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1、管道焊接技术基本知识管道焊接技术基本知识中国石油管道焊接培训中心中国石油管道焊接培训中心吕向阳吕向阳第一部分、基础知识第一部分、基础知识一、管道工程的发展趋势及其对管线的要求一、管道工程的发展趋势及其对管线的要求 铁路、公路、航空、水运与管道运输统称为五大运铁路、公路、航空、水运与管道运输统称为五大运输业。管道运输是最为经济、简单的一种运输方式。特输业。管道运输是最为经济、简单的一种运输方式。特别是对于石油、天然气等流体来说更为有效，其特点是别是对于石油、天然气等流体来说更为有效，其特点是经济、安全和不间断。由于管道运输的有效性，目前它经济、安全和不间断。由于管道运输的有效性，目前它还作为煤、
2、矿浆和其它固体物质的重要输送手段。由于还作为煤、矿浆和其它固体物质的重要输送手段。由于管线运输具有运量大、距离长、成本低、安全性高等优管线运输具有运量大、距离长、成本低、安全性高等优点，因此，管道运输业在国际上得到迅速的发展。目前点，因此，管道运输业在国际上得到迅速的发展。目前全世界石油、天然气管道的总长度已超过全世界石油、天然气管道的总长度已超过230 x104 km，并以每年并以每年3%的速度增加，全世界将建设数百条油气长输的速度增加，全世界将建设数百条油气长输管线，石油工业的巨大市场有利地促进了管线钢、焊接管线，石油工业的巨大市场有利地促进了管线钢、焊接材料、焊接工艺及焊接设备的发展。材
3、料、焊接工艺及焊接设备的发展。从最初的工业管道至今，油气管线建设经历从最初的工业管道至今，油气管线建设经历了一个多世纪的发展。早期建设的管线，离中心城了一个多世纪的发展。早期建设的管线，离中心城市较近，地理环境和社会依托条件都较优越。如今市较近，地理环境和社会依托条件都较优越。如今新发现的油田大都在边远地区或地理条件恶劣的地新发现的油田大都在边远地区或地理条件恶劣的地带，如美国的普鲁德霍湾、欧洲的北海油田、俄罗带，如美国的普鲁德霍湾、欧洲的北海油田、俄罗斯的西伯利亚以及我国的西部油田等。随着海上油斯的西伯利亚以及我国的西部油田等。随着海上油田、极地油气田的开发，对新时期的管道建设提出田、极地油
4、气田的开发，对新时期的管道建设提出了更高的要求。目前管道工程的发展趋势有如下特了更高的要求。目前管道工程的发展趋势有如下特点：点：1、大口径、长距离、高压输、大口径、长距离、高压输 2、高寒和腐蚀的服役环境、高寒和腐蚀的服役环境 3、海底管线的厚壁化、海底管线的厚壁化二、常用金属材料的物理、力学性能n n一）常用金属材料的物理性能常用金属材料的物理性能n n1 1 密度密度 某种物质单位体积的质量称为该物质某种物质单位体积的质量称为该物质的密度。的密度。n n2 2 熔点熔点 n n3 3 导热性导热性n n4 4 热膨胀性热膨胀性n n5 5 导电性导电性n n6 6磁性磁性二）二）常用金属
5、材料的力学性能常用金属材料的力学性能n n力学性能是指金属在外力作用时表现出来的性能，包括强力学性能是指金属在外力作用时表现出来的性能，包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。n n1 1 强度强度 ：在静载作用下，抵抗变形和断裂的能力。：在静载作用下，抵抗变形和断裂的能力。n n1 1）屈服强度屈服强度n n2 2）抗拉强度抗拉强度n n2 2 塑性：在静载作用下产生永久变形而不破坏的能力。塑性：在静载作用下产生永久变形而不破坏的能力。n n1 1）延伸率延伸率n n2 2）断面收缩率断面收缩率n n3 3 硬度：金属表面抵抗变形的能力。硬度：金属表面抵抗变
6、形的能力。HBS HR HVHBS HR HVn n4 4 冲击韧性：在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力冲击韧性：在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力n n5 5 疲劳强度：疲劳强度：三 常用金属材料的性能和用途n n一）碳素结构钢的牌号、性能和用途一）碳素结构钢的牌号、性能和用途n n 碳素钢简称碳钢，是指含碳量小于碳素钢简称碳钢，是指含碳量小于2.11%2.11%的铁碳合金的铁碳合金n n1 1分类分类n n（1 1）按钢的焊碳量分类）按钢的焊碳量分类n n1 1）低碳钢低碳钢(含含COCO2525)n n2 2）中碳钢中碳钢(含含C C为为o o25250 06060)n n3 3）高碳钢高碳
