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国内外油气管道焊接技术发展综述
引言
我国的油气资源大部分分布在东北和西北地区，而消费市场绝大部分在东南沿海和中南部的大中城市等人口密集地区，这种产销市场的严重分离使油气产品的输送成为油气资源开发和利用的最大障碍。管输是突破这一障碍的最佳手段，与铁路运输相比，管道运输是运量大、安全性更高、更经济的油气产品输送方式，其建设投资为铁路的一半，运输成本更只有三分之一。因此，我国政府已将“加强输油气管道建设，形成管道运输网”的发展战略列入了“十五”发展规划。
根据有关方面的规划，未来10年内，我国将建成14条油气输送管道，形成“两纵、两横、四枢纽、五气库”，总长超过万公里的油气管输格局。这预示着我国即将迎来油气管道建设的高峰期。
我国正在建设和计划将要建设的重点天然气管道工程有：
西气东输工程，全长4176公里，总投资1200亿元，今年9月正式开工建设，2004年全线贯通；涩宁兰输气管道工程，全长950公里，已于
2000年5月开工建设，目前已接近完工，天然气已送到西宁；忠县至武汉输气管道工程，全长760公里，前期准备工作已获得重大进展，在建的11条隧道已有4条贯通；石家庄至涿州输气管道工程，全长202公里，已于
2000年5月开工建设，目前已接近完工；石家庄至邯郸输气管道工程，全长约160公里；陕西靖边至北京输气工程复线；陕西靖边至西安输气管道工程复线；陕甘宁至呼和浩特输气工程，全长497公里；海南岛天然气管道工程，全长约270公里；山东龙口至青岛输气管道工程，全长约250公里；中俄输气管道工程，中国境内全长2000公里；广东液化天然气工程，招商引资工作已完成，计划2005年建成。在建和将建的输油管道有：
兰成渝成品油管道工程，全长1207公里，已于去年5月开工建设；中俄输油管道工程，中国境内长约700公里；中哈输油管道工程，中国境内长800公
里。此外，由广东茂名至贵阳至昆明长达2000公里的成品油管线和镇海至上海、南京的原油管线也即将开工建设。除主干线之外，大规模的城市输气管网建设也要同期配套进行。
面对如此巨大的市场，如此难得的发展机遇，对管道施工技术提出了新的挑战。
在同样输量的情况下，建设一条高压大口径管道比平行建几条低压小口径管道更为经济。例如一条输送压力为7.5MPa，直径1 400mm的输气管道可代替3条压力5.5MPa，直径1 000mm的管道，但前者可节省投资35%，节省钢材19%，因此，扩大管道的直径已成为管道建设的科学技术进步的标志。在一定范围内提高输送压力可以增加经济效益。以直径1 020mm的输气管道为例，操作压力从
5.5MPa提高到7.5MPa，输气能力提高41%，节约材料7%，投资降低23%。计算表明，如能把输气管的工作压力从7.5MPa，进一步提高到10～
12MPa，输气能力将进一步增加33～60%。美国横贯阿拉斯加的输气管道压力高达11.8MPa，输油管道达到8.3MPa，是目前操作压力最高的管道。
管径的增加和输送压力的提高，均要求管材有较高的强度。近年来，在保证可焊性和冲击韧性的前提下，管材的强度有了很大提高。由于管道敷设完全依靠焊接工艺来完成，因此焊接质量在很大程度上决定了工程质量，焊接是管道施工的关键环节。而管材、焊材、焊接工艺以及焊接设备等是影响焊接质量的关键因素。
1我国石油天然气管道建设初期焊接工艺应用情况
我国在70年代初开始建设大口径长输管道，著名的“八三”管道会战建设了大庆油田至铁岭、由铁岭至大连、由铁岭至秦皇岛的输油管道，解决了困扰大庆原油外输问题。
该管道设计管径φ720mm，钢材选用16MnR，埋弧螺旋焊管，壁厚6～
11mm。
焊接工艺方案为：
手工电弧焊方法，向上焊操作工艺；焊材选用J
506、J507焊条，焊前烘烤400℃、1小时，φ3.2打底、φ4填充、盖面；焊接电源采用旋转直流弧焊机；坡口为60°V型，根部单面焊双面成型。
东北“八三”会战所建设的管道已运行了30年，至今仍在服役，证明当年的工艺方案正确，并且施工质量良好。
80年代初开始推广手工向下焊工艺，同时研制开发了纤维素型和低氢型向下焊条。与传统的向上焊工艺比较，向下焊具有速度快、质量好，节省焊材等突出优点，因此在管道环缝焊接中得到了广泛的应用。
90年代初开始推广自保护药芯焊丝半自动手工焊，有效地克服了其他焊接工艺方法野外作业抗风能力差的缺点，同时也具有焊接效率高、质量好且稳定的特点，现成为管道环缝焊接的主要方式。
管道全位置自动焊的应用已探索多年，现已有了突破性进展，成功地用西气东输管道工程，其效率、质量更是其他焊接工艺所不能比的，这标志着我国油气管道焊接技术已达到了较高水平。
2管道施工用钢管
2.1管线钢的发展历史
早期的管线钢一直采用
C、Mn、Si型的普通碳素钢，在冶金上侧重于性能，对化学成分没有严格的规定。自60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（HSLA），主要以热轧及正火状态供货。这类钢的化学成分：
C≤0.2%，合金元素≤3～5%。随着管线钢的进一步发展，到60年代末70年代初，美国石油组织在API 5LX和API 5LS标准中提出了微合金控轧钢X
56、X
60、X65三种钢。这种钢突破了传统钢的观念，碳含量为0.1-0.14%，在钢中加入≤0.2%的Nb、V、Ti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。到1973年和1985年，API标准又相继增加了X70和X80钢，而后又开发了X100管线钢，碳含量降到0.01-0.04%，碳当量相应地降到0.35以下，真正出现了现代意义上的多元微合金化控轧控冷钢。
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Q235和16Mn钢。“六五”期间，我国开始按照API标准研制X
60、X65管线钢，并成功地与进口钢管一起用于管线敷设。90年代初宝钢、武钢又相继开发了高强高韧性的X70管线钢，并在涩宁兰管道工程上得到成功应用。
2.2管线钢的主要力学性能
管线钢的主要力学性能为强度、韧性和环境介质下的力学性能。
钢的抗拉强度和屈服强度是由钢的化学成分和轧制工艺所决定的。输气管线选材时，应选用屈服强度较高的钢种，以减少钢的用量。但并非屈服强度越高越好。
屈服强度太高会降低钢的韧性。选钢种时还应考虑钢的屈服强度与抗拉强度的比例关系—屈强比，用以保证制管成型质量和焊接性能。
钢在经反复拉伸压缩后，力学性能会发生变化，强度降低，严重的降低15%，即包申格效应。在定购制管用钢板时必须考虑这一因素。可采取在该级别钢的最小屈服强度的基础上提高40-50MPa。
钢材的断裂韧性与化学成分、合金元素、热处理工艺、材料厚度和方向性有关。应尽可能降低钢中
C、S、P的含量，适当添加V、Nb、Ti、Ni等合金元素，采用控制轧制、控制冷却等工艺，使钢的纯度提高，材质均匀，晶粒细化，可提高钢韧性。目前采取方法多为降C增Mn。
管线钢在含硫化氢的油、气环境中，因腐蚀产生的氢侵入钢内而产生氢致裂纹开裂。因此输送酸性油、气管线钢应该具有低的含硫量，进行有效的非金
属夹杂物形态控制和减少显微成份偏析。管线钢的硬度值对HIC也有重要的影响，为防止钢中氢致裂纹，一般认为应将硬度控制在HV265以下。
2.3管线钢的焊接性
随着管线钢碳当量的降低，焊接氢致裂纹敏感性降低，为避免产生裂纹所需的工艺措施减少，焊接热影响区的性能损害程度降低。但由于焊接时管线钢经历着一系列复杂的非平衡的物理化学过程，因而可能在焊接区造成缺陷，或使接头性能下降，主要是焊接裂纹问题和焊接热影响区脆化问题。
管线钢由于碳含量低，淬硬倾向减小，冷裂纹倾向降低。但随着强度级别的提高，板厚的加大，仍然具有一定的冷裂纹倾向。在现场焊接时由于常采用纤维素焊条、自保护药芯焊丝等含氢量高的焊材，线能量小，冷却速度快，会增加冷裂纹的敏感性，需要采取必要的焊接措施，如焊前预热等。
焊接热影响区脆化往往是造成管线发生断裂，诱发灾难性事故的根源。出现局部脆化主要有两个区域，即热影响区粗晶区脆化，是由于过热区的晶粒过分长大以及形成的不良组织引起的，多层焊时粗晶区再临界脆化，即前焊道的粗晶区受后续焊道的两相区的再次加热引起的。这可以通过在钢中加入一定量的Ti、Nb微合金化元素和控制焊后冷却速度获得合适的来改善韧性。
2.4xx输管道工程用钢管
