5MPa进步到7.5MPa,输气才能进步41%,节约资料7%,出资下降23%。核算表明,如能把输气管的作业压力从7.5MPa,进一步进步到10~12MPa,输气才能将进一步增加33~60%。美国横贯阿拉斯加的输气管道压力高达11.8MPa,输油管道到达8.3MPa,是现在操作压力最高的管道。
  
  管径的增加和运送压力的进步,均要求管材有较高的强度。近年来,在确保可焊性和冲击耐性的前提下,管材的强度有了很大进步。因为管道敷设彻底依靠焊接工艺来完结,因而焊接质量在很大程度上决议了工程质量,焊接是管道施工的关键环节。而管材、焊材、焊接工艺以及焊接设备等是影响焊接质量的关键要素。
  
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  我国在70年代初开端建造大口径长输管道,出名的“八三”管道会战建造了大庆油田至铁岭、由铁岭至大连、由铁岭至秦皇岛的输油管道,处理了困扰大庆原油外输问题。
  
  该管道规划管径φ720mm,钢材选用16MnR,埋弧螺旋焊管,壁厚6~11mm。焊接工艺计划为:手艺电弧焊办法,向上焊操作工艺;焊材选用J506、J507焊条,焊前烘烤400℃、1小时,φ3.2打底、φ4填充、盖面;焊接电源选用旋转直流弧焊机;坡口为60°V型,根部单面焊双面成型。
  
  东北“八三”会战所建造的管道已运转了30年,至今仍在服役,证明当年的工艺计划正确,而且施工质量杰出。
  
  80年代初开端推行手艺向下焊工艺,一同研发开发了纤维素型和低氢型向下焊条。与传统的向上焊工艺比较,向下焊具有速度快、质量好,节约焊材等杰出长处,因而在管道环缝焊接中得到了广泛的使用。
  
  90年代初开端推行自维护药芯焊丝半主动手艺焊,有用地克服了其他焊接工艺办法野外作业抗风才能差的缺点,一同也具有焊接功率高、质量好且稳定的特色,现成为管道环缝焊接的首要办法。
  
  管道全方位主动焊的使用已探究多年,现已有了打破性进展,成功地用西气东输管道工程,其功率、质量更是其他焊接工艺所不能比的,这标志着我国油气管道焊接技能已到达了较高水平。
  
  2 管道施工用钢管
  
  2.1 管线钢的开展前史
  
  前期的管线钢一直选用C、Mn、Si型的一般碳素钢,在冶金上侧重于功能,对化学成分没有严厉的规则。自60年代开端,跟着输油、气管道运送压力和管径的增大,开端选用低合金高强钢(HSLA),首要以热轧及正火状况供货。这类钢的化学成分:C≤0.2%,合金元素≤3~5%。跟着管线钢的进一步开展,到60年代末70年代初,美国石油安排在API 5LX和API 5LS规范中提出了微合金控轧钢X56、X60、X65三种钢。这种钢打破了传统钢的观念,碳含量为0.1-0.14%,在钢中参加≤0.2%的Nb、V、Ti等合金元素,并经过控轧工艺使钢的力学功能得到明显改进。到1973年和1985年,API规范又相继增加了X70和X80钢,而后又开发了X100管线钢,碳含量降到0.01-0.04%,碳当量相应地降到0.35以下,真实呈现了现代意义上的多元微合金化控轧控冷钢。
  
  我国管线钢的使用和起步较晚,过去已铺设的油、气管线大部分选用Q235和16Mn钢。“六五”期间,我国开端依照API规范研发X60、X65管线钢,并成功地与进口钢管一同用于管线敷设。90年代初宝钢、武钢又相继开发了高强高耐性的X70管线钢,并在涩宁兰管道工程上得到成功使用。
  
  2.2 管线钢的首要力学功能
  
  管线钢的首要力学功能为强度、耐性和环境介质下的力学功能。
  
  钢的抗拉强度和屈从强度是由钢的化学成分和轧制工艺所决议的。输气管线选材时,应选用屈从强度较高的钢种,以削减钢的用量。但并非屈从强度越高越好。屈从强度太高会下降钢的耐性。选钢种时还应考虑钢的屈从强度与抗拉强度的比例关系—屈强比,用以确保制管成型质量和焊接功能。
  
  钢在经重复拉伸紧缩后,力学功能会发作变化,强度下降,严峻的下降15%,即包申格效应。在定购制管用钢板时有必要考虑这一要素。可采纳在该等级钢的最小屈从强度的根底上进步40-50MPa。
  
  钢材的开裂耐性与化学成分、合金元素、热处理工艺、资料厚度和方向性有关。应尽可能下降钢中C、S、P的含量,恰当增加V、Nb、Ti、Ni等合金元素,选用操控轧制、操控冷却等工艺,使钢的纯度进步,原料均匀,晶粒细化,可进步钢耐性。现在采纳办法多为降C增Mn。
  
  管线钢在含硫化氢的油、气环境中,因腐蚀发作的氢侵入钢内而发作氢致裂纹开裂。因而运送酸性油、气管线钢应该具有低的含硫量,进行有用的非金属夹杂物形状操控和削减显微成份偏析。管线钢的硬度值对HIC也有重要的影响,为防止钢中氢致裂纹,一般以为应将硬度操控在HV265以下。
  