7、钢(含含coco6 6)n n（2 2）按钢的质量分类）按钢的质量分类 以含硫磷量划分以含硫磷量划分n n1 1）普通质量钢普通质量钢 含含P0P0045 045 ，SOSO0505；n n2 2）优质钢优质钢 含含P P、S S均均 0 0035035 n n3 3）高级优质钢高级优质钢 含含PoPo035 035 ，S0S003 03 混入的杂质含量则限制混入的杂质含量则限制得更严得更严 n n（3 3）按钢的用途分类）按钢的用途分类n n1 1）强度用钢：根据强度选用）强度用钢：根据强度选用n n2 2）特殊用钢：耐热、耐蚀、低温用钢）特殊用钢：耐热、耐蚀、低温用钢2、强度用钢、强度用钢
8、n ns294Mpas294Mpa的叫高强钢，由的叫高强钢，由 ss及热处理状态分：热轧及正及热处理状态分：热轧及正火钢、低碳调质钢和中碳调质钢、微合金控轧钢、火钢、低碳调质钢和中碳调质钢、微合金控轧钢、CF CF、Z Z向钢、大线能量钢等向钢、大线能量钢等n n（1 1）热轧正火钢）热轧正火钢 热轧或正火状态下供货，非热处理强化热轧或正火状态下供货，非热处理强化钢，钢，ss=294-490N/mm=294-490N/mm。n nex:16Mn 15MnV 15MnVN 18MnMoNbex:16Mn 15MnV 15MnVN 18MnMoNbn n另另 CF CF 微合金控轧、微合金控轧、Z
9、 Z向纲等。向纲等。n n（2 2）低碳调质钢）低碳调质钢 n n调质状态下供货，热处理强化钢，调质状态下供货，热处理强化钢，ss=441-980N/mm2 =441-980N/mm2 塑塑韧性好。韧性好。n nex:14Mn ex:14Mn MoVNMoVN 14MnNbB 14MnNbB 调质状态下焊接，焊后不热处调质状态下焊接，焊后不热处理理n n（3 3）中碳调质钢）中碳调质钢n n c0.3%c0.3%强度强度 热处理钢，热处理钢，韧性差。韧性差。ss=880-=880-1176N/mm1176N/mmn nex:40Cr 35CrMoAex:40Cr 35CrMoA。退火状态下焊接
10、，焊后热处理。退火状态下焊接，焊后热处理。（4 4）微合金控轧钢）微合金控轧钢）微合金控轧钢）微合金控轧钢 高强度高强度高强度高强度 、高韧性、高韧性、高韧性、高韧性n n加入少量加入少量NbNb V Ti+V Ti+控轧控轧n n通过控轧使通过控轧使A A晶粒变形破碎晶粒变形破碎-细化细化n n加入加入NbNb V Ti V Ti 控制控制A A晶粒长大，变形晶粒长大，变形A A再结晶形再结晶形成极细成极细F Fn nNbNb V Ti V Ti的碳氢化合物质点在铁素体中析出强的碳氢化合物质点在铁素体中析出强化化n n C S PC S P杂质形态，强化韧性杂质形态，强化韧性n n ex:X
11、60 X70 X80 X100ex:X60 X70 X80 X1003、常用管线性能、常用管线性能n n在国内管线钢的主要标准是GB9711,n n主要有：L210、L245、L290、L320、L360、L390、L415、L450、L485、L555。n n在国外管线钢的主要标准是API Spec 5L，主要有：A25、A、B、X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70、X80、X100管 材 等 级屈服强度（MPa）抗拉强度（MPa）分类A25172310普通碳素钢L210A207331L245B241413L290X42289413普通低合金高强钢L320X46317434
12、L360X52358455L390X56386489微合金化高强度低合金钢L415X60415517L450X65448530L485X70482565微合金化高强度钢L555X80551620X100727837第二部分、新建管道焊接技术n n一、焊接技术一、焊接技术一、焊接技术一、焊接技术n n 焊接施工是长输管道建设过程中重要的工艺之一，它制约着管道焊接施工是长输管道建设过程中重要的工艺之一，它制约着管道建设的质量和效率，随着石油及天然气资源的开发，管线钢的级别、建设的质量和效率，随着石油及天然气资源的开发，管线钢的级别、性能的提高，焊接材料、焊接技术也随之提高和发展。性能的提高，焊接材