西气东输管道工程用钢管为X70等级管线钢，规格为Φ1016mm×14.6～26.2mm，其中螺旋焊管约占80%，直缝埋弧焊管约占20%，管线钢用量约170万吨。
X70管线钢除了含Nb、V、Ti外，还加入了少量的Ni、Cr、Cu和Mo，使铁素体的形成推迟到更低的温度，有利于形成针状铁素体和下贝氏体。因此X70管线钢本质上是一种针状铁素体型的高强、高韧性管线钢。钢管的化学成分及力学性能见表1和表2。
3焊接工艺
3.1现场焊接的特点
由于发现和开采的油气田地处边远地区，地理、气候、地质条件恶劣，社会依托条件较差，给施工带来很多困难，尤其低温带来的麻烦最大。
现场焊接时，采用对口器进行管口组对。为了提高效率，一般是在对好的管口下放置基础梁木或土堆，在对前一个对接口进行焊接的同时，开始下一个对接准备工作。这将产生较大的附加应力。同时由于钢管热胀冷缩的影响，在碰死口时最容易因附加应力而出问题。
现场焊接位置为管水平固定或倾斜固定对接，包括平焊、立焊、仰焊、横焊等焊接位置。所以对焊工的操作技术提出了更高、更严的要求。
当今管道工业要求管道有较高的输送压力和较大的管线直径并保证其安全运行。
为适应管线钢的高强化、高韧化、管径的大型化和管壁的厚壁化出现了多种焊接方法、焊接材料和焊接工艺。
3.2管道施工焊接方法
国外管道焊接施工经历了手工焊和自动焊的发展历程。手工焊主要为纤维素焊条下向焊和低氢焊条下向焊。在管道自动焊方面，有前苏联研制的管道闪光对焊机，其在前苏联时期累计焊接大口径管道数万公里。它的显著特点就是效率高，对环境的适应能力很强。美国CRC公司研制的CRC多头气体保护管道自动焊接系统，由管端坡口机、内对口器与内焊机组合系统、外焊机三大部分组成。到目前为止，已在世界范围内累计焊接管道长度超过34000km。法国、前苏联等其他国家也都研究应用了类似的管道内外自动焊技术，此种技术方向已成为当今世界大口径管道自动焊技术主流。
我国钢质管道环缝焊接技术经历了几次大的变革，70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，80年代推广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，90年代应用自保护药芯焊丝半自动焊技术，到今天开始全面推广全位置自动焊技术。
手工电弧焊包括纤维素焊条和低氢焊条的应用。手工电弧焊上向焊技术是我国以往管道施工中的主要焊接方法，其特点为管口组对间隙较大，焊接过程
中采用息弧操作法完成，每层焊层厚度较大，焊接效率低。手工电弧焊下向焊是80年代从国外引进的焊接技术，其特点为管口组对间隙小，焊接过程中采用大电流、多层、快速焊的操作方法来完成，适合于流水作业，焊接效率较高。由于每层焊层厚度较薄，通过后面焊层对前面焊层的热处理作用可提高环焊接头的韧性。手工电弧焊方法灵活简便、适应性强，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仍是自动焊方法所不能代替的。
自保护药芯焊丝半自动焊技术是20世纪90年代开始应用到管道施工中的，主要用来填充和盖面。其特点为熔敷效率高，全位置成形好，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。
随着管道建设用钢管强度等级的提高，管径和壁厚的增大，在管道施工中逐渐开始应用自动焊技术。管道自动焊技术由于焊接效率高，劳动强度小，焊接过程受人为因素影响小等优势，在大口径、厚壁管道建设的应用中具有很大潜力。但我国的管道自动焊接技术正处于起步阶段，根部自动焊问题尚未解决，管端坡口整形机等配套设施尚未成熟，这些都限制了自动焊技术的大规模应用。
目前自动焊根焊主要采用STT半自动焊。STT半自动焊属于CO2气体保护焊，它是通过精确的基值和峰值电流和电压控制，使熔滴过渡更利于成型，焊接过程稳定，解决了飞溅问题和大口径管道根部焊环节单面焊双面成型的难题。
3.3xx输管道工程中应用的焊接方法
由于西气东输线路工程用钢管的强度等级较高，管径和壁厚较大，所以线路施工以自动焊和半自动焊为主，手工焊为辅。所涉及的主要焊接方法有熔化极气体保护电弧焊（GTAW）,自保护药芯焊丝电弧焊（FCAW）和手工电弧焊（SMAW）。
自动焊方法包括：
①内焊机根部焊+自动外焊机填充、盖面；②STT气保护半自动焊部根焊+自动外焊机填充、盖面；③纤维素焊条手工电弧焊根部焊+外焊机自动焊填充、盖面。这几种焊接方法的区别在于根部焊方法的不同。
针对管道局自动外焊机PAW-
2000、英国自动外焊机NOREAST，集团公司工程技术研究院自动外焊机APW-Ⅱ分别进行了焊接工艺性能试验。试验结果表明，对于大口径、厚壁钢管，采用自动焊的方法焊接具有十分明显的优势，劳动强度大大降低，焊接效率显著提高。试验还表明，自动外焊技术对坡口形状及管口组对要求严格，现场施工必须具备内对口器、管端坡口整形机等配套机具。另外，采用手工焊或半自动焊方法进行根部焊时，由于管口组对间隙不同造成坡口形状、尺寸不一致，自动外焊机填充、盖面时就极易形成坡口边缘未熔合，从而制约了自动外焊机优势的发挥。半自动焊方法为纤维素型焊条手工下向根部焊，自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖面。
手工电弧焊方法为纤维素型焊条下向焊根部焊，低氢型焊条下向焊填充、盖面。
4焊接材料及焊接设备
管道焊接施工中采用的焊接材料有纤维素型焊条、低氢型焊条、自保护药芯焊丝和CO2气保护实芯焊丝。纤维素型下向焊条的药皮中含有30%-50%的有机物，具有极强的造气功能，在保护电弧和熔池的同时增加了电弧吹力，适合于全位置单面焊双面成型。低氢型下向焊条的药皮中含有铁粉，可增加熔敷效率，提高焊接接头力学性能，适用于山区、水网等地形复杂或焊接自动化程度要求不高的场合。自保护药芯焊丝由药芯高温分解释放出的大量气体对电弧及熔池进行保护，同时通过熔渣对熔池及凝固焊缝金属进行保护，是管道施工的一种重要的焊接材料。CO2气保护实芯焊丝主要用于STT半自动焊和全位置自动焊。
过去管道焊接施工中采用的纤维素型焊条和低氢型焊条主要依靠进口，如奥地利BOHLER焊材6010和7010，以及美国HOBART焊材81N
1、811K
6、3Ni1等。
管道施工中采用的自保护药芯焊丝主要为美国HOBART的产品。适合的CO2气保护实心焊丝主要来源于台湾锦泰，四川大西洋，法国SAF，日本神钢、助友等焊材生产厂家。
使用一般的直流焊机进行纤维素型焊条焊接，在小电流时易出现断弧、粘条、电弧不稳等问题。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。管道施工中手工电弧焊可供选择的焊机有美国LINCOLN公司的DC-400，美国MILLER公司的XMT-304，北京时代集团公司的ZX7-400B，济南奥太公司的ZX7-400ST等。
自保护药芯焊丝焊接时，美国MILLER公司的XMT304直流电源+S-32P送丝机，四川熊谷ZD7-500电源+X6-90送丝机是较好的选择，另外，唐王
DC-400+LINCOLN LN-23P送丝机也可供选择。
CO2气保护焊根焊时,适用的焊机为LINCOLN公司的STT型逆变电源+LN-742送丝机，飞马特公司的ULTRA FLEX PULSE 350焊机+ULTRAFEED 1000送丝机。
自动焊时，管道局的自动外焊机PAW-2000是较好的选择，另外英国NOREAST自动外焊机、自动内焊机，加拿大RMS自动外焊机等也可供选择。
5管道焊接施工未来的展望
随着管线钢性能的不断提高，管道建设越来越趋于向长距离，高工作压力，大口径、厚壁化方向发展，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，保证环焊接头的强韧性。
未来的管道建设，为获得施工的高效率和高质量，将优先考虑熔化极气体保护焊。
而自保护药芯焊丝半自动焊与手工电弧焊相结合，由于操作灵活，环境适应性强，一次性投资小，对于大直径、大壁厚钢管是一种好的焊接工艺。
这是管道科学研究院的院长薛振奎和焊接所得所长随文莉写的
( 安全论文 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 中国管道运输系统的现状及发 展对策(新版) Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times.
