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1、LOGOLOGOCompany name压力管道焊接压力管道焊接 上海市特种设备监督检验技术研究院 工学博士,国家高级安全评价师,AWS焊接检验师,国际焊接工程师电话:EMAIL:内容1 1、国内外压力管道的发展过程国内外压力管道的发展过程2 2、压力管道用钢及制管压力管道用钢及制管3 3、压力管道焊接施工压力管道焊接施工4 4、焊接应力和变形焊接应力和变形5 5、焊接工艺评定焊接工艺评定6 6、焊接质量控制焊接质量控制7 7、管道的在线焊接及修复管道的在线焊接及修复 管道管道o与公路、水道、铁路以及航空运输相比，管道运输成本最低。o系统化 o网络化o人类离不开管道 人体内的管道和容器、生活、
2、交流1、国内外压力管道的发展过程1.1 1.1 国外压力管道的发展历史国外压力管道的发展历史1.2 1.2 我国早期的输油管道和输气管道我国早期的输油管道和输气管道1.3 1.3 我国已经建成和将要建设的管道工程我国已经建成和将要建设的管道工程o原原苏苏联联19641964年年建建设设的的第第一一条条“友友谊谊”输输油油管管道道，第第一一次次采采用用1020mm1020mm管管径径的的钢钢管管，全全长长5500km5500km。19771977年年又又修修建建了了第第二二条条“友友谊谊”输输油油管管道道，全全长长4412km4412km，管径管径1220mm1220mm。o 19831983年
3、年乌乌连连戈戈伊伊-波波马马雷雷-乌乌连连戈戈罗罗德德干干线线投投入入使使用用，这这条条管管道道第第一一次次把把苏苏联联的的天天然然气气送送到到了了西西欧欧。该该管管道道长长达达4450km4450km，直直径径1420mm1420mm，工工作作压压力力7.5MPa7.5MPa。经经过过水水域域、河河流流、森森林林、永永冻冻土土区区，施施工工难难度度，管管径径，里里程程，泵泵站站数数量量，输输量量均均堪堪称称世世界界之之最最。这这条条管管道道充充分分显显示示了了原原苏苏联联在在管管道道设设计计和和建建造造方方面面的的实实力力。在在西西伯伯利利亚亚、北北极极区区的的管管道道铺铺设设得得益益于于闪
4、闪光光对对焊技术的应用。焊技术的应用。o19831983年年投投产产的的沙沙特特阿阿拉拉伯伯的的东东西西原原油油管管道道，引引起起各各国国注注意意。这这条条管管道道自自东东向向西西横横贯贯沙沙特特阿阿拉拉伯伯中中部部地地区区，全全长长1202km1202km，管管径径1220mm1220mm，穿穿越越了了浩浩瀚瀚的沙漠地区。的沙漠地区。o随随着着英英国国北北海海油油田田的的开开发发，兴兴建建了了一一批批海海洋洋原原油油管管道道，总总长长度度达达40004000余余公公里里，在在深深100100多多米米的的海海底底铺设。铺设。o这这些些管管道道的的成成功功建建设设，标标志志着着管管道道已已可可以
5、以通通过过极极为复杂的地质、地理条件与气候恶劣的地区。为复杂的地质、地理条件与气候恶劣的地区。1.2 我国早期的输油管道o我我国国的的第第一一条条长长输输管管道道是是19571957年年建建设设的的克克拉拉玛玛依依到独山子的输油管道，管径到独山子的输油管道，管径150mm150mm，全长，全长147km147km。o19651965年年胜胜利利油油田田开开始始建建设设由由东东营营至至辛辛店店炼炼油油厂厂的的输输油油管管道道，管管径径426mm426mm，全全长长约约80km80km，是是我我国国第第一一次在盐碱腐蚀地带建设的原油管道。次在盐碱腐蚀地带建设的原油管道。o19701970年年8 8
6、月月3 3日日，国国家家批批准准在在东东北北地地区区兴兴建建著著名名的的“八三管道工程八三管道工程”，干线全长，干线全长593km593km，管径，管径720mm720mm。o西气东输工程，近西气东输工程，近39003900公里。公里。o涩宁兰输气管道工程，全长涩宁兰输气管道工程，全长950950公里。公里。o忠县至武汉输气管道工程，全长忠县至武汉输气管道工程，全长760760公里。公里。o邯邯郸郸至至石石家家庄庄至至涿涿州州输输气气管管道道工工程程，全全长长362362公里。公里。o陕京输气工程复线，全长近陕京输气工程复线，全长近900900公里公里o济宁联络线，全长济宁联络线，全长1000
