油气田油气长输管道的焊接

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．３０

科技创新导报

油气田油气长输管道的焊接

陈缨

（四川油建公司成都项目部　　四川成都　　６１００５１）

摘　要：长距离、大管径、高压力正成为油气田油、气长输管道的发展方向。相应的管道焊接工艺、焊接设备、焊接材料也有了很大的发展。

关键词：管线钢　　焊接工艺　　焊接设备　　焊接材料　　半自动焊接

中图分类号：ＴＪ２０５　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）１０（ｃ）－０００３－０２

管道运输是解决油气资源分布与消费市场严重分离这一障碍的最佳手段，是运输量大、安全性高且经济的油气产品输送方式。在同样输量的情况下，在一定范围内提高输送压力、扩大管道的直径可以增加经济效益。管径的增加和输送压力的提高，均要求管材有较高的强度。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，而弧焊技术是现代焊接技术的重要组成部分，其应用范围几乎涵盖了所有的焊接生产领域。

１　管线钢的发展

早期：我国管线钢早期一直采用Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ型普通碳素钢，大部分为Ｑ２３５和１６Ｍｎ钢；

近期：采用美国石油组织在ＡＰＩ　标准中提出的微合金控轧钢Ｘ５６、Ｘ６０、Ｘ６５三种管线钢；

发展：ＡＰＩ标准又相继增加了微合金控轧钢Ｘ７０、Ｘ８０、Ｘ１００三种管线钢。

２　管道焊接用设备

在我国，逆变式焊接电源已成为弧焊电源的发展方向。逆变焊机已问世２０多年，其具有焊接性能好、动特性好、体积小、重量轻、效率高、焊接速度高、多功能、有利于实现焊接多功能、机械化、自动化的优点。并且，逆变式焊机节能２０％～３０％、省材８０％～９０％［１］。新型的逆变焊机可以实现只用一台焊机就能适用于所有的焊接方法的目的。可用纤维素型及碱性焊条进行下向焊，也可用于ＴＩＧ打底焊、ＭＡＧ焊、ＭＡＧ脉冲焊。２．１　林肯公司的焊接设备［２］

林肯公司是管道焊接设备主要供应厂商。主要设备有以下几类：

２．１．１野外作业用引擎驱动机

用于手工焊的ＣｌａｓｓⅠ／Ⅱ／Ⅲ系列焊机，额定电流为２００～３００Ａ，适用于管道焊接，在电弧要求苛刻的环境最适用；ＳＡＥ－４００柴油机型，该设备为石油工业广泛应用，具有可靠性高，功能全等优点，不仅可用于手工焊，ＴＩＧ焊而且可配ＬＮ－２３Ｐ送丝机进行半自动气保焊，设备输出功率３４ｋＷ，额定电流４００Ａ，但由于体积大、重量大，不适合交通不便的场合使用；ＲＡＮＧＥＲ８及ＲＡＮＧＥＲ９汽油机型，直流输出较小，分别为２２５Ａ和２５０Ａ（１００％暂率），交流输出８ｋＷ及９ｋＷ，体积和重量较小，适合于交通不便的场合使用。

２．１．２　ＳＴＴ（表面张力过渡焊机）

该电源是林肯公司开发的专利产品，配合ＬＮ－７２４和ＳＴＴ１０送丝机可实现半自动全位置ＣＯ２／ＭＡＧ焊，它的主要特点是：输入热量可控制，易实现单面焊双面成形。焊

接过程稳定、飞溅小、焊接质量高，设备对首入中国市场。一支直径１１ｍｍ、长度１５０ｍｍ、焊工操作水平要求不高，培训简单，是管道重量约６０ｇ的焊接笔，不连接电源，仅用一支全位焊接的最佳选择，野外作业需加防风措火柴点燃，即刻将两块金属板焊接在一起。施。

焊接笔的能源是来自于本体材料燃烧所产２．１．３林肯Ｉｎｖｅｒｔｅｃ　ＳＴＴ焊机特点［３］生的化学反应。不论对同类或不同类金属它能在整个焊接过程中准确控制焊丝进行焊接或切割，焊缝具有高强度和防腐蚀的电流以达到飞溅和烟雾明显降低，它既非性能。焊缝材料强度在Ａ３～４５钢之间。焊稳压，亦非稳流，而是焊丝电流基于电弧的接笔焊接材料的厚度在１～５毫米，切割材即时需求而自反馈调节的焊接模式；有传送料厚度在２０ｍｍ内。