中国管道运输系统的现状及发展对策(新 版) 摘要：进入21世纪以来，由于对石油、天然气需求的大幅增加，引发中国管道运输业迅速发展。本文通过分析中国“十一五”期间油气管道运输发展现状以及面临的问题，从而对“十二五”期间以及未来我国油气管道运输发展趋势进行了适当分析，对未来中国管道运输发展有一定的指导意义。 关键词：管道；现状；发展 1.引言 管道运输作为中国五大运输系统之一，在国民经济和社会的发展中起着重要的作用。“十一五”期间，中国油气管线总里程增长迅速，极大的满足了国民经济快速增长对能源的需求。特别是“十一五”期间，以西气东输、川气东送、中哈原油管道、兰郑长成品油
管道等工程为标志，我国油气管道建设和管道运输发展，为解决我国能源运输紧张、保障能源供应安全发挥了重要作用。今后随着我国能源消费量的增加和能源消费结构的改善，油气供应量和运输量必将大幅度增加，由此也将会带动管道运输的大发展。 2.“十一五”我国油气管道运输发展情况及存在的问题 “十一五”是我国油气管道建设快速发展时期。截止2009年底，随着一批油气长输管道的建成，中国国内已建成油气管道总长度为6.9万公里，其中原油管道1.9万公里，成品油管道1.8万公里，天然气管道3.2万公里，预计到2010年末，全国油气管道总里程将达到8万多公里。但与世界发达国家相比差距依然很大，管道整体运输能力不足，管道网络化程度仍然较低。（见表1）与2005年相比，增加了3.6万公里，年平均增长0.7万多公里。2009年全国油气管道运输量45598万吨，是2005年的1.5倍;油气运输周转量达到2022亿吨公里，是2005年的近2倍。我国近80%的陆上原油、20%的成品油和95%以上的天然气都是通过管道运输的。 表1世界权威部门统计中国等5国管道长度（万公里）
目前，我国汽车制造业主要应用的螺柱焊接技术是短周期拉弧式螺柱焊，辅以相关的自动控制设备，大幅提高了汽车的焊接质量，提升了汽车品质。 螺柱焊接技术由于具有快速、可靠、操作简单和成本低等优点，可替代铆接、钻孔、手工电弧焊和钎焊等连接工艺，可焊接碳钢、不锈钢、铝以及铜及其合金等金属，现在已广泛应用在汽车、船舶制造等领域。我国应用螺柱焊接技术的历史不长，但是随着我国经济的快速发展和制造业水平的不断提高，螺柱焊接技术正被越来越多的国内企业所采用。 螺柱焊接技术及原理 将螺柱或类似的金属柱状物及其他紧固件焊接在工件上的方法称为螺柱焊。实现螺柱焊的方法有多种：电阻焊、摩擦焊、爆炸焊及电弧焊等。目前应用最广泛的方法是电弧法螺柱焊，根据焊接电源的不同，可细分为储能式（电容放电）螺柱焊和拉弧式螺柱焊。 1．储能式螺柱焊 储能式螺柱焊由充电电容放电提供焊接所需的能量，当电容放电时，螺柱和工件之间出现很短时间的电弧，电弧会熔化工件表面和螺柱顶端的少量金属，随后螺柱浸入熔池，熔化金属迅速冷却，形成焊接接头。储能式螺柱焊的焊接时间极短，通常情况下在5ms 之内，无需保护气体；熔池浅，约0.1mm，工件背面无变形、压痕，适于薄板焊接； 可用于焊接碳钢、不锈钢、铝、铜及其合金等金属；板厚与螺柱直径比可达1∶10。 储能式螺柱焊设备根据焊枪的配置不同，可分为接触式和间隙式两种。 接触式螺柱焊依靠焊枪内置弹簧压紧螺柱，工件和螺柱之间的距离由螺柱顶部小凸台来保证，当电容放电时，小凸台迅速气化，螺柱和工件之间出现电弧，电弧产生的热量使螺柱顶部形成熔化层，工件表面形成很浅的熔池。在焊枪内置弹簧压力下，螺柱快速下
第27卷第3期 油 气 储 运 综 述 中国石油油气管道技术发展展望 冯耀荣3 陈 浩 (中国石油管材研究所) (中国石油天然气管道局) 张劲军 张可刚 (中国石油大学(北京)) (中国石油天然气集团公司科技发展部) 冯耀荣 陈 浩等:中国石油油气管道技术发展展望,油气储运,2008,27(3)1～8。 摘 要 叙述了中国石油重组改制以来及“十五”期间在科技管理部门的统一领导和组织下,在油气管道工程技术,包括管道勘察设计、施工技术与装备、高钢级管材及装备国产化、油气储运工艺、腐蚀与防腐、在役管道检测与安全评价、管道运行管理等方面取得的重要成就及形成的核心技术和创新成果。在对“十一五”管道建设发展及技术需求进行分析的基础上,提出了油气输送管道工程技术的发展方向。 主题词 中国石油 油气输送管道 技术进展 展望 一、 “十五”期间中国石油油气输送 管道工程技术主要进展 1、 油气输送管道工程发展概况 管道运输业是一个庞大的工业体系,在石油天然气工业乃至世界经济当中发挥着越来越重要的作用。经过四十多年的努力奋斗,我国油气管道建设有了较大发展,到目前为止,长距离大口径输油气干线管道相继建成,总长度超过35000km,其中原油管道超过9200km,天然气管道超过20000km,成品油管道超过3800km,海底管道超过2100km。 中国石油已拥有陆上长输油气管道23800 km,占全国的70%左右,其中原油管道6000km,天然气管道16000km,成品油管道1800km。 在20世纪末的5年到21世纪初的5年里,中国石油在国内相继建设了陕京天然气管道、涩宁兰天然气管道、兰成渝成品油管道、忠武天然气管道等重大工程。举世瞩目的西气东输天然气管道,西起新疆塔里木气田,东至长江三角洲的上海,全线经过荒漠戈壁、黄土高原、太行山脉、江南水网,五次穿越长江、黄河天险,绵延近4000km,地形地貌的复杂程度堪称世界之最。我国的管道建设者依靠科技创新,勇敢面对前所未有的困难和挑战,将西气东输工程建设成为世界一流水平的管道。 经过多年的发展与努力,中国油气长输管道已逐步缩短了与世界发达国家技术水平的差距。陆上管道工程建设,设计与施工接近国际先进水平;海上管道工程,具备了自行设计和施工能力,并拥有了国产大型深海铺管船。 2、 “十五”期间的主要科技活动、重大科研项目及研究成果 “十五”期间及重组改制以来,中国石油在长输油气管道工程技术领域开展了一系列重大科研项目的攻关,取得了“西气东输管道工程技术”等一大批重大科技成果,提升了长输油气管道建设水平、工程技术服务能力和核心竞争力。西气东输管道、陕京二线、冀宁支线、忠武管道、苏丹、利比亚管道等国内外重大工程的竣工和按期投产,集中体现了开展管道工程技术科学研究的重要作用,是实现“十五”期间管道技术发展计划目标的突出标志。 管道科研部门共承担国家级和中国石油科技项目(课题)百余项,开展项目研究300余项,同时结合国内外重点管道工程,加大了科研成果转化和推广 3710065,陕西省西安市电子二路32号;电话:(029)88726343。 · 1 ·