13、料、焊接技术也随之提高和发展。n n我国钢质管道环缝焊接技术经历了几次大的变革：我国钢质管道环缝焊接技术经历了几次大的变革：n n1 1、2020世纪世纪7070年代采用传统焊接方法，低氢型焊条电弧焊上向焊接工艺年代采用传统焊接方法，低氢型焊条电弧焊上向焊接工艺n n 特点：管口组对间隙较大，根焊过程采用熄弧操作方法，焊层厚度特点：管口组对间隙较大，根焊过程采用熄弧操作方法，焊层厚度大，焊接效率和焊接质量低。目前这种工艺方法在管线焊接中已经基大，焊接效率和焊接质量低。目前这种工艺方法在管线焊接中已经基本不用，但是在小口径管线建设和站场焊接中的填充、盖面使用，目本不用，但是在小口径管线建设和站场
14、焊接中的填充、盖面使用，目前在管线的返修和维修时的主要焊接方法。前在管线的返修和维修时的主要焊接方法。n n2 2、2020世纪世纪7070年代开始采用氩弧焊工艺年代开始采用氩弧焊工艺n n特点：焊接质量优异，焊后管道内较为洁净，但由于其焊接速度慢，特点：焊接质量优异，焊后管道内较为洁净，但由于其焊接速度慢，抗风能力差，不适宜在大口径的长输管道建设中应用，而适宜在固定抗风能力差，不适宜在大口径的长输管道建设中应用，而适宜在固定场所的站场建设中使用，另外在一些小口径管线中用于打底焊。场所的站场建设中使用，另外在一些小口径管线中用于打底焊。n n3 3、2020世纪世纪8080年代管道局引进的欧美
15、的手工下向焊年代管道局引进的欧美的手工下向焊工艺，并逐步推广到大部分施工企业，主要为纤工艺，并逐步推广到大部分施工企业，主要为纤维素型焊条和低氢型焊条下向焊：维素型焊条和低氢型焊条下向焊：n n1 1）纤维素下向焊）纤维素下向焊 n n 纤维素下向焊接显著特点是，根焊适应性强，纤维素下向焊接显著特点是，根焊适应性强，根焊速度快，工人容易掌握，焊接质量好，射线根焊速度快，工人容易掌握，焊接质量好，射线探伤合格率高，普遍用于混合焊接工艺的根焊。探伤合格率高，普遍用于混合焊接工艺的根焊。该工艺的另一特点是，有较大的熔透能力和优异该工艺的另一特点是，有较大的熔透能力和优异的填充间隙性能，对管子的对口间
16、隙要求不很严的填充间隙性能，对管子的对口间隙要求不很严格，焊缝背面成形好，气孔敏感性小，容易获得格，焊缝背面成形好，气孔敏感性小，容易获得高质量的焊缝。但由于焊条熔敷金属扩散氢含量高质量的焊缝。但由于焊条熔敷金属扩散氢含量高，焊接时应注意预热温度和层间温度的控制，高，焊接时应注意预热温度和层间温度的控制，以防止冷裂纹的产生。是目前主线路工程中主要以防止冷裂纹的产生。是目前主线路工程中主要的根焊方法。的根焊方法。n n2 2）低氢下向焊）低氢下向焊 n n 低氢下向焊接的显著特点是低氢下向焊接的显著特点是,焊缝质量好，适合焊缝质量好，适合于焊接较为重要的部件，焊接过程采用大电流，于焊接较为重要的
17、部件，焊接过程采用大电流，多层、快速焊的操作方法来完成，焊层的厚度薄，多层、快速焊的操作方法来完成，焊层的厚度薄，焊接效率高。但工人掌握的难度较大，根焊适应焊接效率高。但工人掌握的难度较大，根焊适应性较纤维素焊条差，焊接合格率难以保证，性较纤维素焊条差，焊接合格率难以保证，多用多用来进行填充盖面焊接。主要应用于半自动焊和自来进行填充盖面焊接。主要应用于半自动焊和自动焊难以展开的地形中施工以及管线连头的施焊。动焊难以展开的地形中施工以及管线连头的施焊。n n4 4、2020世纪世纪9090年代管道局从美国引进了自保护半自动焊设年代管道局从美国引进了自保护半自动焊设备和工艺备和工艺n n 该工艺于
18、该工艺于19951995年首次在突尼斯工程中应用，在以后的年首次在突尼斯工程中应用，在以后的库鄯线、鄯乌线、苏丹工程及涩宁兰、兰成渝、西气东输库鄯线、鄯乌线、苏丹工程及涩宁兰、兰成渝、西气东输等管道工程中是主要的焊接方法。其焊接合格率按焊口统等管道工程中是主要的焊接方法。其焊接合格率按焊口统计，可以达到计，可以达到95%95%以上。其优点是连续送丝、生产效率高、以上。其优点是连续送丝、生产效率高、焊接质量好、特别是自保护药芯焊丝的焊接工艺性能优良，焊接质量好、特别是自保护药芯焊丝的焊接工艺性能优良，电弧稳定，成形美观，能实现全位置（下向）焊接，抗风电弧稳定，成形美观，能实现全位置（下向）焊接，
