摘  要：管道焊接是管网建设的关键工序。我国管网的大建设和大发展，对管道的焊接工艺、焊接设备和焊接材料等也提出了更高要求。本文分析了管线钢管制造中先进焊接技术的研发现状，并结合我国油气管网建设的特色，展望了管网建设工程中焊接技术的未来发展趋势。

关键词：管线；钢管；焊接

1管线钢管焊接技术的研发现状

随着社会生产力的发展，人类对石油和天然气的需求量越来越大，用于运输石油和天然气的管线钢也经历了巨大的发展。

与X70级及以下级别的管线钢的开发和工程应用不同的是，X80级管线钢的综合力学性能和焊接性都非常好，从诞生至今一直是长距离油气输送管道的主要用钢。此外，在一些不需要增加年输送能力的长距离管道工程中，在不改变输送压力和钢管直径的情况下，通过降低X80级管线钢的壁厚，可有效地降低工程的建设成本，因此这些项目也首选X80级管线钢。此外，因不同厂家的生产轧制条件不完全相同，故所生产的成品之间也存在差异。结合实际工程项目的使用要求，微合金元素的具体含量及性能指标需要用户与供货商进行协商确定。总体来看，随着管线钢等级的增加，强度指标越来越高，对低温冲击韧度的要求也在增加。由此可见，随着油气输送压力的提高，对管线钢的安全等级也提出了更高要求。

2管线钢环缝焊接技术

在长输管道建设工程中，环缝焊接质量是影响管道长期安全运行和使用寿命的关键因素之一。管线钢管的壁厚通常为10～30mm，当钢管壁厚较小时，可采用带钝边的单V形坡口；随着钢管壁厚的增加，通常采用复合V形坡口或U形坡口，有利于减少熔敷金属的填充量，提高焊接效率。由于不同壁厚的环缝焊道层数各不相同，通常将位于钢管内壁的第一焊层称为根焊层。当管径足够大时，根焊层可从管道内壁施焊。从内往外，第二层称为热焊层，热焊层从管外施焊，要求与根焊层之间有足够的重熔量，防止未焊透和未熔合等焊接缺陷。此后的各焊层称为填充层，填充层的道次数与壁厚和坡口形状密切相关。最外层通常称为盖面层，以保证焊道具有足够余高，提高环缝接头强度。通常前一焊层对后一焊层有预热作用，后一焊层对前一焊层有焊后热处理效果。管线钢管环缝的焊接工艺方案复杂多样，可分为焊条电弧焊、半自动焊、自动焊或全自动焊。

2.1焊条电弧焊

现场施工中的管道水平放置，环形焊缝由2～4名焊工采用立向下或立向上位姿同时进行焊条电弧焊，焊工的劳动强度非常大。选用纤维素型焊条焊接X70级以下管线钢环缝时，根焊层采用立向上焊接具有较好的搭桥能力，填充层和盖面层采用立向下焊接效果较好。纤维素型焊条的典型焊接缺陷有夹渣、冷隔、缺口、气孔、侧壁打弧和裂纹等。此外，纤维素型焊条不能满足高强管线钢对韧性的要求，且冷裂敏感性大。选用碱性焊条立向下焊进行环缝焊接质量较优。通常碱性焊条的焊接效率高于纤维素型焊条，但采用碱性焊条进行根焊时，与纤维素型焊条相比，间隙要略宽，钝边要略小。碱性焊条可能产生的焊接缺陷包括引弧气孔、根焊层气孔、冷隔、侧壁打弧及夹渣等。

2.2半自动焊

半自动焊是手工操作和机械装置共同完成的一种焊接方式。其焊接热源的移动由手工操作完成，而送丝、送气等则由相应的机械装置完成。在管道环缝焊接中使用的半自动焊，一般使用焊条电弧焊打底，而填充焊及盖面焊则使用半自动焊。半自动焊技术应用，从焊接操作与技术方面进行了优化，工艺操作比较容易掌握，降低了焊接施工的劳动强度，并且焊接质量较高。