油气管道技术现状与发展趋势 王功礼王莉 中国石油天然气股份有限公司规划总院 摘要 近几十年来，中国长输管道技术不断发展，水平逐渐提高。特别是高凝含腊原油的加热输送、原油热处理及加剂综合处理工艺、天然气管道的设计和施工技术已达到或接近国际先进水平。文章简要论述了国内外在原油、成品油、天然气输送管道方面的技术现状及发展趋势，结合国内外管道技术发展的实际情况和未来趋势，提出了我国油气管道行业应加强对油气输送工艺、油气储存技术、油气管道完整性评价及配套技术、油气管道运行管理、管道信息管理系统、管道施工技术6 个方面的研究。 关键词 世界范围原油天然气成品油管道设计技术发展趋势分析评价 世界能源需求的扩大和发展加速了世界长距离油气管道的建设步伐。据统计，2003 年全球正在建设和规划建设的油气管道总长约7.6万km；今后15 年内世界管道的长度将以每年7%的增长率增长，其中天然气管道的建设将占据主导地位。未来世界将新增东北亚、东南亚、南美洲3 大输气管网。 原油管道技术现状及发展趋势 1世界原油管道技术现状 目前原油管道普遍采用密闭输送工艺，出现了冷热原油顺序输送、原油/成品油顺序输送工艺；对高凝、高黏原油采用热处理和加剂处理工艺。降凝剂和减阻剂种类多、效果好、应用普遍；采用环保、高效、节能型管道设备，泵效达85%以上；多采用直接式加热炉，炉效超过90%；运用高度自动化的计算机仿真系统模拟管道运行和事故工况，进行泄漏检测，优化管道的调度管理；对现役管道进行完整性评价及管理。 例如：美国的全美管道是目前世界上最先进的一条热输原油管道，全长2 715 km，管径760 mm，全线采用计算机监控和管理系统（SCSS）。在控制中心的调度人员通过计算机可实现管道流量、压力及泵、炉、阀等设备的自动控制，仿真系统软件可完成泄漏检测、定位、设备优化配置、运行模拟等功能。 2世界原油管道技术发展趋势 目前，世界各国尤其是盛产含蜡黏性原油的大国，都在大力进行长距离管道常温输送工艺的试验研究。随着含蜡高黏原油开采量的增加以及原油开采向深海发展，各国都特别重视含蜡高黏原油输送及流动保障技术研究。挪威、法国、英国、美国等石油工业发达国家在含蜡高黏原油流变性及其机理、管道蜡沉积预测等方面达到很高水平，并将带来应用技术的新突破。
螺柱焊机及其焊接工艺 单位：二十二冶市政工程分公司姓名：徐升乾 时间：2010年4月 前言
所谓螺柱焊是指在金属或类似金属件的端面与另一金属工件表面之间产生电弧，待接合面熔化时迅速施加压力，完成焊接的一种方法。螺柱焊接方法起源于1918年,由于这种焊接新技术具有快速、可靠、简化工序、降低成本等一系列优点，因而引起了世界各国的普遍重视，经过不断地改进和完善，特别是二次世界大战后得到了迅速发展，现已广泛应用到桥梁、高速公路、房屋建筑、造船、汽车、电站、电控柜等行业。可焊接低碳钢、不锈钢、低合金钢，铜、铝及其合金材质的螺柱、焊钉、销钉、栓钉等。据报道1），日本园柱头焊钉(栓钉)的年焊接量为6000万个，异型棒状焊钉年焊接量为300万个。可见螺柱焊接在日本钢结构建筑中的应用规模。近年来我国经济建设发展迅速，使用螺柱焊接的领域也越来越广泛，因此有必要对螺柱焊接技术和焊接工艺进行深入研究，以便提高焊接质量，推广普及这种焊接技术。 螺柱焊接技术发展到今天，已经成为西方发达国家的一种基本的热加工方法，螺柱（焊钉）的焊接大约有80%以上是通过螺柱焊机完成的。而我国1986年才在成都试制成功第一台螺柱焊机。至于螺柱焊接技术的应用，还是从上世纪的九十年代才逐步展开的，到现在也只有20来年的历史，因此螺柱焊在我国还是一种刚刚兴起的行业，不论焊接设备，还是焊接工艺都与国外有不少差距。分析这种差距，并逐步缩短这种差距，直至赶超世界水平则是我国螺柱焊接行业的神圣使命。 1.螺柱焊机的分类 螺柱焊机分为电弧螺柱焊机和电容放电螺柱焊机两大类，前者以弧焊整流器作为电源进行焊接，后者则以电容器贮存的能量瞬间放电而进行焊接。两种焊接方式的特点及应用情况见表1。 表1 电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊的特点
室外管道焊接技术要求： 一、准备工作 1.1 检查管口清理质量，对管内杂物进行清理。 1.2 保证所有设备的完好性。如对口器的调试、调管机的起升制动情况等。 1.3 每位焊工必须有合格证件或经考核合格，确认后上岗。 1.4 施工人员应熟悉本工序的施工作业指导书。 1.5 焊材的储存和运输按要求执行，规格型号符合设计要求。 二、焊口对接 2.1焊前清理：管内外表面破口两侧10-20mm范围内采用机械或手工方法清理至呈现金属光泽；直管段对口、连头和弯头口均采用外对口器。 2.2 对口前再次核对钢管类型、壁厚及坡口质量，符合图纸要求。 2.3 对口用尼龙吊带宽度大于100mm，吊点放在已标好的重心点上进行吊装。 2.4 管口组装要求： 管口组装要求： 序号检查项目组装规定 1 螺旋缝或直缝错开间距不得小于100mm弧长 2 相临环缝间距不得小于0.8m 3 环缝对口错边量小于或等于1.0mm （1）对口时应严格控制错边量，若大于1.0mm，长度在240mm内的局部错口，可用衬垫或铜锤矫正。衬垫一般为紫铜板。 （2）对口间隙为1.5—2.0mm，用对口间隙尺控制。 2.5 一般地段采取沟下组装。 三、焊接 3.1本工程管线焊接采用手工电弧焊下向焊方法。3.2 焊接材料准备 （1）本工程Q235B使用E4303牌号，￠3.2、￠4.0两种规格的电焊条 （2）E4303焊条按焊条说明书执行烘干。焊条重复烘干次数不超过两次。现场使用的焊条保证随用随领，并保证焊工能随带有保温筒。 3.3焊接设备打底及返修时用下降外特性直流焊机直流正接，热焊、填充及盖面均采用直流反接。 3.4接头设计 30±2.5° 0.5～1.6mm ≈2.5mm T 2.0~ 3.0mm 1.6±0.4mm
螺柱焊工艺 所谓螺柱焊是指在金属或类似金属件的端面与另一金属工件表面之间产生电弧，待接合面熔化时迅速施加压力，完成焊接的一种方法。螺柱焊接方法起源于1918年,由于这种焊接新技术具有快速、可靠、简化工序、降低成本等一系列优点，因而引起了世界各国的普遍重视，经过不断地改进和完善，特别是二次世界大战后得到了迅速发展，现已广泛应用到桥梁、高速公路、房屋建筑、造船、汽车、电站、电控柜等行业。可焊接低碳钢、不锈钢、低合金钢，铜、铝及其合金材质的螺柱、焊钉、销钉、栓钉等。据报道1），日本园柱头焊钉(栓钉)的年焊接量为6000万个，异型棒状焊钉年焊接量为300万个。可见螺柱焊接在日本钢结构建筑中的应用规模。近年来我国经济建设发展迅速，使用螺柱焊接的领域也越来越广泛，因此有必要对螺柱焊接技术和焊接工艺进行深入研究，以便提高焊接质量，推广普及这种焊接技术。 螺柱焊接技术发展到今天，已经成为西方发达国家的一种基本的热加工方法，螺柱（焊钉）的焊接大约有80%以上是通过螺柱焊机完成的。而我国1986年才在成都试制成功第一台螺柱焊机。至于螺柱焊接技术的应用，还是从上世纪的九十年代才逐步展开的，到现在也只有20来年的历史，因此螺柱焊在我国还是一种刚刚兴起的行业，不论焊接设备，还是焊接工艺都与国外有不少差距。分析这种差距，并逐步缩短这种差距，直至赶超世界水平则是我国螺柱焊接行业的神圣使命。 1.螺柱焊机的分类 螺柱焊机分为电弧螺柱焊机和电容放电螺柱焊机两大类，前者以弧焊整流器作为电源进行焊接，后者则以电容器贮存的能量瞬间放电而进行焊接。两种焊接方式的特点及应用情况见表1。 表1 电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊的特点 焊接方式焊接时间tw ms 可焊螺柱直径d mm 焊接电流I A 保护方式最低板厚 电弧螺柱焊瓷环保护＞100 3～25 300～3000 瓷环 1/4d但不能小于1mm 气体保护＞100 3～16 300～3000 气体 1/8d但不能小于1mm 短周期焊接≤100 3～12 ≤1500 不保护或气体保护 1/8d但不能小于0.6mm