19、抗风能力强，尤其适宜于野外施工。是目前管道焊接施工的主能力强，尤其适宜于野外施工。是目前管道焊接施工的主要方法要方法n n 自保护药芯焊丝以其特有的优越性在长输管道中广泛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，全位置操作性能好，熔敷速度快，同时焊缝金属韧应用，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。因此采用自保护焊丝焊接时，应道焊之间有很大的差别。因此采用自保
20、护焊丝焊接时，应严格控制焊接工艺参数、热输入量、焊接道次以及每道焊严格控制焊接工艺参数、热输入量、焊接道次以及每道焊层的厚度等。层的厚度等。n n5 5、2020世纪世纪9090年代管道局从美国引进年代管道局从美国引进STTSTT根焊技术根焊技术n n STTSTT焊机是通过表面张力控制熔滴短路过渡的。焊机是通过表面张力控制熔滴短路过渡的。STTSTT焊接工艺焊接过程稳定（焊丝伸出长度变化焊接工艺焊接过程稳定（焊丝伸出长度变化影响小），以柔和的电弧、显著地降低了飞溅，影响小），以柔和的电弧、显著地降低了飞溅，减轻了焊工的工作强度，良好的焊缝背面成形、减轻了焊工的工作强度，良好的焊缝背面成形、焊
21、后不用清渣及使用纯焊后不用清渣及使用纯COCO2 2气体和实心焊丝为主气体和实心焊丝为主要特点，其根焊质量和根焊速度都优于纤维素焊要特点，其根焊质量和根焊速度都优于纤维素焊条，是根焊的优良焊接方法。但设备投资大，焊条，是根焊的优良焊接方法。但设备投资大，焊接要求严格，由于接要求严格，由于STTSTT焊是气体保护焊，一般焊焊是气体保护焊，一般焊接环境的风力不得超过接环境的风力不得超过2 2米米/秒，在野外施工应有秒，在野外施工应有防风设施。防风设施。n n6 6、自动焊工艺n n 随着我国管道建设高峰期的到来，增大管道的直径，随着我国管道建设高峰期的到来，增大管道的直径，在一定范围内提高管道输送
22、压力已成为管道建设的科学技在一定范围内提高管道输送压力已成为管道建设的科学技术进步的标志。管道建设用钢管强度等级的提高，管径和术进步的标志。管道建设用钢管强度等级的提高，管径和壁厚的增大，管道运行压力的增高，这些都对管道环焊接壁厚的增大，管道运行压力的增高，这些都对管道环焊接头的性能要求更高，这就需要研发高质量的焊接材料和高头的性能要求更高，这就需要研发高质量的焊接材料和高效率的焊接方法与之匹配。借助于机械和电气的方法使整效率的焊接方法与之匹配。借助于机械和电气的方法使整个焊接过程实现自动化，即为自动焊。管道自动焊工艺具个焊接过程实现自动化，即为自动焊。管道自动焊工艺具有焊接效率高，劳动强度小
23、，焊接过程受人为因素影响小有焊接效率高，劳动强度小，焊接过程受人为因素影响小等优势，在大口经、厚壁管道建设中具有很大潜力。等优势，在大口经、厚壁管道建设中具有很大潜力。n n自动焊的主要优点是：自动焊的主要优点是：a a焊接质量高而稳定。焊接质量高而稳定。b b焊接速焊接速度块。度块。c c经济性好。经济性好。d d对于焊工的操作水平要求低。对于焊工的操作水平要求低。二、管线焊接工艺n n 随着管线钢性能的提高，焊接材料、焊接技术在不断的进步，管线焊接工艺也随之变化。不同的钢级、不同的直径和壁厚、不同的项目、不同的输送压力及介质，甚至施工单位的队伍及设备状况，将会采用不同的焊接工艺。就目前长输
24、管道常用的焊接工艺如下：一）主干线焊接工艺一）主干线焊接工艺n n1 1、全纤维素型焊条电弧焊工艺、全纤维素型焊条电弧焊工艺n n 根据管线开裂方式不同，考虑其止裂性能，输油管道和根据管线开裂方式不同，考虑其止裂性能，输油管道和低压力、低级别输气管道可选用纤维素型焊条电弧焊工艺，低压力、低级别输气管道可选用纤维素型焊条电弧焊工艺，是世界范围内管道施工中使用最广泛的工艺。是世界范围内管道施工中使用最广泛的工艺。n n 纤维素焊条易于操作，具有高的焊接速度，约为碱性纤维素焊条易于操作，具有高的焊接速度，约为碱性焊条的两倍。有较大的熔透能力和优异的填充间隙性能，焊条的两倍。有较大的熔透能力和优异的填
25、充间隙性能，对管子的对口间隙要求不很严格，焊缝背面成形好，气孔对管子的对口间隙要求不很严格，焊缝背面成形好，气孔敏感性小，容易获得高质量的焊缝，并适用于不同的地域敏感性小，容易获得高质量的焊缝，并适用于不同的地域条件和施工现场。但在采用此种工艺时，由于扩散氢含量条件和施工现场。但在采用此种工艺时，由于扩散氢含量较高，为防止冷裂纹的产生，应注意焊接工艺过程的控制。较高，为防止冷裂纹的产生，应注意焊接工艺过程的控制。n n 采用的主要焊条有E6010、E7010、E8010、E9010等，采用直流电源，电源特性为下降外特性，一般为管道专用的逆变焊机或晶闸管焊机。电流极性为根焊直流正接，保证有足够大
