天然气管道的焊接技术
1 前言
随着东海气田的进一步开发，西气东输项目的全面启动，天然气作为一种洁净能源逐步替代传统的人工煤气，其热值高、成本小、污染少，可广泛用作城市燃气和火力发电：又因天然气碳氢含量高，也是一种优质的化工原料。
天然气的特点是压力大，其输配系统为高中压燃气管道，对燃气供应的安全性、可靠性的要求较高。天然气管道的材质一般为合金钢，从X52到X70，壁厚为21．5一mm 的并不鲜见，承压值有较大的提高。作为管道安装的主要环节，焊接质量直接关系到天然气管道的安全运行。当前，如何确保大直径、厚壁钢管的焊接质量与施工进度，显得十分突出。
2 常用天然气管道焊接工艺介绍
双面焊容易保证接头质量，对焊工的焊接技术要求低；但是工作效率不高，作业条件差，并且受
到管径和施工条件的限制，应用范围很小，天然气管道的焊接多采用下述几种工艺。
2．1 氩弧焊打底+低氢型焊条焊填充盖面
(TIG50+E5015)
目前这种工艺非常成熟，焊接方向由下而上，在管道安装行业中的应用相当普遍。氩弧焊几乎适
用于任何金属材料，背面成型较好，并且对组对要求不高，手工电弧焊全位置焊接现在已经成熟。但是，这种传统工艺的工效不高，不能适应大规模流水作业的需要；而且氩弧焊打底时，仰焊部位容易产生内凹，尤其在大直径、厚壁管道焊接时，这种缺点更加明显，有时这种缺陷甚至是致命的。
2．2 手工纤维素焊条焊接(如E6010)
手工纤维素焊条焊接主要用于：纤维素焊条打底+低氢型焊条焊填充盖面(如
E6010+E8018)、纤维
素焊条打底+自保护药芯焊丝半自动焊填充盖面(如E6010+E71T8一Nil)。
为了适应大直径、厚壁高压管道焊接的需要，目前西气东输工程中下游地区广泛采用以上工艺。
焊接方向自上而下，使用的焊接电流较大，因而效率大大提高；而且因为顺流焊接，焊缝表面纹
路较小，成型美观。纤维素焊条焊接时，产生的电弧吹力足，容易获得理想的背面成型，是比较理想的打底材料，这种方法缺点是对组对要求较高，尤其要保证组对间隙，否则影响根部质量：由于电弧吹力较大，飞溅多，焊接时层间打磨量较大。在管道材质强度不高(如X42，X46，X52)时，可以采用E6010纤维素焊条打底与填
充盖面，操作起来比较简单。在管道材质强度较高(如X56，X60，X65，X70)时，采用E6010纤维素焊条打底，E7018或E8018填充盖面；如果管壁较厚或者气温较低，在打底后立即用E6010，E7010或E8010纤维素焊条加焊一层热焊道，具体选材视管材而定。
药芯焊丝半自动焊可以大大提高工作效率，改善工作条件。由于焊丝的连续性，焊接过程断弧停顿的机会较少，因而焊缝质量大大提高；同时，自动焊使用的焊接电流大大增加，工作效率高，便于排管过程的流水作业。由于焊丝内含药芯，可以方便地调节成分，所以适合焊接不同成分的合金钢的需要，应用前景十分广阔。2．3 纤维素焊条打底+普通低氢型焊条焊填充盖面(如F,6010+ES015)
在山区或其他地形复杂区域，只适合小型手弧焊机作业时，一般可采用这种工艺，特点是比较灵
活，操作简单，可以保证焊接质量。由于国产焊条质量的提高，在一定区域有相当的应用空间。
3 管道焊接新工艺
由于国内油气田的开采建设以及西气东输工程的需要，大口径厚壁管的高压管道安装推动了自
动焊技术的发展。近年来，全自动氩弧焊和CO2气体保护焊技术相当成熟，表面张力过渡(STr)焊接设备的研制成功，使管线安装的自动焊接成为可能，这里就几种典型的工艺作些介绍，焊接方向均为下向焊。
3．1 Co2STT半自动焊接
适合于焊接合金含量较低的管道，对坡口及组对要求不高，焊丝为熔化极，与传统CO2气体保护
焊相比，飞溅小，效率高，操作者容易掌握。
3．2 STT半自动打底+自保护药芯焊丝半自动焊填充盖面
打底焊接材料为实芯焊丝，直径0．9～1．6 rain。保护气体可为纯或混合气(co2+ )，根据
管材级别的高低，合理调节气体比例，Cr元素等对CO2比较敏感，故高合金管道焊接时量要高些，
适合于厚壁大口径管道的焊接，效率较高，坡口组对要求不高，一般可开45 0。的小角度坡口，减
小了焊接量，提高了工作效率。
3-3 STT半自动打底+RMS自动外焊机填充盖面
焊接材料为实芯焊丝，直径在0．9 ．5 rain。保护气体可为纯或混合气
(co2+ )，根据管材级别的高低，合理调节气体比例，焊接高合金管道时Ar量要高些；并且通常在打底层时Ar量稍高，填充盖面焊道Ar量可适当减少，甚至完全使
用CO2气体保护。由于填充盖面是全自动控制，坡口角度可大大减小，因而填充金属少，这在厚壁管道焊接时，效益非常明显。
3．4 STT全自动打底+RMS自动外焊机填充盖面
焊接材料为实芯焊丝，打底及热焊时焊丝一般直径在1．2～1．6 rain，填充盖面焊丝直径在0．9～1．2
rain，具体视管壁厚度及工艺要求而定。保护气体可为纯或混合气(co2+Ar)，根据管材级别的高低，合理调节气体比例，高合金管道焊接时量要高些；并且一般打底层量稍高，填充盖面焊道Ar量适当减少，甚至完全使用CO2气体保护。坡口角度可大大减小，如有的工艺采用单边8。的坡口，提高功效。
3．5 美国CRCM300外焊机自动焊
采用这种工艺，全部焊接过程只用一种焊机，单种焊丝，只需要调整焊接参数就可完成整道焊缝
焊接，操作过程大大简化。焊接材料为实芯焊丝，直径在0．9~2．5 rain。保护气体可为混合气(co2+Ar )或纯，坡口角度可大大减小，因而填充金属量少，功效大大提高。根据母材成分选用焊接材料。全自动气体保护焊用实芯焊丝国内已大量生产，质量稳定，基本上满足焊接要求。
全自动焊接对坡口及组对要求较高。为保证根部质量、较高的生产效率，工艺要求采用双U型+小角度V型坡口，一般采用内胀式定位专用管道坡
口机加工坡口。
在西气东输上游工地，已完成了全自动焊接的工艺评定，目前已用于正式施焊。由于全自动焊接克服了人为因素，焊接质量大大提高，焊口一次合格率在98％以上，工作效率提高8倍以上，把有限的人力从繁重的具体劳动中解放出来。