我国油气管网布局初步形成(图) （时间:2009-11-6 来源：2009-11-5中国能源报） 崔巍/制图 9月25日和28日，西气东输二线向北疆供气工程、惠安堡—银川原油管道工程、石空——兰州原油管道工程、山东天然气管网工程等6条管道相继打火开焊。这是今年继西气东输二线东段工程、中俄原油管道工程今年开工后，中国油气管道建设再次发力。 截至2008年底，我国已建成投入运营的长输油气管道6万多公里。其中，建成原油管道1.7万公里、成品油管道1.5万公里、天然气管道3.3万公里，海底管道3000公里。《中国能源报》记者查阅后发现，今年以来，随着兰州—郑州成品油管道、昆明—大理成品油管道、河间—石家庄原油管道、胶州至日照天然气管道等油气管道投产，我国油气管道已突破7万公里。 中石油管道局新闻中心相关人士也告诉《中国能源报》记者：“目前我国油气管道应该已突破7万公里，但需要权威部门的统计、认证。”这相当于2005年我国铁路的营业里程。 陆上三大油气进口管道成型 中俄原油管道全长1030公里，规划年输油量1500万吨。 中哈原油管道全长2798公里，规划年输油量2000万吨。 中哈天然气管道全长1300公里，规划年输气量300亿立方米。 中缅油气管道原油管道全长1100公里，规划年输油量2200万吨；天然气管道全长2806公里，规划年输气量120亿立方米。 10月9日，外交部副部长王光亚在外交部中外记者吹风会上表示：“目前，中俄原油管道各项工程建设正按双方商定的时间表顺利推进，双方将继续认真履行有关协议的规定，全力确保中俄原油管道于2010年底前建成投产。”今年4月和5月，中俄原油管道俄方境内段和中方境内段正式开工。中俄原油管道是我国东北方向的一条能源进口通道。
管道焊接技术标准 金属管道种类繁多、数量大，使用工况千差万别。我国不同行业采用不同的应用标准体系，标准之间差别很大。当然，由于金属管道的工况，如温度、压力、介质、环境等不同，标准有差距是客观存在的。例如，电力电站管道高压、高温、蒸汽介质居多；石化、石油管道受压、腐蚀介质居多；化工行业管道还有剧毒介质（如氯气）；机械行业压力容器，按使用情况及工况分成低压、中压、高压、超高压，按容器类别分成第一类压力容器、第二类压力容器、第三类压力容器。船舶管道有高压的蒸汽管道、主机冷却的海水管道（承压及受腐蚀）、污水管道（承压及受高温）、燃油输送管道、压缩空气管道等，在不同的工况条件下运行。以下择要介绍一些基本标准。 一、压力管道分类 1. 压力管道的定义 压力管道是指在生产、生活中使用的可能引爆或中毒等危险性较大的特种设备及管道。 ①输送GB5044①《职业性接触毒物性危害程度分级》中规定的毒性程度为极度危害介质的管道。 ②输送GB5016②《石油化工企业设计防火规范》及GBJ16《建筑设计防火规范》中规定的火灾危险性为甲、乙类介质的管道。 ③最高工作压力不小于0.1MPa（表压，下同），输送介质为气（汽）体及液化气体的管道。 ④最高工作压力不小于0.1MPa，输送介质为可燃、易焊、有毒以及有腐蚀性或高温工作温度不小于标准沸点的液体管道。 ⑤上述四项规定管道的附属设施（弯头、大小头、三能、管帽、加强管接头、异径短管、管箍、仪表管、嘴、漏斗、快速接头等管件；法兰、垫片、螺栓、螺母、限流孔板、盲板、法兰盖等连接件；各类阀门、过滤器、流水器、视镜等管道设备，还包括管道支架以及安装在压力管道上的其他设施）。 ① GB5044分为四级（与99容规相同）：极度危害（1级）＜0.1mg/m3；高度危害（2级）0.1～1mg/m3；中度危害（3级）1.0～10mg/m3；轻度危害（4级）＞10mg/m3。 ② GB5016标准对可燃气体火灾危险性分甲、乙两类，甲类气体为可燃气体与空气混合物的爆炸下限不大于10％（体积），乙类气体为可燃气体与空气混合物的爆炸下限不小于10％（体积）。 GB5016标准对液态烃、可燃液体的火灾危险性按如下分类： 甲A类 15℃的蒸汽压力大于0.1MPa的烃类液体及其他类似的液体； 甲B类甲A类以外的可燃液体，闪点小于28℃； 乙A类 28℃≤闪点≤45℃的可燃液体； 乙B类 45℃＜闪点＜60℃的可燃液体； 丙A类 60℃＜闪点≤120℃的可燃液体； 丙B类闪点≥120℃的可燃液体。 2. 压力管道分类、分级（见表1）
第2章螺柱焊的过程及工艺参数 螺柱焊的过程 螺柱焊的基本过程是引弧→焊接电弧→顶锻→冷却凝固；在这一过程中，焊接电流、焊接时间以及焊接过程中电弧的形态，对焊接结果有很大影响。 螺柱焊的引弧受程序控制，先是螺钉接触到工件，当按住启动按钮后，焊机首先提供一个微小电流，之后螺钉被提升，在螺钉尖端的铝极与工件之间建立电弧。（说明：铝极是襄嵌在螺柱尖端的一部份铝材料，其作用是便于引弧及还原被氧化的铁。）当建立了电弧之后，焊机自动进入大电流焊接：螺柱端部开始熔化，工件上形成溶池。此时的燃弧过程称焊接电弧阶段。 当到达设定的焊接时间之后，电弧熄灭，螺柱在外力(一般为弹簧力)的作用下，浸入溶池。进入顶锻阶段。 然后，溶池自然冷却凝固，完成焊接过程。 螺柱焊的工艺参数 螺柱焊的工艺参数主要包括极性选取、电流和焊接时间的选择、提升高度、浸入尺寸及速度的调节。首先说明的是，螺柱直径增加时，焊接所需要的能量也增加。 1.极性 极性是指工件到焊接电源的连接方式，以工件为准：工件接正极即为正极性，工件接负即为负极性。 一般的钢质螺钉采用正极性接法。而对于铝及其合金，黄铜材料的螺钉，常采用负极性连接方式。 2.焊接电流与焊接时间 一般情况下，焊接电流正比与螺柱的公称直径。当直径小于16mm时，焊接电流一
般是公称直径的80倍，即10mm的螺钉，使用的焊接电流为800A。当直径超过16mm 时，焊接电流一般取值为公称直径的90倍。当螺钉材料为合金钢时，电流取值减少10%。焊接时间的取值也与直径成比例关系：对于公称直径小于12mm的螺柱，一般取（d为螺柱的公称直径），对于公称直径大于12mm的螺柱，一般取。 如果焊接位置不是平焊，而是横焊或仰焊，一般采用增大电流和减少焊接时间进行焊接。当工件为薄板时，为了不致工件烧穿，也采用增大电流和减少焊接时间的方法。 3.提升高度 对于不同直径形状的螺柱，要求的提升高度是不一样的，提升高度是否合适，要看是否在焊接过程中出现磁偏吹或短路。当提升高度过大时，电弧燃烧不稳定，容易产生电弧漂移和电弧偏吹。提升高度过小时，电弧容易产生短路而断弧。提升高度对于同一端部形状的螺柱来说，正比于其公称直径，一般在~4mm变化. 4.浸入尺寸和浸入速度 一般要求螺柱浸入工件尺寸为3-8mm，且正比于螺柱直径。浸入尺寸取决于螺柱下降时的速度和压力。螺柱下降速度越快，压力越大，则浸入的尺寸越大，此时飞溅越大；反之，则浸入尺寸较小，飞溅较小。但如果螺柱下降速度太小，则螺柱有可能不能浸入溶池，出现焊接不牢的现象。调节浸入速度的方法是调节焊枪阻尼。（调整方法参阅后面有关章节） 表不通螺柱直径的提升高度和浸入尺寸