26、的电弧吹力，其它热焊、填充盖面采用直流反接2 2、纤维素型焊条根焊、纤维素型焊条根焊、纤维素型焊条根焊、纤维素型焊条根焊+低氢型焊条电弧焊工艺低氢型焊条电弧焊工艺低氢型焊条电弧焊工艺低氢型焊条电弧焊工艺 对于输气管道和高压力、中高级别输气管道，对于输气管道和高压力、中高级别输气管道，根据管线开裂方式不同，考虑其止裂性能，选用根据管线开裂方式不同，考虑其止裂性能，选用纤维素型焊条根焊纤维素型焊条根焊+低氢型焊条电弧焊工艺，保证低氢型焊条电弧焊工艺，保证其良好的止裂性。其良好的止裂性。n n 纤维素型焊条下向焊接显著特点是根焊适应性纤维素型焊条下向焊接显著特点是根焊适应性强，根焊速度快，工人容易掌
27、握，射线探伤合格强，根焊速度快，工人容易掌握，射线探伤合格率高，普遍用于混合焊接工艺的根焊。低氢下向率高，普遍用于混合焊接工艺的根焊。低氢下向焊接的显著特点是焊缝质量好，适合于焊接较为焊接的显著特点是焊缝质量好，适合于焊接较为重要的部件，如连头、返修等，但工人掌握的难重要的部件，如连头、返修等，但工人掌握的难度较大，根焊适应性较纤维素焊条差，多用来进度较大，根焊适应性较纤维素焊条差，多用来进行填充盖面焊接。行填充盖面焊接。n n 采用的主要纤维素型焊条有采用的主要纤维素型焊条有E6010E6010、E7010E7010、E8010E8010、E9010E9010等，低氢型焊条有等，低氢型焊条有
28、E7018E7018、E8018E8018、E9018E9018、E10018E10018采用直流电源，电源特性为下降采用直流电源，电源特性为下降外特性，一般为管道专用的逆变焊机或晶闸管焊外特性，一般为管道专用的逆变焊机或晶闸管焊机。电流极性为根焊直流正接，保证有足够大的机。电流极性为根焊直流正接，保证有足够大的电弧吹力，热焊也采用纤维素型焊条采用直流正电弧吹力，热焊也采用纤维素型焊条采用直流正接，增大焊缝厚度，防止被低氢焊条烧穿，填充接，增大焊缝厚度，防止被低氢焊条烧穿，填充盖面采用低氢型焊条，采用直流反接，提高热效盖面采用低氢型焊条，采用直流反接，提高热效率和降低有害气体气体的浸入。率和降
29、低有害气体气体的浸入。3、自保护药芯焊丝半自动焊工艺、自保护药芯焊丝半自动焊工艺n n（1 1）纤维素型焊条根焊）纤维素型焊条根焊+自保护药芯焊丝半自动自保护药芯焊丝半自动焊填盖工艺焊填盖工艺n n 对于强度级别高，输送介质压力高、管径、壁对于强度级别高，输送介质压力高、管径、壁厚大的管道，由于采用低氢焊条的效率较低，焊厚大的管道，由于采用低氢焊条的效率较低，焊接合格率难以保证，对焊工技术水平要求高等，接合格率难以保证，对焊工技术水平要求高等，跟不上管线建设的速度，采用跟不上管线建设的速度，采用 低氢型的自保护药低氢型的自保护药芯焊丝，提高韧性，采用半自动工艺提高生产效芯焊丝，提高韧性，采用半
30、自动工艺提高生产效率，得到了广泛的应用，尤其是在发展中国家得率，得到了广泛的应用，尤其是在发展中国家得到快速发展，是我国大口径、大壁厚长输管线的到快速发展，是我国大口径、大壁厚长输管线的主要工艺。主要工艺。n n 根焊采用纤维素型焊条，利用其根焊适应性根焊采用纤维素型焊条，利用其根焊适应性强，根焊速度快，工人容易掌握，射线探伤合格强，根焊速度快，工人容易掌握，射线探伤合格率高等特点，提高焊接速度；填充盖面采用自保率高等特点，提高焊接速度；填充盖面采用自保护药芯焊丝，药芯焊丝与焊条相比具有十分明显护药芯焊丝，药芯焊丝与焊条相比具有十分明显的特点优势，但药芯焊丝价钱较高。主要是把断的特点优势，但药
31、芯焊丝价钱较高。主要是把断续的焊接过程变为连续的生产方式，从而减少了续的焊接过程变为连续的生产方式，从而减少了接头的数目提高了生产效率，节约了能源。再者接头的数目提高了生产效率，节约了能源。再者电弧热效率高，加上焊接电流密度比焊条电弧焊电弧热效率高，加上焊接电流密度比焊条电弧焊大，焊丝熔化快，生产效率可为焊条电弧焊的大，焊丝熔化快，生产效率可为焊条电弧焊的3 35 5倍，又由于熔深大，焊接坡口可以比焊条电弧焊倍，又由于熔深大，焊接坡口可以比焊条电弧焊小，钝边高度可以增大，因此具有生产效率高，小，钝边高度可以增大，因此具有生产效率高，周期短，节能综合成本低，调整熔敷金属成分方周期短，节能综合成本