7、1000多公里多公里1.3 我国近几年建设和将要建设的输气管道2 压力管道用钢及制管2.1 2.1 钢材的力学性能钢材的力学性能2.2 2.2 管线钢的发展历史管线钢的发展历史2.3 2.3 管线钢按组织分类管线钢按组织分类2.4 2.4 相关标准中钢号的含义相关标准中钢号的含义2.5 2.5 管道工业的发展方向管道工业的发展方向2.6 2.6 焊管的生产焊管的生产2.7 2.7 西气东输工程用钢管情况西气东输工程用钢管情况2.8 2.8 压力管道用其它钢管压力管道用其它钢管常规力学性能指标o屈服强度：屈服强度：s s N/mmN/mm2 2或或KN/mmKN/mm2 2o抗拉强度：抗拉强度：
8、b b N/mmN/mm2 2或或KN/mmKN/mm2 2o延伸率：延伸率：5 5或或10 10%o断面收缩率：断面收缩率：%o硬度：硬度：HB HR HV HLHB HR HV HLo冲击韧性：冲击韧性：a ak k J Jo低合金高强钢（低合金高强钢（HSLAHSLA）自自6060年代开始，随着输油、气管道输送压年代开始，随着输油、气管道输送压力和管径的增大，开始采用低合金高强钢力和管径的增大，开始采用低合金高强钢（HSLAHSLA），主要以热轧及正火状态供货。这），主要以热轧及正火状态供货。这类钢的化学成分：类钢的化学成分：C0.2%C0.2%，合金元素，合金元素3 35%5%。oAP
9、I 5L X56API 5L X56、X60X60、X65X65微合金控轧钢微合金控轧钢 随着管线钢的进一步发展，到随着管线钢的进一步发展，到6060年代末年代末7070年年代初，美国石油组织在代初，美国石油组织在API 5LXAPI 5LX和和API 5LSAPI 5LS标准中标准中提出了微合金控轧钢提出了微合金控轧钢X56X56、X60X60、X65X65三种钢，屈三种钢，屈服强度提高到服强度提高到392392457MPa457MPa。这种钢突破了传统。这种钢突破了传统钢的观念，碳含量为钢的观念，碳含量为0.1-0.14%0.1-0.14%，在钢中加入，在钢中加入0.2%0.2%的的NbN
10、b、V V、TiTi等合金元素，并通过控轧工等合金元素，并通过控轧工艺使钢的力学性能得到显著改善。艺使钢的力学性能得到显著改善。2.3 管线钢按组织分类o铁素体铁素体珠光体钢：基本成分是珠光体钢：基本成分是C-MnC-Mn，采用热轧，采用热轧正火生产工艺。正火生产工艺。o少珠光体钢：基本成分是少珠光体钢：基本成分是Mn-NbMn-Nb、Mn-VMn-V、Mn-Nb-VMn-Nb-V等。为微合金控轧钢，通过晶粒细化和等。为微合金控轧钢，通过晶粒细化和NbNb、V V第第二相的沉淀强化可获得较好的强韧配合。二相的沉淀强化可获得较好的强韧配合。o针状铁素体钢：典型成分为针状铁素体钢：典型成分为C-M
11、n-Nb-MoC-Mn-Nb-Mo。通过微。通过微合金化和控制轧制，综合利用晶粒细化、微合金合金化和控制轧制，综合利用晶粒细化、微合金化元素的析出相和位错亚结构的强化效应来提高化元素的析出相和位错亚结构的强化效应来提高屈服强度和冲击韧性。屈服强度和冲击韧性。o超低碳贝氏体钢：典型成分为超低碳贝氏体钢：典型成分为Mn-Nb-Mo-B-TiMn-Nb-Mo-B-Ti。在保证优良的低温韧性和焊接性的前提下，在保证优良的低温韧性和焊接性的前提下，通过适当提高合金元素的含量和进一步控轧通过适当提高合金元素的含量和进一步控轧与控冷工艺显著提高屈服强度（与控冷工艺显著提高屈服强度（700-700-800MP
12、a800MPa）。代表钢种）。代表钢种X80X80钢。钢。o低碳索氏体钢是未来管线钢的发展方向，具低碳索氏体钢是未来管线钢的发展方向，具有更高的强韧性，通过淬火有更高的强韧性，通过淬火+回火的热处理工回火的热处理工艺形成低碳索氏体，以满足厚壁、高强度和艺形成低碳索氏体，以满足厚壁、高强度和足够韧性的综合要求。足够韧性的综合要求。2.4 API 5L标准中钢号的含义o美国石油学会标准美国石油学会标准API Spec 5LAPI Spec 5L管线管规范管线管规范 X70 X70：强度等级为：强度等级为70,00070,000磅磅/平方英寸平方英寸 A A、B B、X XGB9711.2标准中钢号