和改变焊丝电流只需微秒级时间的能力，最终结果可减低飞溅达９０％，烟雾达５０％以上，３　焊接材料

以及减低造成变形和烧穿的发热，更好的３．１纤维素立下向焊条［２］

是，它既能用于自动又能用于半自动应用的纤维素型焊条打底焊时可单面焊双面设计，使之应用广泛，更能容易适用于对飞成形，且操作简便，效率高、适应工况能力溅、烟雾和发热，以及渗透控制等要求非常强，在管线建设中现占很大的使用比例。

严格的机械人自动焊接应用上；能使用碳钢奥地利伯乐公司是生产管道焊条世界知名焊丝，不锈钢焊丝，亦能使用各种自保护焊厂家，焊接Ｘ６０－Ｘ７０管的纤维素焊条有ＦＯＸＣＥＬ８５。丝，可适用１００％ＣＯ２，混合ＣＯ２和氩气及氦气焊接Ｘ８０管的有ＦＯＸＣＥＬＭＯＦＯＸＢＶＤ１００等。

等。

２．１．４轻便型逆变焊机

美国林肯公司也是生产纤维素焊条的以Ｖ３００－１为代表，该焊机重量仅２９ｋｇ，著名厂家之一，该公司生产的相当于可单相或三相供电，特别适用于纤维素焊条ＡＷＳＥ６０１０、Ｅ７０１０Ｇ、Ｅ８０１０Ｇ等焊条在国内焊接，也可令作ＴＩＧ／ＭＡＧ／ＣＯ２焊电源。管道施工中也占相当比例。

２．２　瑞典ＥＳＡＢ公司焊接设备［２］

瑞典伊萨公司生产的Ｅ６０１０、　Ｅ７０１０Ｇ焊ＭＡＧ／ＣＯ２气体焊设备

条近年来也都参与了国内市场的竞争。ＬＡＲ５００／６３０，该系列产品用晶体管开关３．２实芯焊丝和药芯焊丝

元件控制，并运用微处理机技术，使得焊接实芯焊丝和药芯焊丝国外供应厂商比性能具有许多特点：有主电压补偿和无级电较多，如法国的沙福、日本神钢以及美国的压调节，可设定规范范围为５０Ａ／１０Ｖ～合伯乐和林肯等大公司都生产管道用各种５００Ａ／３９Ｖ，额定电流５００Ａ；ＡＲＩＳＴＯ４００利用实芯焊丝和药芯焊丝。

先进的微处理机技术，设定送丝速度后，选在我国，采用药芯焊丝以林肯公司占的用ＭＡＧ／ＭＩＧ时能自动向焊接过程提供最比重最大，实芯焊丝ＬＮ５０、ＬＮ５６、ＬＮ７０，佳焊接参数，设备可用来焊铝、不锈钢、碳药芯焊丝ＯＵＴＥＲＳＨＩＥＬＤ７１Ｈ／８１Ｂ２Ｈ以及钢等金属，并可用药芯焊丝，整机重量仅自保护焊丝ＮＲ２０７、ＮＲ２３２等可适用强度９２ｋｇ；管子自动焊设备，该设备由电源和机不同等级管道钢的焊接。