32、低，调整熔敷金属成分方便的特点。便的特点。n n 根焊采用的主要纤维素型焊条有E6010、E7010等，自保护药芯焊丝主要有E71T8-K6、E71T8-Ni1等型号，采用直流电源，根焊电源特性为下降外特性，一般为管道专用的逆变焊机或晶闸管焊机。电流极性为根焊直流正接，保证有足够大的电弧吹力，填充盖面的自保护药芯焊丝，采用平外特性直流电源+相匹配的送丝机。（2 2）STTSTT根焊根焊根焊根焊+自保护药芯焊丝半自动焊填盖工艺自保护药芯焊丝半自动焊填盖工艺自保护药芯焊丝半自动焊填盖工艺自保护药芯焊丝半自动焊填盖工艺n n STT焊机是通过表面张力控制熔滴短路过渡的，焊接过程稳定，电弧柔和，显著地
33、降低了飞溅，减轻了焊工的工作强度，良好的焊缝背面成形、焊后不用清渣等，其根焊质量和根焊速度都优于纤维素焊条，是优良的根焊焊接方法。但设备投资大，焊接要求严格，焊工不易掌握。4、自动焊工艺、自动焊工艺n n 随着管道建设用钢管强度等级的提高，管径和壁厚的随着管道建设用钢管强度等级的提高，管径和壁厚的增大，管道运行压力的增高，这些都对管道环焊接头的性增大，管道运行压力的增高，这些都对管道环焊接头的性能要求更高，利用高质量的焊接材料，借助于机械和电气能要求更高，利用高质量的焊接材料，借助于机械和电气的方法使整个焊接过程实现自动化，的方法使整个焊接过程实现自动化，管道自动焊工艺具有管道自动焊工艺具有焊
34、接效率高，劳动强度小，焊接过程受人为因素影响小，焊接效率高，劳动强度小，焊接过程受人为因素影响小，对于焊工的技术水平要求低，焊接质量高而稳定等优势，对于焊工的技术水平要求低，焊接质量高而稳定等优势，在大口经、厚壁管道建设中具有很大潜力。，在大口经、厚壁管道建设中具有很大潜力。，n n（1 1）纤维素型焊条根焊）纤维素型焊条根焊+自动焊外焊机填盖工艺自动焊外焊机填盖工艺n n（2 2）STTSTT根焊根焊+自动焊外焊机填盖工艺自动焊外焊机填盖工艺n n（3 3）自动焊外焊机根焊）自动焊外焊机根焊+自动焊外焊机填盖工艺自动焊外焊机填盖工艺n n（4 4）自动焊内焊机根焊）自动焊内焊机根焊+自动焊外
35、焊机填盖工艺自动焊外焊机填盖工艺二）连头工艺二）连头工艺n n 管线建设中，经常出现两长段无法移动管口连接问题，即为连头碰死口，管道动火抢修也属于这类问题，这些部位通常由于管线不能移动造成应力德的存在，拘束度较大，容易产生裂纹，因此，对于连头碰死口问题，必须重视，加强焊接工艺的控制。目前主要采用的方法有四种：n n1、纤维素型焊条根焊+低氢型焊条电弧焊工艺n n 在连头工艺中，纤维素型焊条电弧焊采用上向焊，低氢型（E8018）焊条电弧焊采用下向焊，具体要求及设备与主干线相同n n2、纤维素型焊条根焊+自保护药芯焊丝半自动焊填盖工艺n n 在此工艺中，纤维素型焊条电弧焊采用上向焊，自保护药芯焊丝
36、半自动焊采用下向焊，具体n n要求及设备与主干线相同n n3 3、低氢型焊条根焊、低氢型焊条根焊+自保护药芯焊丝半自动焊填自保护药芯焊丝半自动焊填盖工艺盖工艺n n 在此工艺中，低氢型焊条电弧焊采用上向焊，在此工艺中，低氢型焊条电弧焊采用上向焊，自保护药芯焊丝半自动焊采用下向焊，具体自保护药芯焊丝半自动焊采用下向焊，具体n n要求及设备与主干线相同要求及设备与主干线相同n n4 4、低氢型焊条根焊、低氢型焊条根焊+低氢型焊条填盖工艺低氢型焊条填盖工艺n n 在此工艺中，低氢型焊条电弧焊根焊采用上向在此工艺中，低氢型焊条电弧焊根焊采用上向焊，低氢型焊条电弧焊采用下向焊或上向焊。焊，低氢型焊条电弧
37、焊采用下向焊或上向焊。三）返修工艺三）返修工艺n n1 1、纤维素型焊条根焊、纤维素型焊条根焊+低氢型焊条电弧焊工艺低氢型焊条电弧焊工艺n n 在返修工艺中，对于穿透型返修，纤维素型焊条电弧焊在返修工艺中，对于穿透型返修，纤维素型焊条电弧焊采用上向焊，低氢型焊条电弧焊也采用上向焊，纤维素型采用上向焊，低氢型焊条电弧焊也采用上向焊，纤维素型焊条型号与主线路相同具体要求及设备与主干线相同，填焊条型号与主线路相同具体要求及设备与主干线相同，填盖的低氢型焊条常用的为盖的低氢型焊条常用的为E5015E5015（GB/T 5117GB/T 5117）和）和E7018E7018或或E8018E8018（AW