13、的含义o石油天然气工业输送钢管交货技术条件石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第第2 2部分：部分：B B级钢管级钢管oGB9711GB9711与与ISO3183ISO3183等效采用。等效采用。L485L485：屈服强度等级为：屈服强度等级为485MPa485MPa。L360NBL360NB A:A:相当于相当于API 5LAPI 5L（1 1）规定的基本的质量要求。）规定的基本的质量要求。B:B:不同于基本质量要求或除基本质量要求之不同于基本质量要求或除基本质量要求之外的其他要求，如韧性、无损检测方面的外的其他要求，如韧性、无损检测方面的内容。内容。C:C:某些特殊用途，对钢管的质量和试验
14、有着某些特殊用途，对钢管的质量和试验有着非常严格的要求。非常严格的要求。GB9711与API 5L（1）部分钢级对照表钢级钢级（按（按GB/T 9711.1或或9711.2）钢级钢级（按（按ANSI/API 5L）L175（、类）类）A25（、类）类）L210AL245BL290X42L320X46L360X52L390X56L415X60L450X65L485X70L555X802.5 管道工业的发展方向o在一定条件下提高输送压力。在一定条件下提高输送压力。o扩大管道直径可以增加经济效益。扩大管道直径可以增加经济效益。o在保证可焊性和冲击韧性的前提下，管材的在保证可焊性和冲击韧性的前提下，管
15、材的强度有了很大提高。强度有了很大提高。o长距离大动脉长距离大动脉o目前国外建设的一些大口径管道多采用高强钢，目前国外建设的一些大口径管道多采用高强钢，如阿拉斯加输油、输气管道，北海油田的输油管如阿拉斯加输油、输气管道，北海油田的输油管道均采用道均采用X65X65级钢。原苏联及加拿大的输气管道级钢。原苏联及加拿大的输气管道均采用均采用X70X70级钢。级钢。o我国管线钢的应用和起步较晚，过去已铺设的油、我国管线钢的应用和起步较晚，过去已铺设的油、气管线大部分采用气管线大部分采用Q235Q235和和16Mn16Mn钢。钢。“六五六五”期间，期间，我国开始按照我国开始按照APIAPI标准研制标准研
16、制X60X60、X65X65管线钢，并管线钢，并成功地与进口钢管一起用于管线敷设。成功地与进口钢管一起用于管线敷设。9090年代初年代初宝钢、武钢又相继开发了高强高韧性的宝钢、武钢又相继开发了高强高韧性的X70X70管线管线钢，并在西气东输工程、陕京二线工程中得到成钢，并在西气东输工程、陕京二线工程中得到成功应用。功应用。o国外已经有国外已经有X80X80钢试验段。目前应用到的最高强钢试验段。目前应用到的最高强度级别为度级别为X120,X120,在加拿大北部有在加拿大北部有2 2公里试验段。公里试验段。焊管生产过程焊管生产过程 2.7 西气东输线路工程用钢管 o西气东输管道工程用钢管为西气东输
17、管道工程用钢管为X70X70等级管线钢，等级管线钢，规格为规格为1016mm14.61016mm14.626.2mm26.2mm。oX70X70管线钢除了含管线钢除了含NbNb、V V、TiTi外，还加入了少外，还加入了少量的量的NiNi、CrCr、CuCu和和MoMo，其本质为针状铁素体，其本质为针状铁素体型的高强、高韧性管线钢。型的高强、高韧性管线钢。西气东输工程X70管线钢力学性能 2.8 其它钢材o碳钢及低合金钢碳钢及低合金钢：20#,16Mn20#,16Mn，15MnNbR,15MnNbR,A105 A105，Gr.BGr.Bo调质钢：调质钢：WHPY70WHPY70，WHPY65W
18、HPY65，WHPY60,A694 F65 WHPY60,A694 F65 o热强钢热强钢：16MnR,12CrMo16MnR,12CrMo，P355NH,P460NHP355NH,P460NHo低温钢：低温钢：16MnD16MnD，16MnDR16MnDR，15MnNiDR 15MnNiDR A350 LF2,A333 Gr.6 A350 LF2,A333 Gr.6o不锈钢：不锈钢：0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti AISI 316 AISI 3163 压力管道焊接施工3.1 3.1 压力管道焊接施工的特点和发展压力管道焊接施工的特点和发展3.2 3.2 主要应用的焊接工艺和焊接材料
19、主要应用的焊接工艺和焊接材料3.3 3.3 常用的焊接设备常用的焊接设备3.4 3.4 焊接施工工序焊接施工工序3.1 3.1 压力管道焊接施工的特点压力管道焊接施工的特点o复杂的气候条件；复杂的气候条件；o不稳定的固定条件；不稳定的固定条件；o全位置的操作条件；全位置的操作条件；o焊接工艺的多样化和适应性。焊接工艺的多样化和适应性。我国钢质管道环缝焊接技术经历了几次大我国钢质管道环缝焊接技术经历了几次大的变革：七十年代采用传统焊接方法，低氢的变革：七十年代采用传统焊接方法，低氢型焊条手工电弧焊上向焊技术；八十年代推型焊条手工电弧焊上向焊技术；八十年代推广手工电弧焊下向焊技术，为纤维素焊条和广
