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长输油气管道焊接技术的发展与需求 |
2009-05-06 |
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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。截止2003年底，输油气管道累计长度45865Km，居世界第六位；其中原油管道15915Km、天然气管道21299Km、成品油管道6525Km、海底管道2126Km。“西气东输”、“冀宁联络线”、“陕京二线”、“西部管道”等国内大型管道工程相继建成投产或即将完工，跨国管道“中哈管线”也即将完工，与俄罗斯及邻国、中亚等国的管线建设一直都在紧张筹划中。据国家规划，至2020年，我国油气输送管道基本形成分布合理、联络成网、互相调配、安全可靠、覆盖全国主要区域的油气管网，满足社会经济发展和人民生活需要。
管道施工中的环焊部位是失效事故的多发位置，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。
因此，开展管道工程的焊接技术研究，提高焊接技术水平，是现代优质、高效施工的必然要求。
1．管线钢的焊接性
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目前仅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TransCanada管道公司2002年完成了1km的φ1219mm×14.3mm的X100钢管试验段，ExxonMobil公司于2004年在加拿大建成了X120钢管的1.6km试验段。
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，如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，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，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，特别要注意多层焊的局部脆性区问题。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
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/T5117-1995、GB/T5118-1995、AWSA5.1-91和AWSA5.5-96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，有代表性的如奥地利伯乐公司生产的BOHLERFOXCEL（AWSA5.1-91E6010）和BOHLERFOXCEL85（AWSA5.5-96E8010—P1）焊条、美国林肯公司生产的FLEETWELD5P+（AWSA5.1-91E6010）和SHIELDARC70+（AWSA5.5-96E8010—G）焊条、中船重工七二五所研制的SRE425G（AWSA5.1-91E6010）、SRE505（AWSA5.5-96E7010—G）和SRE555（AWSA5.5-96E8010—G）焊条等。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，有代表性的如奥地利伯乐公司生产的BOHLERFOXBVD85（AWSA5.5-96E8018-G）焊条、美国林肯公司生产的LINCOLNLHD80（AWSA5.5-96E8018-G）焊条。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，有代表性的如四川大西洋公司生产的CHE507GX(GB/T5118-1995E5015)、CHE557GX(GB/T5118-1995E5515)。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。
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