38、S A5.5AWS A5.5）n n2 2、低氢型型焊条根焊、低氢型型焊条根焊+低氢型焊条电弧焊工艺低氢型焊条电弧焊工艺n n 在返修工艺中，对于穿透型返修，低氢型焊条在返修工艺中，对于穿透型返修，低氢型焊条（E7016E7016）电弧焊采用上向焊，低氢型焊条电弧焊也采用）电弧焊采用上向焊，低氢型焊条电弧焊也采用上向焊，填盖的低氢型焊条常用的为上向焊，填盖的低氢型焊条常用的为E5015E5015（GB/T 5117GB/T 5117）和和E7018E7018或或E8018E8018（AWS A5.5AWS A5.5）n n3 3、纤维素型焊条根焊、纤维素型焊条根焊+自保护药芯焊丝半自动焊填盖工
39、艺自保护药芯焊丝半自动焊填盖工艺n n 在此工艺中，纤维素型焊条电弧焊采用上向焊，自保在此工艺中，纤维素型焊条电弧焊采用上向焊，自保护药芯焊丝半自动焊采用下向焊。护药芯焊丝半自动焊采用下向焊。第三部分、在役管道抢修焊接技术n n 近几年来，随着我国能源工业的蓬勃发展，油气管道工程正处于近几年来，随着我国能源工业的蓬勃发展，油气管道工程正处于建设高潮，管道公司先后建成了兰成渝管线、涩宁兰管线、忠武管线建设高潮，管道公司先后建成了兰成渝管线、涩宁兰管线、忠武管线和西气东输一线等管线等，使沿线各经济领域对管道运输的依赖性越和西气东输一线等管线等，使沿线各经济领域对管道运输的依赖性越来越大，管道一旦发
40、生破坏，便会造成巨大的经济损失。来越大，管道一旦发生破坏，便会造成巨大的经济损失。n n 根据国内外管道失效事故的统计分析，管道失效的主要原因是管道根据国内外管道失效事故的统计分析，管道失效的主要原因是管道用钢材、钢管选用不合理，制管质量和施工质量不好、腐蚀、第三方用钢材、钢管选用不合理，制管质量和施工质量不好、腐蚀、第三方损坏及特殊地质原因所造成的。随着管线建设的发展，同时带动了管损坏及特殊地质原因所造成的。随着管线建设的发展，同时带动了管线钢的研究高潮，相应的，用于管线钢的焊接材料、焊接方法和焊接线钢的研究高潮，相应的，用于管线钢的焊接材料、焊接方法和焊接工艺也得到巨大发展。由于管线钢研究
41、取得的成果和焊接技术的提高，工艺也得到巨大发展。由于管线钢研究取得的成果和焊接技术的提高，以及施工管理水平的的提高，管道事故率明显降低。管线腐蚀、第三以及施工管理水平的的提高，管道事故率明显降低。管线腐蚀、第三方施工破坏、打孔盗油（气）、自然地质灾害等成为管道破坏的方施工破坏、打孔盗油（气）、自然地质灾害等成为管道破坏的主要主要原因。原因。n n n n 管道途经地区地形复杂山地段易发生滑坡、管道途经地区地形复杂山地段易发生滑坡、崩塌、山洪、泥石流等自然灾害，黄土段水土流崩塌、山洪、泥石流等自然灾害，黄土段水土流失严重，湿陷性灾害频繁发生。运行中的管道也失严重，湿陷性灾害频繁发生。运行中的管道
42、也常会因自然灾害、腐蚀穿孔、第三方破坏等发生常会因自然灾害、腐蚀穿孔、第三方破坏等发生泄漏，引起火灾或爆炸，造成经济损失、人员伤泄漏，引起火灾或爆炸，造成经济损失、人员伤亡和环境污染。亡和环境污染。n n 为了减少这种损失，便需要在不影响管线介为了减少这种损失，便需要在不影响管线介质输送的情况下维修破损，这时需要在一定的输质输送的情况下维修破损，这时需要在一定的输量、流速、压力的状态下焊接管件，其对施工技量、流速、压力的状态下焊接管件，其对施工技术要求非常严格，尤其是对管道带压焊接的要求术要求非常严格，尤其是对管道带压焊接的要求更为苛刻。更为苛刻。第三方破坏 第三方破坏（爆炸）成品油泄露管线腐
43、蚀管线腐蚀 一、管道维修方法n n 管道上存在的缺陷可以用范围宽广的各种的方法进行管道上存在的缺陷可以用范围宽广的各种的方法进行维修，目前使用的技术有：维修，目前使用的技术有：n n一）切除和更换管段一）切除和更换管段n n 换管可修复管道任何类型的损伤、缺陷或泄漏。液体换管可修复管道任何类型的损伤、缺陷或泄漏。液体管道换管前，应进行管道降压和介质排空。进行管道切割管道换管前，应进行管道降压和介质排空。进行管道切割前，应将管道压力降至封堵设备及焊接允许的压力之内，前，应将管道压力降至封堵设备及焊接允许的压力之内，进行封堵作业，以保证换管安全。进行封堵作业，以保证换管安全。n n 管线切割位置距
44、离缺陷、损伤或泄漏区域边缘不应小管线切割位置距离缺陷、损伤或泄漏区域边缘不应小于于100mm100mm。切除管线的长度不应小于管道直径的。切除管线的长度不应小于管道直径的1.51.5倍。替倍。替换管壁厚不应小于原管道壁厚，替换承压能力不应低于原换管壁厚不应小于原管道壁厚，替换承压能力不应低于原管道承压能力。如果制管焊缝上或其热影响区内存在制管管道承压能力。如果制管焊缝上或其热影响区内存在制管缺陷，则包括管道两端的环焊缝在内的整段管道均应切除缺陷，则包括管道两端的环焊缝在内的整段管道均应切除和更换。应依据经焊接工艺评定试验合格的焊接工艺进行和更换。应依据经焊接工艺评定试验合格的焊接工艺进行焊焊