20、手工电弧焊下向焊技术，为纤维素焊条和低氢型焊条下向焊；九十年代应用自保护药低氢型焊条下向焊；九十年代应用自保护药芯焊丝半自动焊技术；今天开始全面推广全芯焊丝半自动焊技术；今天开始全面推广全位置机械化焊接技术。位置机械化焊接技术。压力管道焊接施工的发展压力管道焊接施工的发展o焊条电弧焊上向焊（手工焊）焊条电弧焊上向焊（手工焊）o焊条电弧焊下向焊（手工焊）焊条电弧焊下向焊（手工焊）o自保护药芯焊丝电弧焊下向焊（半自动焊）自保护药芯焊丝电弧焊下向焊（半自动焊）o熔化极气体保护电弧焊下向焊熔化极气体保护电弧焊下向焊 （半自动焊、机械化焊接）（半自动焊、机械化焊接）o自动化焊接自动化焊接3.2 3.2
21、主要应用的焊接工艺和焊接材料主要应用的焊接工艺和焊接材料 这种焊接方法是我国这种焊接方法是我国2020世纪世纪7070年代以年代以前管道焊接施工中采用的传统的方法前管道焊接施工中采用的传统的方法（即低氢型焊条上向焊技术）。目前，（即低氢型焊条上向焊技术）。目前，这种焊接方法主要用于返修焊接、连头这种焊接方法主要用于返修焊接、连头焊接，站场焊接以及特殊地段、特殊焊焊接，站场焊接以及特殊地段、特殊焊缝的焊接。缝的焊接。这种焊接工艺方法使用的焊接材料这种焊接工艺方法使用的焊接材料主要为国产的低氢型焊条，如主要为国产的低氢型焊条，如E5015E5015，E5016E5016等。等。上向焊下向焊下向焊o
22、焊条电弧焊下向焊是八十年代从美欧引进的焊焊条电弧焊下向焊是八十年代从美欧引进的焊接技术，其特点为采用薄层、多道、快速焊的接技术，其特点为采用薄层、多道、快速焊的方法完成操作，合格率高，特别适合于大机组方法完成操作，合格率高，特别适合于大机组流水作业流水作业o主要使用的焊接材料为纤维素型和低氢型下向主要使用的焊接材料为纤维素型和低氢型下向焊条。目前压力管道建设中，下向焊工艺使用焊条。目前压力管道建设中，下向焊工艺使用的焊条主要依靠进口。如奥地利的焊条主要依靠进口。如奥地利BOHLERBOHLER，美国，美国LINCOLNLINCOLN等。等。o国内对于纤维素型焊条的开发工作已经有了很国内对于纤维
23、素型焊条的开发工作已经有了很大的进展，初步具备了现场应用的条件。如洛大的进展，初步具备了现场应用的条件。如洛阳阳725725所，四川大西洋等的产品。而低氢型下所，四川大西洋等的产品。而低氢型下向焊条基本上还是空白。向焊条基本上还是空白。oE6010E6010纤维素型焊条电弧吹力大，操作性能纤维素型焊条电弧吹力大，操作性能好，特别适合于单面焊双面成型的根部焊接，好，特别适合于单面焊双面成型的根部焊接，是目前管道焊接施工中主要的根焊方法。是目前管道焊接施工中主要的根焊方法。o低氢型焊条下向填充、盖面焊接技术操作灵低氢型焊条下向填充、盖面焊接技术操作灵活，适应性好。但对于大口径、厚壁钢管来活，适应性
24、好。但对于大口径、厚壁钢管来说，劳动强度大，焊接效率低，另外对焊工说，劳动强度大，焊接效率低，另外对焊工的操作水平要求较高，目前只应用在部分连的操作水平要求较高，目前只应用在部分连头焊接和返修焊接中。头焊接和返修焊接中。下向焊下向焊o1.全纤维素型焊条下向焊 对于条件如区域性的长输管道建设工程及一些水网地带，自动或半自动焊接机具和设备因环境限制，不易进入的地区等情况多采用这种方法。同时，此法对焊机有一些要求：具有陡降外特性；外拖推力电流起作用时其数值要足够大；要适当提高静特性曲线外拖拐点。o2.混合型下向焊技术 这项技术是指在长输管道的现场组焊时，采用纤维素型焊条根焊和热焊，填充和盖面焊则采用
25、低氢型焊条下向焊技术。此法主要用于钢管级别较高的管道，如我国建设的陕京输气管道。由于长输管道沿线环境条件恶劣，要求焊接接头具有较好的低温冲击韧性，通常的纤维素型焊接工艺难以达到高质量要求，而低氢型焊条的抗冷裂性和冲击韧性较纤维素型焊条要好，因此，在尽可能提高效率的同时，为了保证根焊的质量、减少难度以及确保焊接接头的力学性能，应选用混合型下向焊工艺。o3.复合型下向焊技术 复合型下向焊是指根焊道及热焊道采用下向焊工艺，而填充和盖面采用上向焊的工艺方法。主要应用于焊接壁厚较大的管道和穿越、连头等焊缝。下向焊的特点下向焊的特点（1）焊接生产率 下向焊时采用的焊条直径大，焊接电流比上向焊大1/32/3
