1、焊接工藝選擇

據(jù)調研，中國在役管道焊接全部采用手工焊焊接工藝，國外也少有使用自動化裝備進行在役油氣管道焊接的施工案例。分析其原因：

①針對在役焊接工況，中國缺少該方面的相關技術研究；

②國外高鋼級大口徑管道建設與維修需求量少，目前的手工焊工藝基本可以滿足作業(yè)要求。

目前，實芯焊絲氣體保護下向焊是管道建設施工常用的自動焊焊接方式，具有焊接效率高的技術優(yōu)勢，但為保證焊接質量，必須對坡口加工、管口組對、根焊、填充蓋面等環(huán)節(jié)提出更高的技術要求。全自動焊接設備要求管道坡度不得大于5°，適用于平原地帶或緩坡地帶的長距離、大口徑、厚管壁的輸送管道焊接。在役管道焊接工況與管道建設不同：一方面是由于現(xiàn)場待安裝修復套筒、開孔三通的加工情況及在役管道的橢圓度，管件安裝后與管道的貼合度不同，導致焊口的組對差異性較大；另一方面是油氣管道在役焊接涉及地形復雜。而藥芯焊絲氣體保護焊工藝對現(xiàn)場坡口加工精度、組對間隙及施工地形的適應性更好，其可操作性更強。針對在役焊接過程中介質流動帶走熱量使焊接冷卻速度快的情況， 與實芯焊絲氣體保護焊工藝焊接熱輸入量小、易出現(xiàn)未熔合的特點相比，藥芯焊絲氣體保護焊的工藝參數(shù)更容易滿足焊接熱輸入的要求。通過以上對比發(fā)現(xiàn)， 在技術開發(fā)過程中，宜選擇藥芯焊絲氣體保護焊工藝。

2、焊接試驗過程

與管道建設時的窄間隙管對管環(huán)向對接焊縫不同，在役管道焊接通常涉及的焊縫有開孔三通或修復套筒的橫向對接焊縫、修復管件端部與在役管道連接的環(huán)向角焊縫兩種形式。一般的焊接順序是首先同時焊接兩側橫向對接焊縫，在焊縫緩冷釋放應力后，再焊接環(huán)向角焊縫，但兩道環(huán)向角焊縫不應同時焊接。

2、1橫縫焊接

開孔三通或修復套筒的橫向對接接頭通常厚度較大，有的接頭厚度超過 80 mm，焊接過程需要完成大量的小幅擺動排焊，合理布置焊道排列，避免出現(xiàn)層間未熔合等缺陷。當對接接頭在橫焊位置（即 2G 位置）排焊時，鐵水容易下墜；尤其是焊接蓋面時，應使用較小的擺寬快速焊接，防止熔池下墜，保證焊縫成形美觀。在橫向對接接頭進行自動焊接時，需要足夠大的組對間隙，目前設計規(guī)定的根部組對間隙為 3~6 mm，無法滿足根部自動焊的要求，需要從設計上改進組對間隙尺寸標準，保證焊槍能夠實現(xiàn)根部熔合良好。此外，修復管件與管道的貼合度也是影響橫縫自動焊的重要因素之一。

2、2環(huán)向角焊縫焊接

在役管道環(huán)向角焊縫焊接是在役自動焊的難點與關鍵，焊接過程應避免燒穿、冷裂，管件與在役管道良好的熔合性也很重要。

為避免燒穿，自動焊工藝參數(shù)參照手工焊的焊接熱輸入進行設定，并開展熔深試驗。在 X70 管道上焊接環(huán)向預堆層后，對不同位置的金相熔深進行測定。

在焊接過程中，為避免冷裂紋，自動焊的工藝措施與手工焊基本一致，主要從低氫焊材選擇與處置、焊前預熱、焊后保溫、合理布置回火焊道順序、合適的焊接熱輸入量等多個方面保證焊接質量。在役自動焊時， 還需明確干伸尺寸范圍。焊絲的干伸是影響焊縫金屬氫含量的一個重要因素。在一定的極限長度內干伸越長，焊縫金屬內的氫含量越低。因此，在進行焊接工藝評定時，最小干伸長度也應是一個基本焊接要素。干伸長度一般等于焊絲直徑的 10 倍。

現(xiàn)場在役管道安裝、修復管件時，在役管道與修復管件通常存在 1~5 mm 的組對縫隙（管道變形嚴重時縫隙超過 10 mm），合理布置預堆層及根焊能夠良好熔合是環(huán)角焊縫自動焊的工藝難點。如果預堆層布置不合適，可能會在根焊處形成缺口。

3、焊接材料選擇

在役管道焊接除選擇合適的焊接參數(shù)外，還應重視焊接材料的選擇和保管。焊絲選擇應從強度匹配、飛濺程度、焊縫成型、氫含量等多個方面考慮。焊絲除滿足強度匹配要求外，還應具備以下優(yōu)點：

①全位置焊接的操作性好；

②飛濺盡可能小；

③多層多道焊過程中，焊縫成形圓滑過渡；

④脫渣性好；

⑤能夠很好地實現(xiàn)管件端部與預堆層之間的根焊連接。

在役管道焊接過程中，為避免氫致裂紋的出現(xiàn)， 焊條手工電弧焊選用低氫或超低氫的焊材。同樣，采用自動焊焊接工藝時，建議選用的氣體保護焊藥芯焊絲也是低氫要求的，如選用帶有“H4”標識牌號的焊絲，即焊絲的擴散氫含量是在 4 mL/100 g 以內，從而降低了焊接過程中產生氫致裂紋的風險。藥芯焊絲的另一特點是容易吸潮，因此，在焊絲使用過程應采取適當?shù)谋Ｗo措施，如新開封的焊絲應盡快用完，未用完的焊絲應及時包裝嚴實，避免因吸潮導致擴散氫含量升高。

4、保護氣體的影響

藥芯焊絲氣體保護焊工藝采用的保護氣體是80％氬氣+20％二氧化碳的混合氣。選用保護氣體時，應選擇正規(guī)的氣體生產廠家，保證保護氣體的質量、純度及含水量等均符合相關標準要求。在焊接試驗過程中，大多情況下氣孔的產生是由于保護氣體的保護效果不良造成的，可能是由于保護氣瓶內壓力不夠或氣瓶內保護氣體純度不達標引起的，且不同生產廠家的保護氣成分、純度也存在差別。因此，選用保護氣體時，應盡量固定保護氣體的生產廠家，避免因保護氣的問題影響焊接質量。此外，保護氣體的含水量也是需要考慮的重要因素之一，當含水量低于 0.005％ 時，增加的擴散氫含量不超過 0.1 mL/100 g。

5、焊接工藝評定試驗

在役自動焊焊接工藝評定試驗是在 X80 管道（管徑 1 016 mm、壁厚 12.8 mm）上進行的焊接 B 型修復套筒（材質 Q345R、壁厚 70 mm）的動態(tài)模擬試驗。在試驗過程中，施焊管道內充滿流動水，能夠模擬帶走熱量較苛刻的施工環(huán)境。試驗環(huán)境溫度 10~17 ℃， 流動水溫度 10 ℃。用火焰加熱方法預熱，無后熱與保溫，進行環(huán)角焊縫焊接。根據(jù) GB/T 31032—2014《鋼質管道焊接及驗收》附錄 D 的要求進行焊件取件與破壞性試驗，各項試驗結果均符合標準驗收要求。

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