油气管道运输业作为联结油气资源与市场的桥梁和纽带，以其高效率、低成本和安全可靠的优势越来越显示出旺盛的生命力。随着我国油气进口量的不断增加和天然气资源开发利用水平的不断提高，管道运输业正呈现出蓬勃发展的态势。我国加入世贸组织后，管道运输企业以什么样的策略和措施对待全面开放带来的挑战与机遇，如何抓住我国长输管道大发展的机遇，把中国油气管道运输业做大做强，是需要研究的重要课题。一、行业发展现状1958 年，我国建成克拉玛依至独山子的输油管道，拉开了管道建设的序幕。此后，全国各地相继建成了14200余公里的陆上原油管道、12600 余公里的干线输气管道、3200 余公里的成品油管道及2100 余公里的海底管道。我国的油气管道运输业从无到有，从小到大，得到了快速发展，为石油、石化工业的发展做出了极大贡献。但是，与发达国家相比，我国目前建成的油气管道的长度和规模都有很大差距，长距离、大口径成品油管道建设刚刚起步，输气管网的规模和覆盖面也很小，油气管网的现状与市场需求的矛盾比较突出。1998 年中国三大石油公司的重组改制打破了中国油气管道运输企业原有的格局，成为油气管道运输业发展的一个新的里程碑。重组以后，我国长距离输油气管道的规划和建设均由国务院有关部门进行审查和批准，中国石油、中国石化两个集团公司设有专门的管道企业，负责本公司所辖油气管道的运营和管理。目前，我国专门从事长输管道运营管理的企业主要有中国石油天然气股份有限公司管道分公司（以下简称中国石油管道公司）、中国石油化工股份有限公司管道储运分公司（以下简称中国石化管道储运公司）。中国石油管道公司下设13 个输油气管理处，管理着遍布全国14个省（市、自治区）6884公里的输油气管道。另外，还有隶属于中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司的输气管理处，管理着四川盆地近2000 公里的干线天然气管道（不包括近万公里的气田集输管线）。中国石化管道储运公司管理着2978 公里的输油管道。石油、石化企业的重组改制，为油气管道运输业的发展带来了机遇和活力。二、发展趋势 1.巨大的国内天然气市场需求将极大地推动管道运输业的发展天然气作为21 世纪最有发展前途的能源之一，在许多国家的能源结构中占据着重要地位。 随着近年来中国石油短缺和环保力度日益加大，作为一种清洁能源和优质化工原料，天然气的开发利用受到各级政府、各油气田企业和广大用户的广泛重视。根据BP2002年发布的世界能源统计数字，在北美发达国家能源消费结构中，天然气的比例已占24.62%，天然气的开发和利用已发展到一定规模。而我 国目前天然气在一次能源消费结构中的比重不足3%，仅为北美发达国家的1／8，
第2章螺柱焊的过程及工艺参数 2.1螺柱焊的过程 螺柱焊的基本过程是引弧→焊接电弧→顶锻→冷却凝固；在这一过程中，焊接电流、焊接时间以及焊接过程中电弧的形态，对焊接结果有很大影响。 螺柱焊的引弧受程序控制，先是螺钉接触到工件，当按住启动按钮后，焊机首先提供一个微小电流，之后螺钉被提升，在螺钉尖端的铝极与工件之间建立电弧。（说明：铝极是襄嵌在螺柱尖端的一部份铝材料，其作用是便于引弧及还原被氧化的铁。） 当建立了电弧之后，焊机自动进入大电流焊接：螺柱端部开始熔化，工件上形成溶池。此时的燃弧过程称焊接电弧阶段。 当到达设定的焊接时间之后，电弧熄灭，螺柱在外力(一般为弹簧力)的作用下，浸入溶池。进入顶锻阶段。 然后，溶池自然冷却凝固，完成焊接过程。 2.2螺柱焊的工艺参数 螺柱焊的工艺参数主要包括极性选取、电流和焊接时间的选择、提升高度、浸入尺寸及速度的调节。首先说明的是，螺柱直径增加时，焊接所需要的能量也增加。 1.极性 极性是指工件到焊接电源的连接方式，以工件为准：工件接正极即为正极性，工件接负即为负极性。一般的钢质螺钉采用正极性接法。而对于铝及其合金，黄铜材料的螺钉，常采用负极性连接方式。 2.焊接电流与焊接时间 一般情况下，焊接电流正比与螺柱的公称直径。当直径小于16mm时，焊接电流一般是公称直径的80倍，即10mm的螺钉，使用的焊接电流为800A。当直径超过16mm时，焊接电流一般取值为公称直径的90倍。当螺钉材料为合金钢时，电流取值减少10%。焊接时间的取值也与直径成比例关系：对于公称直径小于12mm的螺柱，一般取0.02d（d为螺柱的公称直径），对于公称直径大于12mm的螺柱，一般取0.04d。 如果焊接位置不是平焊，而是横焊或仰焊，一般采用增大电流和减少焊接时间进行焊接。当工件为薄板时，为了不致工件烧穿，也采用增大电流和减少焊接时间的方法。 3.提升高度 对于不同直径形状的螺柱，要求的提升高度是不一样的，提升高度是否合适，要看是否在焊接过程中出现磁偏吹或短路。当提升高度过大时，电弧燃烧不稳定，容易产生电弧漂移和电弧偏吹。提升高度过小时，电弧容易产生短路而断弧。提升高度对于同一端部形状的螺柱来说，正比于其公称直径，一般在
螺柱焊作为将金属螺柱或类似的紧固件快速焊接到冲压件上用以形成T形接头的方法被汽车制造业所大量使用,其焊接质量对整车质量有很大的影响. 螺柱焊作为将金属螺柱或类似的紧固件快速焊接到冲压件上用以形成T形接头的方法被汽车制造业所大量使用，其焊接质量对整车质量有很大的影响。本文对螺柱焊在车身制造中使用的焊接工艺选择、工艺参数的设定及检验方法进行了阐述。 螺柱焊也称植焊或螺柱植焊，以其快速、可靠、操作简便及低成本等众多优点被广泛采用。原理是在螺柱的端面与另一板状工件之间利用电弧加热溶化并施加压力完成连接，其兼具熔焊和压焊特征，是一种加压熔焊。本文针对汽车制造中螺柱焊的应用进行论述。 螺柱焊 螺柱焊有电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊两种基本方法，两者主要区别是供电电源和燃弧时间长短不同，前者由电弧电源供电，燃弧时间约为0.1～1s；后者由电容储能电源供电，燃弧时间段约1～15ms。 1.螺柱焊焊接方式的选择 电容放电螺柱焊的特点是时间短，热变形小，很适合薄板的螺柱焊接，且不需要气体保护，操作也比较简单，很适合自动化生产线的要求，被汽车主机厂广泛使用。 电容放电螺柱焊有拉弧式和储能式螺柱焊两种：拉弧式电容放电螺柱焊类似于拉弧式短周期电弧螺柱焊，其焊接时间约为3～10ms；储能式电容放电螺柱焊的特点是欲焊螺柱的端面有一引弧尖梢，它又分为接触式和间隙式两种。目前汽车行业应用的螺柱焊工艺是拉弧式电容放电螺柱焊焊，主要采用逆变式焊接电源。 2.拉弧式电容放电螺柱焊工艺 拉弧式电容放电螺柱焊是利用行程引弧的电弧法螺柱焊方法之一。 （1）设备及原理拉弧式螺柱焊设备主要由焊接电源、控制系统、焊枪以及接地钳等组成。拉弧式螺柱焊焊接时：螺柱接触工件，通电后利用螺柱夹持机构提升螺柱（见图1a），此时螺柱与工件之间出现稳定燃烧电弧，电弧热熔化螺柱顶部和工件表面（见图1b），随后螺柱夹持机构压迫螺柱下沉到工件熔池（见图1c），断电后形成焊接接头（见图1d），拉弧式螺柱焊焊接过程见图1。 （2）工艺参数拉弧式螺柱焊根据焊接时间的长短，可细分为长周期螺柱焊和短周期螺柱焊。拉弧式螺柱焊接工艺参数主要有：焊接电流、焊接时间、引弧电流、引弧时间、提升高度、螺柱伸出长度以及送钉时间等。以下是通过解决螺柱脱落问题的经验总结。 ①焊接电流主要根据螺柱顶部法兰直径来选择，普通低碳钢焊接电流和螺柱直径的关系为：
石油管道漏检测技术的 发展趋势 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