45、接。接。二）打磨二）打磨n n 对没有泄露的异常位置进行打磨，削减其应力集中点。对没有泄露的异常位置进行打磨，削减其应力集中点。通过手动打锉或电动砂轮打磨来除掉材料构成了一种针对通过手动打锉或电动砂轮打磨来除掉材料构成了一种针对缺陷或疵点的维修方法，缺陷或疵点的维修方法，n n要求（要求（1 1）缺陷或疵点的应力集中效果得到消除；）缺陷或疵点的应力集中效果得到消除；n n （2 2）除掉了所有损坏的或过硬的材料；）除掉了所有损坏的或过硬的材料；n n （3 3）除掉的金属量没有明显减小管道的承压能力。）除掉的金属量没有明显减小管道的承压能力。n n 在在油气钢制管道管体缺陷修复规范油气钢制管道
46、管体缺陷修复规范中要求：中要求：n n 对于管道内部缺陷和制管缺陷，不应使用打磨方法进行对于管道内部缺陷和制管缺陷，不应使用打磨方法进行修复。对于打磨深度不大于修复。对于打磨深度不大于0.125tn0.125tn，且无损检测表明已消，且无损检测表明已消除了应力集中的缺陷，可使用打磨方法进行修复。除了应力集中的缺陷，可使用打磨方法进行修复。三）通过熔敷焊条填料金属方式填补缺陷三）通过熔敷焊条填料金属方式填补缺陷n n通过熔敷焊条金属的方式维修管道的概念要求用通过熔敷焊条金属的方式维修管道的概念要求用更换损失的或损坏了的金属的方法来消除缺陷，更换损失的或损坏了的金属的方法来消除缺陷，然后恢复管道的
47、连续性。因为这种维修方法简单、然后恢复管道的连续性。因为这种维修方法简单、直接，并且可以在无法使用完整的环形套管的位直接，并且可以在无法使用完整的环形套管的位置（如维修附件和现场弯管）应用，所以这种在置（如维修附件和现场弯管）应用，所以这种在线维修方法是有吸引力的。在运行管道上施焊所线维修方法是有吸引力的。在运行管道上施焊所关注的首要问题是：关注的首要问题是：1 1）在焊弧引起管壁穿透的地）在焊弧引起管壁穿透的地方存在焊穿（或象有时发生的方存在焊穿（或象有时发生的“爆裂爆裂”，）的风，）的风险和；险和；2 2）维修后管道的完整性。）维修后管道的完整性。第一道周边旱道第一层第二道周边旱道第二层
48、熔敷焊条金属维修的典型堆焊顺序草图熔敷焊条金属维修的典型堆焊顺序草图管体修复 补焊（沉积焊）焊穿的发生主要决定于管道的壁厚和焊弧穿透管壁的穿透性，焊透焊穿的发生主要决定于管道的壁厚和焊弧穿透管壁的穿透性，焊透焊穿的发生主要决定于管道的壁厚和焊弧穿透管壁的穿透性，焊透焊穿的发生主要决定于管道的壁厚和焊弧穿透管壁的穿透性，焊透深度主要表现为焊接热量输入和管道流体从管壁上转移热量的性能的一深度主要表现为焊接热量输入和管道流体从管壁上转移热量的性能的一深度主要表现为焊接热量输入和管道流体从管壁上转移热量的性能的一深度主要表现为焊接热量输入和管道流体从管壁上转移热量的性能的一个函数。对于一个给定的过程来
49、讲，在热输入量增大时，穿透管壁的深个函数。对于一个给定的过程来讲，在热输入量增大时，穿透管壁的深个函数。对于一个给定的过程来讲，在热输入量增大时，穿透管壁的深个函数。对于一个给定的过程来讲，在热输入量增大时，穿透管壁的深度就会增加。度就会增加。度就会增加。度就会增加。n n 在在油气钢制管道管体缺陷修复规范油气钢制管道管体缺陷修复规范中要求中要求：n n n n补焊可用于修复在役管道腐蚀造成的金属损失。对于管道补焊可用于修复在役管道腐蚀造成的金属损失。对于管道内部缺陷（腐蚀、划痕和皱褶等）和制管焊缝上的缺陷，内部缺陷（腐蚀、划痕和皱褶等）和制管焊缝上的缺陷，不应进行补焊修复。进行补焊的管道最小
50、剩余壁厚应不小不应进行补焊修复。进行补焊的管道最小剩余壁厚应不小于于3.2mm3.2mm。在补焊前，应进行焊接工艺评定试验。在补焊前，应进行焊接工艺评定试验。n n 在焊接前，应将管体腐蚀区域清理干净。如果需要，在焊接前，应将管体腐蚀区域清理干净。如果需要，还应进行必要的打磨，以形成合适的剖面。焊接部位不应还应进行必要的打磨，以形成合适的剖面。焊接部位不应存在氧化物、锈皮、涂层、水分和其它污染物。存在氧化物、锈皮、涂层、水分和其它污染物。n n补焊后宜按照补焊后宜按照SY/T4109SY/T4109要求对焊缝进行磁粉检测。要求对焊缝进行磁粉检测。四）用环形套管加固管道的缺陷处四）用环形套管加固