半自动焊技术应用，包括多个技术方面，其一是自保护药芯焊丝半自动焊技术；其二是CO2活性气体保护焊技术。自保护药芯焊丝半自动焊技术应用期间，不涉及到保护气体，核心是以焊丝为载体及时填充焊药，焊药与合金元素有效融合，管状焊丝冶金期间对熔池进行保护，以此来降低氧气对熔池的影响，从而达到理想的焊接效果，确保焊缝质量。此焊接技术在应用中，具有突出的电弧稳定优势，并且工艺性能优良，综合性成本低，对环境适应性强，还能够做到全位置成型好，整体来讲焊接合格率对比其他焊接技术高。因为其适应性与抗干扰性强，所以管道户外有风的天气焊接比较适合。焊接施工中需注意技术细节的处理，减少技术漏洞的出现，及时检查根焊情况，一旦发现未熔合，及时采取有效措施予以处理。CO2活性气体保护焊技术应用期间，薄弱之处体现在熔深、成型控制矛盾方面，焊接期间会出现飞溅大情况。精准控制管道焊接峰值电流，并且提高焊接稳定性，提高了熔滴过渡成型率。

2.3全自动焊

管道全自动焊是借助于机械和电气等方法使焊接过程实现完全自动化、程序化的焊接施工方法。全自动焊对于操作人员的焊接技术水平要求较低，焊接过程中受人为因素干扰较小，焊工劳动强度低；但全自动焊对设备的要求较高，好的全自动焊接工艺具有电弧燃烧稳定、焊缝成形美观、焊接效率高等优势。全自动焊接工艺在平原、沙漠、冻土等开阔地域的管道建设中具有显著优势。熔化极气体保护焊是管道全自动焊接中应用最普遍的焊接技术。成套的全自动焊接系统对管端的坡口加工精度要求非常高。

3管线钢管焊接技术的发展趋势

国内外对于X80级及以下等级管线钢的冶炼、轧制、成形和焊接等相关技术已趋于成熟。对于X100级和X120级管线钢，还需要进行深入的开发和探究。对于某些特殊服役环境使用的管材，可以通过调节合金化的途径使其具有特殊的性能，比如：抗酸性管线钢要求具有一定的耐腐蚀性能、优良的抗氢致开裂（HIC）和硫化物应力腐蚀（SSCC）性能；深海用管线钢的力学性能指标则更加严格，不但要求具有高强度、良好的低温冲击韧度和抗裂韧度，同时还要求很低的屈强比；通过常发生地质灾害地区的管道，应采用大应变管线钢，在保证钢管高强度和高韧性的同时具有低的屈强比、高的均匀塑性变形伸长率、高的形变硬化指数和高的临界屈曲应变能力，以防止因大应变引起管道屈曲、失稳和延性断裂进而引发灾难性事故。

未来的管线钢将朝着低碳含量、多合金化、高强度、高韧性、抗大变形及耐腐蚀等方向发展。目前，我国直缝焊管和螺旋焊管的加工技术已相当成熟，但油气管道全自动焊接的应用还不是很广，管口组对与打底焊接全自动化方面的装备和技术比较薄弱。管线建设中环缝焊接以半自动焊为主，口径较小时采用焊条电弧焊，焊道修补采用钨极氩弧焊。管线建设中最为关键的组对工序和打底焊接装备还有许多关键技术亟待攻克。此外，与高等级管线钢相配套的焊接材料的研发也相对滞后。在焊接效率、焊材标准化、设备研制及升级以及高强钢自动焊接技术方面与国外还存在较大差距。针对高钢级管道应用自动焊工艺涉及焊接工艺、焊接材料以及焊接试验等关键环节进行探讨，旨在保障我国新建管道焊接质量和在役管道安全运行。

结束语

油气管网建设不仅为经济建设与社会发展提供和输送能源，也为改善人类居住环境、维护社会稳定和保障国家安全提供有力保障。选用大直径、大壁厚的超高钢级管材是石油和天然气输送管道未来发展的重要趋势。

参考文献：

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[2]张锦刚，毕宗岳，徐学利.石油钢管行业新型焊接技术应用与发展现状[J].焊管，2018，41（05）：8-13.