长输油气管道带压开孔焊接需求

长输油气管道带压开孔焊接需求

长输管道作为远距离油气输送的主要方式，随着我国能源工业的发展和能源结构的调整，管道工程建设迅猛发展。为了增加管道输送量和降低工程成本、满足越来越苛刻的使用条件要求，大口径、耐高压、薄壁化的高强韧性管线钢是发展趋势。国产高强X70 管线钢在“西气东输”工程中全面使用，X80在冀宁管道上成功试用。德国、加拿大等欧美国家已经在陆地和海洋建设了很多X80 管线；加拿大Trans Canada管道公司 2002 年完成了1km的φ1219mm×14.3mm的X100 钢管试验段，Exxon  Mobil公司于 2004 年在加拿大建成了X120 钢管的 1.6km试验段。

因此，随着国家长输油管道的建设，这些高强韧性管线钢管的维护工作量也呈指数般地增长。在管线的维护作业中，由于管道的维护或新增支线等原因进行带压开堵漏和带压开孔以及管道切割作业也成为了管线维护的主要作业量。

管道施工中的环焊部位是失效事故的多发位置，因此，带压开孔和带压堵漏作业要严禁在焊接部位进行以上施工。在带压开孔工程中，管道焊接技术是施工中必须确保的关键技术，不仅直接关系到带压开孔工程的焊接质量、施工效率和成本，而且对管线运行期间的安全可靠性和经济效益也有重要影响。

1.管线钢的焊接性

高强韧性管线钢属于低合金高强钢、低碳或超低碳的微合金控轧钢，采用了精炼技术、微合金钢技术、控轧控冷技术、形变热处理等先进技术，这使得管材含碳量极低、洁净度高、晶粒细化， 具有较高的强韧性和良好的焊接性， 尤其是焊接热影响区冷裂纹敏感性大大降低，粗晶区韧性大幅度提高，进一步适合高效率、大线能量的焊接工艺。

然而，新的问题随之出现，在带压开孔工程施工中，母材的低碳当量高强度化使得冷裂纹从焊接热影响区转移到焊缝金属中，形成多层焊接头中的局部脆性区问题等。因此对于低合金高强钢，在带压开孔工程中应注意焊缝金属冷裂纹问题。对于大线能量焊接，必须对其焊接热影响区组织与韧性进行评定，特别要注意带压开孔短节的多层焊局部脆性区问题。对于新发展的超细晶粒钢，要采用高能量密度、低热输入的焊接工艺来防止焊接热影响区晶粒的过分长大。

2.焊接材料

带压开孔所用焊接材料的选择是长输管道焊接要考虑的一个重要方面，广义上包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体，狭义上特指焊条和焊丝。

2.1  焊条

长输管道焊接用焊条目前多采用全位置下向焊焊条和传统的低氢型焊条，其执行标准为GB/T 5117-1995、GB/T 5118-1995、AWS A5.1-91和AWS A5.5-96等。全位置下向焊焊条分为

两类：一类是高纤维素型的(基于管线钢C、S、P含量较低，可以考虑使用，这种焊条焊接

工艺性能好、熔渣量少，并且吹力较大，防止了熔渣和铁水的下淌，而且有较大的熔透能力

和较快熔敷速度，在各种位置单面焊双面成型效果好，适于根焊和热焊。另一类是铁粉低氢型下向焊条，该焊条凝固速度快、铁水流动性和浸润性好、全位置焊时不易下淌、焊后焊缝金属韧性好、抗裂性好，适于各层的下向焊接。对于传统的低氢型焊条因其全位置上向根焊时，工艺性能一般、引弧困难、电弧稳定性差、飞溅较大、背面成型差、易气孔，故目前一般不再采用，一般用于维抢修和返修焊接填充盖面焊当中。上述常用高纤维素焊条规格一般为Φ3.2mm、Φ4.0mm，铁粉低氢型焊条规格一般为Φ4.0mm，普通低氢型焊条规格一般为Φ3.2mm。

一般来讲，σ0.5（0.2）≤415MPa输油、输水管道干线焊接可选择高纤维素型焊条进行各层焊接；输气管道或σ0.5＞415Mpa输油管道干线焊接可采用高纤维素型焊条根焊、热焊+低氢型下向焊条填充、盖面的复合工艺。

2.2  焊丝

长输管线用焊丝分为实心焊丝和药芯焊丝两种。

(1) 实心焊丝

实心焊丝主要有两类:一类用于埋弧焊，另一类用于熔化极活性气体保护焊。 埋弧焊用实心焊丝执行标准有GB/T  5293-1999用于低碳钢及强度级别较低的管线钢焊接；中锰焊丝，如H08MnA、H10MnSi，配合高锰高硅低氟型熔炼焊剂主要用于管线钢焊接，并可配合低锰焊剂用于低碳钢焊接；高锰焊丝，如H08Mn2Si、H08Mn2SiA用于管线钢焊接；Mn-Mo焊丝，如H08MnMoA、HO8MnMoTiB，配合低锰中硅中氟型熔炼焊剂、氟碱型烧结焊剂或硅钙型烧结焊剂，主要用于强度级别较高的管线钢焊接。焊丝直径一般在1.6～6.4mm范围以内。活性气体保护焊用实心焊丝执行标准有GB/T  14947-1994、 GB/T 8110-1995、 AWS 5.18-93和AWS 5.28-96等标准，最常用的焊丝有H08Mn2SiA（如相当于GB/T 8110  ER49-1），它具有良好的焊接工艺性能，适宜于焊接σs≤500MPa的管线钢。当焊接强度级别较高的钢种时，则应选择含Mo的焊丝，例如，国产H10MnSiMo焊丝和执行美国标准AWS 5.18 ER70S-G的锦泰公司生产的JM-58焊丝、BOHLER SG3-P焊丝和执行美国标准 AWS A5.28 ER80S-G的锦泰JM-68焊丝等。常用焊丝的规格为φ0.9mm、φ1.0mm、φ1.2mm等。

(2) 药芯焊丝

近年来，随着长输管线向着高强度、大口径、厚壁化方向发展，传统的手工焊焊接方法已逐渐地被半自动焊和自动焊焊接方法所取代，其中以半自动焊应用发展最为迅速，与之而来的是药芯焊丝得以迅猛发展。药芯焊丝之所以能得到如此的重视和发展，与它自身的许多特点是分不开的，表现在：熔敷速度快，焊接生产率高；与实芯焊丝相比，药芯焊丝电弧软、飞溅小，焊接工艺性能好；熔深大，成型美观；综合成本低。

药芯焊丝按焊接时保护方式的不同可分为气保护药芯焊丝和自保护药芯焊丝，其中自保护药芯焊丝以其特有的优越性在长输管道中广泛应用，执行标准有GB/T 17493-1998和AWS A.29-98。 有代表性的有T8-Ni1型，这种焊丝全位置操作性能好，熔敷速度快，同时焊缝金属韧性好，但焊缝金属在焊态下粗大的柱状晶组织的出现，使得其焊缝金属冲击韧性在焊态与热处理之间，多层焊和单道焊之间有很大的差别。因此采用T8型自保护焊丝焊接时，应严格控制焊接规范参数、热输入量、焊接道次以及每道焊层的厚度等。