石油管道漏检测技术的发展趋势摘要：：随着管道运行时间的不断增长,以及腐蚀、缺陷等自然或人为的原因,原油管道泄漏事故频繁发生,不仅造成经济损失,而且污染环境,因此对管道泄漏的检测尤为重要。管道检漏方法分为直接检漏法和间接检漏法。对于不同的工作环境和对象,在应用中要考虑各种方法的特点,要选择合适的检漏方法,采用几种方法组成可靠而经济的原油管道综合检漏系统。 关键词：漏检测技术；管道；外检测技术；管道腐蚀 漏检测技术的发展趋势 油气管道检测是国内较新兴的事业，通过近年来的工作，笔者发现其具有巨大的经济效益和社会效益。1998年新疆石油管理局在对克拉玛依至乌鲁木齐的克乌复线ф529×7（8）mm管道油改气工作中发生了分歧，一种观点认为该管道已投运17年之久，管道应该报废，没有重新利用的价值；另一种观点认为，管道通过检测评价和部分改造后可以输气。两种观点争论不休，决策者因没有任何依据，很难做出选择，后来经过专家论证决定首先对管道进行检测，根据检测结果进行局部整改，通过检测、评价得出管道腐蚀剩余强度满足最大输送压力3.0MPa要求的结论，
故采纳拉后一种观点。目前管道已安全运行了2年左右，为该局节约资金约2.3亿元，节约项目投资月90%。 近几年，我国政府也制定了一系列有关管道安全的行业或企业标准，如Q/GDSJ0023-90“管道干线腐蚀控制调查技术规范”、SY/T0078-93“钢质管道内腐蚀控制标准”、SY/T0078-95“钢质管道及储罐腐蚀预防护方法标准”、SY/T 6151-1995“钢质管道管体腐蚀损伤评价方法”、 SY6186-1996“石油天然气管道安全规程”等，国家经贸委还下发了[2000]17号令《石油天然气管道安全监督与管理暂行规定》，中国石油天然气股份有限公司也编制了相应的《天然气管道检验规程》【59】。上述标准和法令对管道检测内容、周期都做出了要求，对加快检测技术的发展无疑产生了巨大推动。 虽然国内同行在管道外检测技术方面已取得了飞速发展，但管道内检测技术研究和应用仍有待加强。由于管道内检测器使用的清管器比日常生产中普遍使用的清洁清管器要长得多，国内早期的油气管道，不具备管道内智能检测的条件，应用前需对站场收、发装置及部分管道、管件进行改造。因此在标准中也未对此做出强制要求，致使该项技术的应用和研究发展较慢，限制了它的广泛推广与应用。尽管目前国内一些管道公司也引进了内检测设备，但因为形成系列化，应用效果也还不十分理想。可喜的是，国内部分管道公司已认识到此方面的不足，并开始着手研究和发展管道内检测技术。目前中国石油新疆油田分公司与长输管道
螺柱焊机及其焊接技术 前言 所谓螺柱焊是指在金属或类似金属件的端面与另一金属工件表 面之间产生电弧，待接合面熔化时迅速施加压力，完成焊接的一种方法。螺柱焊接方法起源于1918年,由于这种焊接新技术具有快速、可靠、简化工序、降低成本等一系列优点，因而引起了世界各国的普遍重视，经过不断地改进和完善，特别是二次世界大战后得到了迅速发展，现已广泛应用到桥梁、高速公路、房屋建筑、造船、汽车、电站、电控柜等行业。可焊接低碳钢、不锈钢、低合金钢，铜、铝及其合金材质的螺柱、焊钉、销钉、栓钉等。近年来我国经济建设发展迅速，使用螺柱焊接的领域也越来越广泛，螺柱焊接技术发展到今天，已成为一种基本的热加工方法，螺柱（焊钉）的焊接大约有90%以上是通过螺柱焊机完成的。 1.螺柱焊机的分类 螺柱焊机分为电弧螺柱焊机和电容放电螺柱焊机两大类，前者以弧焊整流器作为电源进行焊接，后者则以电容器贮存的能量瞬间放电而进行焊接。两种焊接方式的特点及应用情况见表1。 表1 电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊的特点：
注：最低板厚是指避免烧穿的厚度。 1.1 电弧螺柱焊机 电弧螺柱焊机是由焊接电源、控制器、焊枪、地线钳、焊接电缆等部分组成。但大多数焊接设备的焊接电源都与控制器合并为一体，称为主机。比较先进的控制方式是使用微处理器，以便精确设置和适时控制焊接过程中的焊接电流、焊接时间等参数。焊接电源一般为晶闸管控制的或逆变式的弧焊整流器。逆变式的弧焊整流器体积小、重量轻、动特性好，无疑是焊机的首选，但受大功率器件的限制，所以目前大容量的焊机还是以晶闸管控制的弧焊整流器为主。但不论那种结构的焊接电源，其安全要求都应符合ISO14555的规定。用于螺柱焊的直流焊接电源应具有以下特点： a、焊接电源应具有下降的静外特性。只有这样才能维持电弧
管道焊接施工工艺标准 1.适用范围 本工艺标准适用于工厂管道预制加工和野外现场管道安装工程的焊接施工作业指导。 2.引用标准 2.1《特种设备焊接工艺评定》JB4708-2008 2.2《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-97 2.3《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-98 2.4《电力建设施工及技术验收规范》(火力发电厂管道篇)DL5031-1994 2.5《电力建设施工及技术验收规范》（火力发电厂焊接篇）DL5007-1992 2.6《化工金属管道工程施工及验收规范》HG20225-95 2.7《石油化工剧毒、可燃介质管道施工及验收规范》SH3501-2001 2.8《西气东输管道工程焊接施工及验收规范》1（2010年6月4日）2.9《石油天然气站内工艺管道焊接工程施工及验收规范》SY0402-2000 2.10《石油和天然气管道穿越工程施工及验收规范》SY/T4079-1995 2.11《钢质管道焊接及验收》SY/T 4103-2005 2.12《输油输气管道线路工程施工技术规范》Q/CVNP 59-2001 2.13《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》GBJ126-89 2.14《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008
2.15《钢制压力容器焊接工艺评定》JB4708-2000 2.16《焊接工艺评定规程》（电力行业）DL/T868-2004 2.17《火力发电厂锅炉压力容器焊接工艺评定规程》（电力行业）SD340-1989 2.18《核电厂相关焊接工艺标准》（ASME ,RCC-M） 2.19《核电厂常规岛焊接工艺评定规程》（核电）DL/T868-2004 2.20《锅炉焊接工艺评定》JB4420-1989 2.21《蒸汽锅炉安全技术监察规程》附录I（锅炉安装施工焊接工艺评定）（1999版） 2.22《石油天然气金属管道焊接工艺评定》SY/T0452-2002 2.23《工业金属管道工程质量检查评定标准》GB50184-93 2.24《锅炉压力容器焊接考试管理规则》（国家质监总疫局2002版） 2.25《承压设备无损检测》JB4730-2005.1，2，3，4，5各分册 3.术语. 3.1焊接电弧焊：指用手工操作电焊条的一种电弧焊焊接方法。管道焊接常用上向焊和下向焊两种。 3.2自动焊：指用焊接机械操作焊丝的一种电弧焊焊接方法。管道焊接常用热丝熔化极氩弧焊、涂层焊丝氩弧焊、药芯焊丝富氩二氧化碳焊混、（半）自动下向焊、二氧化碳（半）自动焊、埋弧自动焊等焊六种。 3.3钨极氩弧焊：指用手工操作焊丝的一种惰性气体保护焊焊接方法。