26、，焊接速度比上向焊要大23倍，焊接线能量比上向焊低，而焊缝宽度和余高则比上向焊要小，因此，焊接生产率比上向焊提高30%50%。（2）焊缝外观成形 下向焊焊缝余高比上向焊小，焊趾处母材与焊道的过渡半径比上向焊大，因此应力集中比上向焊小。（3）焊缝缺陷由于下向焊焊道层的厚度比上向焊薄，所以下向焊焊接产生的缺陷少，一般不易产生尺寸较大的焊接缺陷。焊条电弧焊的应用特点 n焊条电弧焊灵活简便、适应性强，同时由于焊条工艺性能的不断改进，其熔敷效率、力学性能仍能满足当今管道建设的需要。n焊条电弧焊包括纤维素和低氢焊条的应用。其下向焊和上向焊两种方法的有机结合及纤维素焊条良好的根焊适应性在很多场合下是其它焊接
27、方法所不能代替的。半自动焊半自动焊o自保护药芯焊丝半自动焊工艺是自保护药芯焊丝半自动焊工艺是9090年代初从美年代初从美国引进的一种下向焊的焊接方法。最早应用于国引进的一种下向焊的焊接方法。最早应用于库鄯线管道工程中。经苏丹管道、兰成渝管道库鄯线管道工程中。经苏丹管道、兰成渝管道和涩宁兰管道等工程的应用，现已成为管道焊和涩宁兰管道等工程的应用，现已成为管道焊接施工中主要焊接方法。接施工中主要焊接方法。o操作灵活，全位置成型好，熔敷效率高，环境操作灵活，全位置成型好，熔敷效率高，环境适应能力强，焊工易于掌握，是目前管道施工适应能力强，焊工易于掌握，是目前管道施工的一种重要的填充、盖面焊方法。的一
28、种重要的填充、盖面焊方法。o主要使用的焊接材料为自保护药芯焊丝。目主要使用的焊接材料为自保护药芯焊丝。目前主要依靠进口。如美国前主要依靠进口。如美国HOBARTHOBART、LINCOLNLINCOLN，瑞典瑞典ELGAELGA等。等。o国内对于自保护药芯焊丝的开发工作已经有国内对于自保护药芯焊丝的开发工作已经有了很大的进展，初步具备了现场应用的条件。了很大的进展，初步具备了现场应用的条件。如天津金桥的产品。如天津金桥的产品。药芯焊丝焊接o技术特点技术特点o焊接质量好：相同管径的钢管采用半自动焊接头数比采用焊接质量好：相同管径的钢管采用半自动焊接头数比采用焊条焊的少，所以焊接缺陷也较焊条电弧焊
29、少。手工焊多焊条焊的少，所以焊接缺陷也较焊条电弧焊少。手工焊多采用纤维素型焊条，而自保护药芯焊丝属于低氢型，因此采用纤维素型焊条，而自保护药芯焊丝属于低氢型，因此可降低焊缝中的含氢量。此外，半自动焊的熔深较大，降可降低焊缝中的含氢量。此外，半自动焊的熔深较大，降低了未熔合和夹渣产生的可能性。低了未熔合和夹渣产生的可能性。o焊接效率高：药芯焊丝的焊接属于连续焊接，接头非常少。焊接效率高：药芯焊丝的焊接属于连续焊接，接头非常少。半自动焊熔敷量大，熔敷率为半自动焊熔敷量大，熔敷率为0.75，熔化速度为纤维素型，熔化速度为纤维素型焊条下向焊的焊条下向焊的1.52倍。此外，焊渣薄，容易脱渣。总之，倍。此
30、外，焊渣薄，容易脱渣。总之，焊接综合效率为焊条下向焊的焊接综合效率为焊条下向焊的2倍。倍。o设备和焊材造价高：用于自保护药芯焊丝焊接的焊接设备设备和焊材造价高：用于自保护药芯焊丝焊接的焊接设备是焊条下向焊焊接设备的是焊条下向焊焊接设备的23倍，药芯焊丝的价格也比下倍，药芯焊丝的价格也比下向焊焊条高。向焊焊条高。o综合成本低：综合焊接设备、焊材、焊接效率、熔敷率、综合成本低：综合焊接设备、焊材、焊接效率、熔敷率、焊工数量以及辅助工装等因素，自保护药芯焊丝要比焊条焊工数量以及辅助工装等因素，自保护药芯焊丝要比焊条下向焊的施工成本低。下向焊的施工成本低。应用特点 自保护药芯焊丝半自动焊主要用来填充和
31、盖面。其特点为熔敷效率高，全位置成型好，环境适应能力强，焊工易于掌握，是目前管道施工的一种重要焊接工艺方法。一般根焊采用纤维素焊条手工根焊或STT半自动焊根焊。STT焊接技术原理和特点 STT（Surface Tension Transfer）是一种以表面张力为熔滴主要过渡力的熔化极气体保护电弧焊。STT电源具有波形控制功能，可根据熔滴的不同过渡过程，控制电流和电压的波形，即焊接电源能自动调节焊接电流和电弧电压，使电弧获得所需的瞬时热量，从而确保焊接电弧的稳定燃烧和有效地控制焊缝成形。电流及电压波形如图：STT焊接电源电流和电压波形图 STT技术与常规的CO2气体保护焊相比，基本消除了焊接时的
