唐磊 王曉明

國家管網集團西南管道昆明維搶修分公司

摘要：針對傳統鋼質B型套筒手工焊接修復效率低、質量不可控、焊工培訓周期長等問題，開展了山區管道B型套筒全自動焊修復研究。分析了某山區管道B型套筒全自動焊工藝選擇，介紹了典型山區管道B型套筒修復作業實踐，并對B型套筒全自動焊工藝應用提出了建議。

關鍵詞：B型套筒；全自動焊；山區管道

鋼質B型套筒修復作為一種油氣管道永久性修復措施，應用越來越廣泛。常規B型套筒采用手工焊接方式，存在焊接工作量大、焊接質量受焊工技術水平影響、焊工培養周期長等缺點。全自動焊技術具有焊接效率高、焊接質量可控性高、焊工熟練掌握周期短等優點[1]，但對焊接坡口要求高、對環境風速濕度敏感、熱輸入量大、對磁敏感。如何將全自動焊接技術應用于B型套筒的焊接，本文以某山區管道B型套筒全自動焊考慮因素及其工藝選擇的應用為例，提出相關建議措施。

1  山區管道B型套筒全自動焊影響因素

全自動焊接系統由焊接電源、混合氣體（80%Ar+20%CO2）通過電源適配器給焊接小車供給電源和氣體，由焊絲箱直接向焊接小車供給焊絲，焊接小車在軌道上按照程序進行焊接動作，如圖 1所示。

圖 1 全自動焊接系統示意圖

1.1  坡度的影響

山區管道對全自動焊的最大影響是管道坡度會影響熔池。山地管道鋪設坡度較其他地區變化更大，可由0°到90°，對于焊接的影響主要是受重力影響，熔敷金屬會偏向管道位置低的地方，熔池偏離而造成融合不好，容易導致位置高處坡口未熔合 [2]。

1.2  坡口的影響

全自動焊較手工焊接對坡口的適應性不足，其適宜于機械加工口的焊接，對細小夾縫、打底焊接等不規則位置的適應性較差。鋼質B型套筒焊縫有橫向對接焊縫及環向角焊縫兩種。橫向對接焊縫兩個坡口面為機械加工口，較為平整，適合全自動焊運用，但是在橫向對接焊縫打底處、末端不規則，不適宜全自動焊焊接。環向角焊縫的坡口面及管道外壁均較為平整，適合全自動焊應用，但是在完成墊層焊接后，在管道外壁及鋼質B型套筒間，形成細小夾縫，使用全自動焊操作較為困難，容易產生未焊透缺陷。

1.3  環境的影響

環境對全自動焊的影響主要是風、濕度和溫度。全自動焊接是一種帶軌道的氣保護焊接方式，當焊接空間內風速大于2 m/s時，容易出現密集氣孔。因環境濕度大，存在的水分容易造成焊縫開裂。

1.4  磁熱的影響

管道磁性、焊接熱影響全自動焊焊接質量。油氣長輸管道經常開展漏磁檢測，檢測完成后管道磁性較強。管道磁性對焊接的影響是通過對熔敷金屬磁吸磁排斥作用力從而影響熔敷效果。磁性較強時容易造成層間未熔合缺陷。焊接熱對焊縫質量的影響一方面是高溫熔敷金屬遇到冰冷管道會有脆冷作用影響焊縫金屬性能，另一方面是全自動焊輸出熱較大，焊縫和管道管壁間溫度梯度較大，焊縫組織性能區別較大，在焊趾位置容易產生裂紋。

2  山區管道B型套筒全自動焊質量控制措施

2.1  焊接工藝的選擇

由于山區管道坡度變化大，單純的2G（橫焊位）、5G（管水平固定）不能滿足山區管道的焊接要求。橫向對接焊縫采取5G（管水平固定）+6G（45°傾斜）的焊接位置。環向角焊縫采取6G（45°傾斜）的焊接位置。焊工也考慮6G（45°傾斜）氣保護自動焊。

B型套筒焊接采用“手工焊接+全自動焊接”模式。在橫向角焊縫的根焊、環向角焊縫的封焊位置采取手工焊接方式，其他均采用全自動焊接，既能兼顧質量也能提高焊接效率。同時，在橫向對接焊縫末端使用引弧板、打底位置墊設金屬墊材，既能防止在管道母材上引弧，也使橫焊縫末端焊接在引弧板上，最后割掉，進一步保證焊接質量。