螺柱焊接原理简介 ——供稿人：集团技术管理部刘春峰 螺柱焊接是将直径2－25mm的螺柱或柱状金属高效、低成本、全断面融合地焊接在金属表面的一种特种焊接工艺方法。此项技术的应用可替代一些传统的加工方法，例如：钻孔、攻丝、手工焊接、焊后处理等。 螺柱焊接过程：首先，将焊接螺柱（或柱状金属）放置于焊接母材上；随后，提升焊接螺柱，同时导通电流，在焊接螺柱和焊接母材之间激发电弧，电弧将焊接螺柱端部和焊接母材表面溶化，并形成焊接熔池；接下来，焊接螺柱和焊接母材相对运动，焊接螺柱在一定速度下受控地插入熔池；最后，焊接电流终止，电弧熄灭，同时熔池凝固，焊接过程完成，形成全断面熔合的焊缝。 螺柱焊接优点：①焊缝全断面熔合，提高了焊接部位的安全性； ②焊接在瞬间完成，提高了焊接工作效率；③可适应多种金属材料； ④热影响区小，焊接母材变形小；⑤焊接损伤很小，母材背面没有或只有很小的焊接损伤；⑥保持中空零件的密闭性；⑦实现单面焊接； ⑧操作简便。
螺柱焊接分类：根据焊接的特性和电源原理，我们通常将螺柱焊接分为电容储能式螺柱焊接和拉弧式螺柱焊接，前者焊接在0.003秒内完成，用于在薄板上焊接螺柱，后者焊接时间在0.1-1.5秒内完成，用于在更复杂的环境下焊接螺柱。 电容储能式螺柱焊接具体可分为：①接触式螺柱焊接；②间隙式螺柱焊接。 拉弧式螺柱焊接具体可分为：①陶瓷保护环模式螺柱焊接；②气体保护模式螺柱焊接；③短周期模式螺柱焊接（分为有气体保护和无气体保护二种）。 无论采用哪种螺柱焊接工艺，要想取得理想的焊接效果，都需要我们对以下参数严格控制： 例如：焊接时间，焊接电流，运动的可控性，设备的易操作性，被焊金属材料的成分等。 以下图示了几种常用的螺柱焊接工艺方法： ●接触式电容储能螺柱焊接： 是一种最常用的电容储能螺柱焊接方法（从下图0.001秒开始工作） ●间隙式电容储能螺柱焊接：
一螺柱焊的原理与用途 采用螺柱焊的连接方法可将金属螺柱、销钉或类似连接紧固件焊至工件上的焊接方法。 焊接时螺柱被夹持在焊枪的夹持器内，操作者或机器人将焊枪移至焊接位置，螺柱与工件接触。焊枪中的磁力提升机构使螺柱上升与工件脱离接触，控制机构同时在螺柱与工件间施加一引弧电压，在螺柱端面与工件间引出电弧，电弧使螺柱端面与工件熔化。随着螺柱被提升到设定的高度，工件间的电压被加到焊接电压，焊接时间达到预设时间，焊接电压被切断并同时提升机构的电磁铁被断电，螺柱在焊枪的弹簧机构的弹力作用下浸入工件熔化形成的熔池，螺柱将部分液态金属挤出，熔池金属冷却结晶形成螺柱与工件的共同连接接头。 二焊接设备及焊接定位夹具 螺柱焊接系统包括焊接电源、焊接控制器、送料机构、焊枪、手工焊接需采用焊接定位夹具确保螺柱焊接位置的准确。 三焊接工艺参数 根据螺柱的型号、直径，焊接工件的材料、厚度等条件选择下列螺柱焊工艺参数：引弧电压、螺柱提升高度、焊接电压、焊接电流、焊接时间。 四焊接操作 1接通焊机电源，检查焊接电缆是否可靠连接，送料机构里螺柱品种是否正确、数量合适，送钉正常。 2焊接时保证焊枪与工件表面垂直，如不垂直要及时调整焊枪的焊接角度。 3进行焊接。焊接过程中要定期检查螺柱夹持器的烧损情况，及时更换。定期清理防护套内壁上的焊接飞溅。 4焊后清理工件表面上的焊接飞溅。 五. 焊工 焊工必须经过专门的训练并具备下列专业知识和技能： (1)熟悉焊机基本技术性能； (2)熟知焊机维护,使用及调整方法； (3)熟知被焊总成的技术要求,装配要点及使用情况； (4)了解工艺参数的选择原则，协助设备调整人员对工艺参数进行调整。
检修公司西工业区项目部135MW#2锅炉高温过热器 12Cr1MoVG焊接工艺标准 项目名称：西工业区135MW#2锅炉高温过热器检修焊接 单位：石河子天富水利电力有限责任公司检修安装分公司 工作单位：石河子市国能能源投资有限公司西工区分公司 时间：二零一五年七月 1
小管径斜45°对接气焊工艺（OFW ） ——12Cr1MoV Φ38×5mmV 形坡口对接焊——： 针对西工业区#2锅炉的高温过热器焊接，材料为12Cr1MoVG ，直径 为38mm 、管壁的厚度为5mm ，检修公司采用右焊法进行焊接。 一． 焊前准备 1. 过热器材料：12Cr1MoVG Φ38×5mm; 2. 材料及坡口：锅炉高温过热器管道，60°±5°V 形坡口，钝边 0.5~1mm ，如图1所示; ×4.5 图（1） 3. 焊接位置：45°; 4. 焊接要求：单面焊双面成形； 5. 焊接材料：焊丝H08CrMoVA Φ2.5；（详见表1） 表（1） 6．焊接工具选用 （详见表2）
3 表（2） 7．焊接选用气体：氩气 8．试件清理：清理坡口面及坡口内外面20mm范围内的油污、锈蚀、水分及其它污物，至露出金属光泽；表（2） 9. 装配及点固：装配间隙2.5~3mm、点固在11点钟和2点位置长度为10mm，试件45°固定，由下端6点钟的位置始焊；如图所示（2） 二. 焊接工艺参数 1．层数要求：焊接两层 2．操作方法：采用右焊法焊接 3．焊接火焰：中性焰或轻微碳化焰，目的是防止合金元素的氧化烧损； 4．焊嘴倾角：与试件轴向夹角为80°左右，焊嘴偏向下坡口，因为温度是向上走的；如图所示（1） 5．焊炬倾角：与试件所焊部位的切线方向的夹角为60°左右; 6．焊丝的角度：与试件轴线方向的夹角为90°左右； 7．焊炬与焊丝的夹角一般为30°左右； 图（2）
螺柱焊机及螺柱焊技术 （成都斯达特焊接研究所成都610051） 摘要:文章介绍了螺柱焊机和螺柱焊接工艺参数,并对电弧螺柱焊机的焊接电源、栓钉穿透焊工艺以及我国螺柱焊接技术的现状作了深入的分析，阐述了螺柱焊接技术的发展趋势。 关键词：螺柱焊机螺柱焊接工艺栓钉穿透焊螺柱焊技术发展 所谓螺柱焊是指在金属或类似金属件的端面与另一金属工件表面之间产生电弧，待接合面熔化时迅速施加压力，完成焊接的一种方法。螺柱焊接方法起源于1918年,由于这种焊接新技术具有快速、可靠、简化工序、降低成本等一系列优点，因而引起了世界各国的普遍重视，经过不断地改进和完善，特别是二次世界大战后得到了迅速发展，现已广泛应用到桥梁、高速公路、房屋建筑、造船、汽车、电站、电控柜等行业。可焊接低碳钢、不锈钢、低合金钢，铜、铝及其合金材质的螺柱、焊钉、销钉、栓钉等。 1螺柱焊机的分类 螺柱焊机分为电弧螺柱焊机和电容放电螺柱焊机两大类，前者以弧焊整流器作为电源进行焊接，后者则以电容器储存的能量瞬间放电而进行焊接。两种焊接方式的特点及应用情况见表1。 1.1 电弧螺柱焊机 电弧螺柱焊机是由焊接电源、控制器、焊枪、地线钳、焊接电缆等部分组成。但大多数焊接设备的焊接电源都与控制器合并为一体，称为主机。比较先进的控制方式是使用微处理器，以便精确设置和适时控制焊接过程中的焊接电流、焊接时间等参数。焊接电源一般为晶闸管控制的或逆变式的弧焊整流器。 用于螺柱焊的直流焊接电源应具有以下特点： a、焊接电源应具有下降的静外特性。只有这样才能维持电弧的稳定性，保证焊接质量。 b、焊接电源应有引弧电流（40～50A）和较高的空载电压（70～100V），以确保100％的引弧成功率，对于大直径的螺柱焊接，其空载电压甚至超过100V。只有这样才能满足提升高度较大时的需求。 c、要有较高的负载电压。按弧焊电源下降特性的定义，当焊接电流≥600A时，