头组成，电源和控制部分有ＰＲＯＴＩＧ－４５０可编程电源，具有焊接过程稳定，焊接质量高４　石油天然气长输管道常用的焊接工艺概述

等优点，但对母材坡口准备要求高，且不适４．１　现场焊接的特点

合野外作业。

现场焊接，包括平焊、立焊、仰焊、横２．３米勒公司的设备［２］

焊等位置的焊接。随着管道输送压力的增米勒公司也是美国在我国的焊接设备供应厂高和管线直径、壁厚的增大，为保证安全运商，其气体保护焊机也占一定市场，主要产品有：

行，出现了多种焊接方法、焊接材料和焊接野外作业引擎驱动焊机有ＢＩＧＢＬＥ５０２工艺。

（ＣＣ／ＣＶ）电源可配Ｓ－３２Ｐ送丝机及油气长输管道的施工，作业地带大部分ＰＲＯＦＡＸＧＵＮ焊枪进行气保焊，相当于林肯地理、气候、地质条件恶劣，社会依托条件的ＳＡＥ－４００配ＬＮ－３２Ｐ；ＰＯ－ＱＰ双把焊机，较差，并且管道经常穿越连片水田、沼泽水该设备可同时供两台焊机（４００Ａ）或并联成一网、丘陵、山区等特殊地形，大型设备难以台（６００Ａ）焊机；米勒电网供电的６４ＭＳＥＲＩＥＳ进入作业现场。在这些特殊地带焊接作业脉冲ＭＡＧ／ＣＯ２焊机是新一代气保焊机，由时，如果选用两人即能搬移的自发电手工电于可提供脉冲电流，因此易进行全位置焊弧焊机及自发电半自动焊机，将是一种最经接。其峰值电流１５０～５６５Ａ，基值电流１０～济、最高效、最灵活的组焊方式。同时，组１５０Ａ，５０Ｈｚ供电，所用焊丝０．６～３．２ｍｍ。对时，内对口器由于受地形条件、自身条件２．４无电焊接新技术［５］

限制而无法使用，故必须采用外对口器组对２００３年１２月２日俄罗斯便携式焊接笔

焊口。

　科技创新导报　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ３

科技创新导报２００８　　ＮＯ．３０

高　新　技　术

混凝土施工缝的质量控制

李国龙

（梅县梅雁建筑工程有限公司　　　广东梅州　　　５１４０２１）

摘　要：在现浇混凝土施工过程中不可避免地会遇到施工缝的设置和处理问题。施工缝的质量位置直接影响整个建筑结构的质量与安全，因此必须严格控制施缝的质量。关键词：混凝土　　　施工缝　　　质量控制

中图分类号：ＴＵ２１　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）１０（ｃ）－０００４－０１

１　严格控制施工缝的留置位置正确

由于混凝土抗拉强度低，仅为抗压强度的７％～１４％（平均约为１０％）最合理，施工缝宜留在结构受剪力较小且便于施工的部位：

规范中规定的“柱应留水平缝、梁板墙应留垂直缝”比较片面，没有对混凝土构件作出统一规定，例如，混凝土楼梯如果说留水平缝或垂直缝都是不合适的。应规定为：使施工缝接缝面与结构的纵向轴线垂直。对于大体积混凝土，由于浇筑数量大，整体性要求高，一般不应留施工缝。混凝土条型基础和独立柱基础也应一次浇筑完毕，不宜留施工缝。随动力作用的设备基础，一般不应留置施工缝。如设计没有规定，而施工时又必须分段浇筑混凝土时，应先征得设计单位同意，并符合施工规范要求方可设置。但在同一设备机座的地脚螺栓之间，在重要机座之下和用轴连接传动的设备机座之间不得留置垂直缝。基础的薄壁或悬壁部位以及被孔洞削弱部位不应留置施工缝。施工规范规定：“和板连成整体的大断面梁，施工缝应留置在板底面以下２０～３０ｍｍ，但板下有梁托时，留在梁托下部。”大断面梁，没有具体规定断面尺寸，一般认为和板连成整体的梁应和板同时浇筑，只有当梁的高度大于１ｍ时，才允许将梁单独浇筑并按规范规定留置施工缝。对简支梁作受力分析，在荷载作用下跨中的剪力较小，施工也比较方便，施工缝应留在跨度中间１／３的范围内。浇筑圈梁时，由于砖墙的十字、丁字、转角墙垛、门窗洞、预留洞的上部以及圈梁与其现场焊接常采用手工下向焊或采用手工纤维素下向焊打底＋半自动自保护药芯焊丝填充、盖面。

４．２石油天然气长输管道施工焊接的主要方法有

４．２．１手工下向焊，纤维素焊条和低氢焊条的应用

管口组对间隙小，采用大电流、多层、快速焊的操作方法，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，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。前苏联提出了焊接根焊道、热焊道采用纤维素型焊条，焊接其它焊道、盖面焊道时则采用碱性焊条。两种焊条搭配使用可使焊

［４］

接接头质量进一步提高。

输油管道全位置下向焊一般选用纤维素型下向焊焊条，输气管道、死口连头、管子与附件焊接一般选用低氢型焊条。

他混凝土构件交接处如带有雨蓬、阳台、天沟板的圈梁属于关键部位，都应连续浇筑混凝土，除此之外的部分均可留置施工缝。楼梯的混凝土宜连续浇筑。若为多层楼梯，且上一层为现浇筑楼板而又未浇筑时，可留置施工缝，应留置在中间的１／３部位，但要注意接缝面应斜向垂直与楼梯轴线方向。