32、飞溅，实现了电弧的稳定燃烧。STT焊接可以用CO2气体作保护介质，也可以Ar和CO2的混合气体作为保护介质。当保护介质为CO2时，熔池的流动性和熔透性较好，但焊缝的力学性能稍差；当采用Ar和CO2的混合气体作为保护介质时，熔池的流动性较差，但焊缝的力学性能好。STT焊接工艺的特点有：电弧燃烧稳定，引弧容易，烟尘和噪音小，飞溅很小，焊缝成形好，焊接成本较低，操作容易，抗风能力较差，焊接设备较贵。o熔化极气体保护电弧焊有利于实现全位置焊熔化极气体保护电弧焊有利于实现全位置焊接操作，易于进行管道机械化焊接。接操作，易于进行管道机械化焊接。o目前压力管道焊接施工中应用的有半自动焊目前压力管道焊接施工中
33、应用的有半自动焊方法和机械化焊接方法。采用的保护气体有方法和机械化焊接方法。采用的保护气体有氩气、二氧化碳气，以及氩气与二氧化碳的氩气、二氧化碳气，以及氩气与二氧化碳的混合气。混合气。o主要使用的焊接材料为实心焊丝。目前主要主要使用的焊接材料为实心焊丝。目前主要有锦州锦泰有锦州锦泰JM68JM68、JM58JM58，四川大西洋，四川大西洋CHW60CCHW60C、CHW50C8CHW50C8。o国外的产品有美国国外的产品有美国LINCOLNLINCOLN、奥地利、奥地利BOHLERBOHLER、法国法国SAFSAF、日本神钢等的、日本神钢等的AWS A5.28 ER80S-GAWS A5.28
34、 ER80S-G系列和系列和AWS A5.18 ER70S-GAWS A5.18 ER70S-G、ER70S-6ER70S-6系列。系列。机械化焊接方法的应用特点 熔化极气体保护焊时对焊接区保护简单、方熔化极气体保护焊时对焊接区保护简单、方便，焊接区便于观察，生产效率高，易于实现全便，焊接区便于观察，生产效率高，易于实现全位置焊，易于实现机械化和自动化焊接，因而在位置焊，易于实现机械化和自动化焊接，因而在长输管道焊接中被广泛采用为自动化长输管道焊接中被广泛采用为自动化焊接方法。焊接方法。o机械化程度高；机械化程度高；o焊接效率高，劳动强度低。焊接效率高，劳动强度低。o焊接过程稳定，焊接质量好。
35、焊接过程稳定，焊接质量好。o适合于平坦地段的大机组、流水作业，在恶劣的适合于平坦地段的大机组、流水作业，在恶劣的环境条件下尤其具有潜力。环境条件下尤其具有潜力。管道自动焊技术管道自动焊技术（1）管道自动焊概念）管道自动焊概念 一般来说，用自动焊接装置完成全部焊接操作的焊接方法称为自动焊，一般来说，用自动焊接装置完成全部焊接操作的焊接方法称为自动焊，因此，用管道自动焊接装置完成全部管道焊接操作的焊接方法称为管因此，用管道自动焊接装置完成全部管道焊接操作的焊接方法称为管道自动焊。管道自动焊是由电源、焊接小车和控制系统三大部分组成。道自动焊。管道自动焊是由电源、焊接小车和控制系统三大部分组成。焊接电
36、源向电弧提高所需的能量；焊接小车的作用是焊丝的送进、送焊接电源向电弧提高所需的能量；焊接小车的作用是焊丝的送进、送气、焊枪的摆动和焊枪的移动等；控制系统的作用是将焊接电源和焊气、焊枪的摆动和焊枪的移动等；控制系统的作用是将焊接电源和焊接小车结合起来，按设定的程序和参数控制焊接小车。接小车结合起来，按设定的程序和参数控制焊接小车。（2）管道自动焊的分类）管道自动焊的分类 管道自动焊的分类方法很多，如按焊接方法、保护气体种类、焊丝种管道自动焊的分类方法很多，如按焊接方法、保护气体种类、焊丝种类、电源种类、焊枪数量、焊接方向以及焊接位置等都可分类，这里类、电源种类、焊枪数量、焊接方向以及焊接位置等都
37、可分类，这里主要对后两种做一说明。按焊接方向可分为：转动管道自动焊、上向主要对后两种做一说明。按焊接方向可分为：转动管道自动焊、上向管道自动焊和下向管道自动焊；按焊接位置分为：管道自动内焊和管管道自动焊和下向管道自动焊；按焊接位置分为：管道自动内焊和管道自动外焊。道自动外焊。（3）管道自动焊的特点）管道自动焊的特点优点：电弧燃烧稳定，焊缝成形好，焊接接头少，焊接缺陷少，层间清优点：电弧燃烧稳定，焊缝成形好，焊接接头少，焊接缺陷少，层间清理方便，焊缝力学性能好，焊接效率高，操作简单，劳动强度低，有理方便，焊缝力学性能好，焊接效率高，操作简单，劳动强度低，有害烟尘少，焊接成本较低。害烟尘少，焊接成