  2.3 管线钢的焊接性
  
  跟着管线钢碳当量的下降,焊接氢致裂纹敏感性下降,为防止发作裂纹所需的工艺办法削减,焊接热影响区的功能危害程度下降。但因为焊接时管线钢阅历着一系列杂乱的非平衡的物理化学进程,因而可能在焊接区构成缺点,或使接头功能下降,首要是焊接裂纹问题和焊接热影响区脆化问题。
  
  管线钢因为碳含量低,淬硬倾向减小,冷裂纹倾向下降。但跟着强度等级的进步,板厚的加大,依然具有必定的冷裂纹倾向。在现场焊接时因为常选用纤维素焊条、自维护药芯焊丝等含氢量高的焊材,线能量小,冷却速度快,会增加冷裂纹的敏感性,需求采纳必要的焊接办法,如焊前预热等。
  
  焊接热影响区脆化往往是构成管线发作开裂,诱发灾难性事端的本源。呈现部分脆化首要有两个区域,即热影响区粗晶区脆化,是因为过热区的晶粒过火长大以及构成的不良安排引起的,多层焊时粗晶区再临界脆化,即前焊道的粗晶区受后续焊道的两相区的再次加热引起的。这可以经过在钢中参加必定量的Ti、Nb微合金化元素和操控焊后冷却速度取得合适的t8/5来改进耐性。
  
  2.4 西气东输管道工程用钢管
  
  西气东输管道工程用钢管为X70等级管线钢,标准为Φ1 016mm×14.6~26.2mm,其间螺旋焊管约占80%,直缝埋弧焊管约占20%,管线钢用量约170万吨。
  
  X70管线钢除了含Nb、V、Ti外,还参加了少数的Ni、Cr、Cu和Mo,使铁素体的构成推迟到更低的温度,有利于构成针状铁素体和下贝氏体。因而X70管线钢本质上是一种针状铁素体型的高强、高耐性管线钢。钢管的化学成分及力学功能见表1和表2。
  
  3 焊接工艺
  
  3.1 现场焊接的特色
  
  因为发现和开采的油气田地处边远区域,地舆、气候、地质条件恶劣,社会依托条件较差,给施工带来许多困难,尤其低温带来的费事最大。
  
  现场焊接时,选用对口器进行管口组对。为了进步功率,一般是在对好的管口下放置根底梁木或土堆,在对前一个对接口进行焊接的一同,开端下一个对接准备作业。这将发作较大的附加应力。一同因为钢管热胀冷缩的影响,在碰死口时最容易因附加应力而出问题。
  
  现场焊接方位为管水平固定或歪斜固定对接,包含平焊、立焊、仰焊、横焊等焊接方位。所以对焊工的操作技能提出了更高、更严的要求。
  
  当今管道工业要求管道有较高的运送压力和较大的管线直径并确保其安全运转。为习惯管线钢的高强化、高韧化、管径的大型化和管壁的厚壁化呈现了多种焊接办法、焊接资料和焊接工艺。
  
  3.2 管道施工焊接办法
  
  国外管道焊接施工阅历了手艺焊和主动焊的开展进程。手艺焊首要为纤维素焊条下向焊和低氢焊条下向焊。在管道主动焊方面,有前苏联研发的管道亮光对焊机,其在前苏联时期累计焊接大口径管道数万公里。它的明显特色就是功率高,对环境的习惯才能很强。美国CRC公司研发的CRC多头气体维护管道主动焊接体系,由管端坡口机、内对口器与内焊机组合体系、外焊机三大部分组成。到现在为止,已在世界范围内累计焊接管道长度超越34000km。法国、前苏联等其他国家也都研讨使用了相似的管道表里主动焊技能,此种技能方向已成为当今世界大口径管道主动焊技能干流。
  
  我国钢质管道环缝焊接技能阅历了几次大的革新,70年代选用传统焊接办法,低氢型焊条手艺电弧焊上向焊技能,80年代推行手艺电弧焊下向焊技能,为纤维素焊条和低氢型焊条下向焊,90年代使用自维护药芯焊丝半主动焊技能,到今天开端全面推行全方位主动焊技能。
  
  手艺电弧焊包含纤维素焊条和低氢焊条的使用。手艺电弧焊上向焊技能是我国以往管道施工中的首要焊接办法,其特色为管口组对空隙较大,焊接进程中选用息弧操作法完结,每层焊层厚度较大,焊接功率低。手艺电弧焊下向焊是80年代从国外引入的焊接技能,其特色为管口组对空隙小,焊接进程中选用大电流、多层、快速焊的操作办法来完结,适合于流水作业,焊接功率较高。因为每层焊层厚度较薄,经过后边焊层对前面焊层的热处理效果可进步环焊接头的耐性。手艺电弧焊办法灵敏简洁、习惯性强,其下向焊和上向焊两种办法的有机结合及纤维素焊条杰出的根焊习惯性在许多场合下仍是主动焊办法所不能替代的。
  
  自维护药芯焊丝半主动焊技能是20世纪90年代开端使用到管道施工中的,首要用来填充和盖面。其特色为熔敷功率高,全方位成形好,环境习惯才能强,焊工易于把握,是现在管道施工的一种重要焊接工艺办法。
  
  跟着管道建造用钢管强度等级的进步,管径和壁厚的增大,在管道施工中逐步开端使用主动焊技能。管道主动焊技能因为焊接功率高,劳动强度小,焊接进程受人为要素影响小等优势,在大口径、厚壁管道建造的使用中具有很大潜力。但我国的管道主动焊接技能正处于起步阶段,根部主动焊问题没有处理,管端坡口整形机等配套设备没有老练,这些都约束了主动焊技能的大规模使用。

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