１０．雨蓬由于浇筑量少且属于悬臂构件，应一次浇筑混凝土完毕，不能留施工缝。

２　正确处理施工缝，确保混凝土质量

（１）混凝土初凝后，不能过早地在上面浇筑新的混凝土层，否则在振捣新浇筑的混凝土时，会破坏已初已混凝土的内部结构和混凝土与钢筋的粘结，所以必须等混凝土抗压强度达到１．２ＭＰａ以上时，才能继续浇筑混凝土。

（２）重新浇筑混凝土之前应清除施工缝表面的水泥浆、垃圾、松动的砂石和软弱层，以及钢筋表面的油污、泥锈和砂浆等杂物，采用表面涂刷缓处理的垂直施工缝，应在拆模后即用钢丝刷或压力水清除表层水泥浆，使石子外露。由于水平施工缝前后层混凝土的结合是通过混凝土在重力作用下的压力、接触面的摩擦力以及前后层混凝土的粘结力和接触面产生的咬合力来提高其抗剪能力的，因此施工缝表面要粗糙，这对前后层混凝土结合有利。所以在混凝土浇筑前必须将其表面凿毛，然后把施工缝表面用水冲洗干净并充分湿润，但低洼处不得有积水。

（３）在浇筑混凝土时，为防止水平施工缝处形成石子密集区而影响混凝土强度，宜在４．２．２药芯焊丝半自动下向焊

主要用来填充和盖面。熔敷效率高，全位置成型好，环境适应能力强，易于掌握，是目前管道施工的一种重要焊接工艺方法。

４．２．３ＳＴＴ半自动焊接技术

从美国林肯公司引进的ＳＴＴ半自动焊接设备，应用于大口径长输管道焊接中。

工艺特点：电弧燃烧稳定，飞溅极少；根焊焊道成型好，基本不需打磨；焊缝接头少，焊丝熔敷率高（可达９５％）；焊缝含氢量低，低温冲击韧性好。

４．２．４实芯焊丝气保焊全位置自动焊技术随着管径、壁厚的增加，采用自动焊的方法焊接具有十分明显的优势，其将大大降低劳动强度，显著提高焊接效率。但是其对坡口成型及管口组对要求严格，并且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。

浇筑混凝土前在水平施工缝处先铺一层厚度为１０～１５ｍｍ的与混凝土成分相同的水泥砂浆，垂直施工缝处也应先刷一遍水泥浆（水泥：水＝１∶０．４），然后开始浇筑混凝土。

（４）承受动力作用的设备基础施工缝，在垂直施工缝处应补插钢筋，其直径一般为１２～１６ｍｍ，长度一般为５００～６００ｍｍ，间距为５００ｍｍ左右，在台阶式施工缝的垂直面上亦应补插钢筋，光圆钢筋两端加弯钩。在水平施工缝继续浇筑混凝土之前应对地脚螺栓进行观察校正。

（５）复杂结构和重要结构的混凝土施工缝应根据设计部门的要求进行留置和处理。

（６）当设计无规定时，为加强结构整体性，可在施工缝处补插钢筋，直径为１２～１６ｍｍ，长度为３００ｍｍ，钢筋数量视施工缝表面积和结构重要性确定，但每处不得少于两根，也可在前层混凝土面层涂敷一层环氧树脂粘结剂，但这种粘结剂应采用受水分影响较小的因化剂（如６００号取聚酰胺），并应在粘结剂固化之前开始浇筑混凝土，对地下水位以下的混凝土施工缝，则必须做防水处理。

通过我们现场施工实践证明，只要按照施工规范和上述要求留置和处理施工缝，并认真施工，施工缝处的混凝土强度不会低于设计强度要求，施工缝的质量也能得到较好的控制和保证。

参考文献

［１］《混凝土施工质量验收规范》［２］《钢筋混凝土设计规范》

５　结语

现今，在我国长输管道建设中，应用最广泛的是手工下向焊技术（手工下向焊打底、半自动下向焊填充盖面工艺），而半自动下向焊技术在全国已经得到迅速的推广，全自动下向焊技术将是我国长输管道下向焊技术的发展方向。

参考文献

［１］《我国焊接技术的整体发展水平与趋

势》．中国科学技术信息研究所［２］《油气管道的焊接》中国焊接网

［３］焊接设备上海龙茂机电设备有限公司网

站

［４］《现代焊接技术手册》上海科学技术出

版社１９９６

［５］页内资讯－俄罗斯便携式焊接笔首入中

国市场ｗｗｗ．ｗｅｌｄｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ．ｃｏｍ．ｃｎ

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