38、本较低。缺点：抗风能力差，焊接设备投入成本高，设备复杂维护保养和修理复缺点：抗风能力差，焊接设备投入成本高，设备复杂维护保养和修理复杂，对管口质量要求高，适用性较手工电弧焊差。杂，对管口质量要求高，适用性较手工电弧焊差。西气东输线路工程用焊材情况焊材类别焊材标准号用途纤维素型焊条AWS A 5.1 E6010手工电弧焊根焊AWS A 5.5 E8010-G手工电弧焊热焊低氢型焊条AWS A 5.5 E8018-GAWS A 5.5 E8018-Pl手工电弧焊填充焊盖面自保护药芯焊丝AWS A 5.29 E71T8-K6AWS A 5.29 E71T8-Ni2半自动焊填充焊盖面焊CO2气保护实芯
39、焊丝AWS A 5.18 ER70S-6AWS A 5.18 ER70S-GSTT半自动根焊或内焊机根焊AWS A 5.18 ER70S-GAWS A 5.18 ER80S-G自动外焊机用填充盖面3.3 3.3 常用的焊接设备常用的焊接设备o纤维素型焊条焊接，在小电流时易出现断弧、纤维素型焊条焊接，在小电流时易出现断弧、粘条、电弧不稳等问题。因此纤维素焊条下粘条、电弧不稳等问题。因此纤维素焊条下向焊对焊机静特性的要求主要体现在：向焊对焊机静特性的要求主要体现在：要要求静特性曲线自然特性段至少达到求静特性曲线自然特性段至少达到50V50V以上。以上。外拖电流数值要足够大，防止发生熔池边外拖电流数
40、值要足够大，防止发生熔池边界不清及焊条与铁水粘连熄弧现象。界不清及焊条与铁水粘连熄弧现象。适当适当提高静特性曲线的外拖拐点（提高静特性曲线的外拖拐点（15-20A15-20A），同），同时希望外拖曲线以斜率可调线性变化，保证时希望外拖曲线以斜率可调线性变化，保证熔滴小颗粒过渡，减少飞溅。熔滴小颗粒过渡，减少飞溅。提高小电流提高小电流（60-90A60-90A）焊接时的稳定性。）焊接时的稳定性。o低氢型焊条对弧焊设备的要求较低，一般的低氢型焊条对弧焊设备的要求较低，一般的直流弧焊设备即可满足要求。直流弧焊设备即可满足要求。o自保护药芯焊丝半自动焊时，要求焊接电源自保护药芯焊丝半自动焊时，要求焊接
41、电源与送丝机具有良好的匹配特性，保证焊接过与送丝机具有良好的匹配特性，保证焊接过程稳定，飞溅率低。目前较多使用的是美国程稳定，飞溅率低。目前较多使用的是美国LINCOLNLINCOLN公司的公司的DC-400DC-400匹配匹配LN-23PLN-23P送丝机。送丝机。o熔化极气体保护焊设备有国内和国外设备供熔化极气体保护焊设备有国内和国外设备供选择。选择。焊接工艺评定管端坡口加工3.4 3.4 焊接施工工序焊接施工工序管口组对预热根焊热焊、填充盖面无损检测填写施工检查记录3.4.1 准备工作o 清理管口清理管口o 施工人员熟悉本工序的施工作业指导书施工人员熟悉本工序的施工作业指导书o 合格焊工
42、方能上岗合格焊工方能上岗o 检查设备，确认材料检查设备，确认材料o 管子级配管子级配3.4.2 对口组装o一一般般地地段段采采用用沟沟上上组组焊焊，组组对对管管口口端端部部应应设设置置稳稳固固的的支支撑撑。除除连连头头和和弯弯管管处处，管管道道组组装装应应采采用用内内对对口口器；器；o坡地较长地段采用沟下组装；坡地较长地段采用沟下组装；o组对时要求的项目：组对时要求的项目：1、焊后错边量；、焊后错边量；2、对口间隙。、对口间隙。3.4.3 预热o 预热温度预热温度o 预热宽度：壁厚的预热宽度：壁厚的4倍，且不小于倍，且不小于150mm宽宽o 预热方法：火焰加热，感应加热预热方法：火焰加热，感应
43、加热o 测温方法：测温笔，表面温度计等测温方法：测温笔，表面温度计等o 若管口污染，应清除污染后重新预热若管口污染，应清除污染后重新预热o 预热完毕应立即施焊，保证焊接所需的温度预热完毕应立即施焊，保证焊接所需的温度3.4.4 施工检查记录o焊前检查：焊前检查：材料检验，包括管道组成件和管道支承件，材料检验，包括管道组成件和管道支承件，焊接焊接 材料验收、储存和保管，保护气体等。材料验收、储存和保管，保护气体等。组对检查，包括主要结构尺寸、坡口尺寸、组对检查，包括主要结构尺寸、坡口尺寸、坡口表面质量等。坡口表面质量等。施焊环境及预热。施焊环境及预热。o焊接中间检验焊接中间检验 定位焊缝检查，包
44、括数量、长度、高度、定位焊缝检查，包括数量、长度、高度、形状等。形状等。焊接热输入量检查，包括焊接电流、焊接焊接热输入量检查，包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度、保护气体流量、电压、焊接速度、送丝速度、保护气体流量、摆动宽度等。摆动宽度等。层间质量检查，包括层数、道数、厚度、层间质量检查，包括层数、道数、厚度、清理以及层间无损检测等。清理以及层间无损检测等。o焊后检验焊后检验 外观检查，包括焊缝宽度、焊缝高度、咬外观检查，包括焊缝宽度、焊缝高度、咬边、表面未熔合、表面未焊透、气孔、夹渣边、表面未熔合、表面未焊透、气孔、夹渣等。等。无损检测。无损检测。压力及密封性试验。压力及密封性试验。