全自動焊接工藝采取氣保護藥芯焊接形式，保護氣采用80%Ar+20%CO2的混合氣。

2.2  環境影響的控制

環境控制指標：溫度大于或等于5 ℃，濕度小于等于90%RH，風速在手工焊（SMAW）時小于等于5 m/s、自動焊（FCAW）時小于等于2 m/s。在濕度不滿足要求或者管道、鋼質B型套筒表面有水汽時，需要用火焰或感應加熱等方式去除水汽。全自動焊對風敏感，需要搭設防風棚，也需注意防風棚的排風扇位置及功率不會引起強烈氣體對流，從而影響焊接。

2.3  磁性消除和熱控制

對于管道磁性消除，首先需要關閉管道兩側的陰保樁，然后利用消磁機進行消磁。消磁時，先利用交流模式對管道磁性進行消減，如仍有殘余磁場則使用直流方式建立對沖磁場。需要注意沿管道周向的不同方向不同大小的磁場，確保磁場消除到可接受范圍，避免因磁偏吹引起焊接產生未熔合等質量問題。

管道的熱控制主要是預熱、層間溫度控制、焊后保溫三個方面。橫向對接焊縫預熱溫度大于等于60 ℃、環向角焊縫預熱溫度大于等于30 ℃，可采用火焰加熱、電加熱、感應加熱的方式，在條件允許的情況下預熱溫度以大于80 ℃為宜。根據國內專業機構研究表明，焊縫在焊后熱保溫溫度大于600 ℃時焊接殘余應力基本降為零，焊后保溫溫度在250 ℃到350 ℃時焊接殘余應力降低較快，根據管道受熱后力學狀況及目前加熱設備條件，有條件的情況下建議焊后保溫溫度保持在250 ℃到350 ℃之間，保溫時間不低于1小時。

3  應用案例

2021年6月，對某山區管道開展鋼質B型套筒修復全自動焊作業（圖 2）。待修復管道管徑1016 mm，材質X80鋼，設計壓力10 MPa，壁厚為12.8/15.3 mm，管道鋪設坡度37°。鋼質B型套筒材質Q345R，長度350 mm，厚度36 mm。依據GB/T 28055―2011《鋼質管道封堵技術規程》計算帶壓焊接壓力在5.57 MPa以下，不需要降壓運行。焊接時運行壓力為4.49 MPa。

圖 2 山區管道鋼質B型套筒修復現場

焊前按照焊評使用火焰進行預熱，溫度不低于80 ℃。焊后使用中頻加熱器進行保溫，實際測量保溫溫度為296 ℃，保持2小時關閉中頻加熱器緩冷至室溫。橫焊縫、環焊縫根焊均采用雙保護（80%Ar+20%CO2）E91T1-M21A6-K2-H2焊絲和Φ4.0 mm、E8045-P2焊條，其中橫向對接焊縫根焊及環向角焊縫封焊采用E8045-P2焊條手工電弧焊焊接。現場環境相對濕度低于90%，全自動焊焊接時，焊接位置搭設防風棚，風速小于2 m/s。橫向對接焊縫焊接完成后進行磁粉、滲透、超聲波探傷，檢測結果合格。環向角焊縫焊接完成后進行磁粉、滲透、相控陣檢測，檢測結果合格。

4  結論

綜上所述，在山區管道鋼質B型套筒修復作業中，利用“手工+全自動”焊接模式，可以發揮全自動焊的優勢，也避免全自動焊的不足。控制焊接溫度、濕度、風速等要素，對管道磁性、焊接預熱后熱等要素進行消減，能發揮全自動焊高效高質的特點。

參考文獻：

[1]李新偉，陳利新，孔德勝. 手工根焊+全自動焊施工探索[J]. 焊接技術，2016（09）：156-157.

[2]張亮. 超大口徑管道全自動焊缺陷產生原因及預防[J]. 石油技師，2019（04）：51-53.

作者簡介：唐磊，1986年生，工程師，西南管道維搶修分公司技術管理科科長，2013年碩士畢業于四川大學化工過程機械專業，現主要從事油氣管道維搶修方向的研究工作。聯系方式：18087118335， tanglei@pipechina.com。