45、破坏性试验。破坏性试验。3.4.5 无损检测压力管道常用的无损检测方法为：压力管道常用的无损检测方法为：o射线探伤射线探伤RTRT爬行器爬行器o超声波探伤超声波探伤UTUTo渗透探伤渗透探伤PTPT4 4 焊接应力和变形焊接应力和变形4.1 4.1 压力管道中焊接应力和变形的产生压力管道中焊接应力和变形的产生4.24.2焊接残余应力和变形的预防措施焊接残余应力和变形的预防措施4.1 压力管道中焊接应力和变形的产生o焊接时由于热过程，以及焊件本身厚度、刚焊接时由于热过程，以及焊件本身厚度、刚度和组对等拘束条件的影响，在焊件内部产度和组对等拘束条件的影响，在焊件内部产生焊接应力。生焊接应力。o管子
46、或容器的环焊缝，在结构中是对称布置管子或容器的环焊缝，在结构中是对称布置的，焊接顺序也是对称的，故一般产生直线的，焊接顺序也是对称的，故一般产生直线变形，即横向和纵向缩短，以及圆周长度的变形，即横向和纵向缩短，以及圆周长度的缩短。缩短。4.2 焊接残余应力和变形的预防措施o采用合理的焊接顺序采用合理的焊接顺序o严禁强力组装严禁强力组装o预留出保证焊缝自由收缩的余量预留出保证焊缝自由收缩的余量o整体预热法整体预热法o锤击焊缝法锤击焊缝法o压力试验法压力试验法5 5 焊接工艺评定焊接工艺评定5.1 5.1 参考标准参考标准5.2 5.2 术语术语5.3 5.3 焊接工艺评定的目的及要求焊接工艺评定
47、的目的及要求5.4 5.4 焊接工艺评定规则焊接工艺评定规则5.5 5.5 焊接工艺评定的程序焊接工艺评定的程序5.6 5.6 评定报告评定报告5.1 参考标准o美国石油协会标准美国石油协会标准 API 1104(19API 1104(19版版)o钢质管道焊接及验收钢质管道焊接及验收 SY/T 4103-95SY/T 4103-95o输油输气管道线路工程施工与验收规范输油输气管道线路工程施工与验收规范 SY/T 0401-98SY/T 0401-98o石油天然气金属管道焊接工艺评定石油天然气金属管道焊接工艺评定 SY 0452-SY 0452-20022002o焊接和钎焊评定焊接和钎焊评定 A
48、SME ASME 卷卷 o液态烃和其他液体管线输送系统液态烃和其他液体管线输送系统 ASME B31.4ASME B31.4o输气和配气管道系统输气和配气管道系统 ASME B31.8ASME B31.85.2 术语o焊接工艺指导书焊接工艺指导书 根据工程设计要求和工程经验编制的用于焊根据工程设计要求和工程经验编制的用于焊接工艺评定的指导性文件。接工艺评定的指导性文件。o焊接工艺评定焊接工艺评定 工程焊接之前对焊接工艺进行的鉴定性试验。工程焊接之前对焊接工艺进行的鉴定性试验。o焊接工艺规程焊接工艺规程 根据评定合格的焊接工艺编制的用于工程施根据评定合格的焊接工艺编制的用于工程施工的焊接技术规定
49、和程序。工的焊接技术规定和程序。o自动化焊接：在焊接过程中焊丝自动送进，焊接自动化焊接：在焊接过程中焊丝自动送进，焊接小车自动行走，工件自动移动。小车自动行走，工件自动移动。o机械化焊接：在焊接过程中焊丝自动送进，焊接机械化焊接：在焊接过程中焊丝自动送进，焊接小车自动行走，人工操作工件的移动。小车自动行走，人工操作工件的移动。o半自动焊：在焊接过程中焊丝自动送进，人工操半自动焊：在焊接过程中焊丝自动送进，人工操作电弧沿焊缝的行走和工件的移动。作电弧沿焊缝的行走和工件的移动。o手工焊：在焊接过程完全由人工操作完成。手工焊：在焊接过程完全由人工操作完成。o根焊：第一层焊道。根焊：第一层焊道。o热焊
50、：根焊完成后立即进行的第二层焊道。热焊：根焊完成后立即进行的第二层焊道。o填充焊：根焊、热焊后，盖面焊道前的焊道。填充焊：根焊、热焊后，盖面焊道前的焊道。o立填焊：下向焊时，在立焊位置补填的焊道。立填焊：下向焊时，在立焊位置补填的焊道。o盖面焊：最外面的一层成型焊道。盖面焊：最外面的一层成型焊道。o多道焊：同一层中焊接一道以上的焊道。多道焊：同一层中焊接一道以上的焊道。o缺欠缺欠:焊缝的不连续性、不完整性。焊缝的不连续性、不完整性。o缺陷缺陷:达到拒绝验收标准的缺欠。达到拒绝验收标准的缺欠。o修补修补:对表面非裂纹缺陷进行的修复。对表面非裂纹缺陷进行的修复。o返修：对不符合无损检测要求的焊缝缺