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论述石油天然气管道的焊接方法及焊接工艺

发表时间：2021/4/16 来源：《中国科技信息》2021年5月作者：罗强李卫东关军

[导读] 焊接质量是石油天然气建设工程得以稳定安全投产和运行的重要保障。论文阐述石油天然气建设工程中钢制设备、管道的主要焊接方法及质量控制，介绍钢材材质分类与用途、焊接材料的分类及如何选用。

中国石化胜利石油分公司地面工程维修中心现河维修服务山东东营罗强李卫东关军 257230

摘要：焊接质量是石油天然气建设工程得以稳定安全投产和运行的重要保障。论文阐述石油天然气建设工程中钢制设备、管道的主要焊接方法及质量控制，介绍钢材材质分类与用途、焊接材料的分类及如何选用。从项目管理角度出发，说明焊接工艺、电焊工资格审查要点，归纳焊接质量控制程序与要点。
关键词：焊接方法；焊接工艺；质量控制；无损检测；　　
　　    1 焊接方法及应用
　　    石油天然气设备及工艺管道、长输管道的焊接均为熔化焊，焊接方法主要包括：焊条电弧焊、钨极气体保护焊、自保护药芯焊丝半自动焊、熔化极气体保护电弧焊（自动焊）[1].由于焊条电弧焊的使用灵活、方便、低成本，应用广泛应用所有建设工程。钨极气体保护焊因成型好、少渣的优点主要应用于站场工艺管线的根焊。半自动及自动焊由于效率较高，主要应用与长输管道的焊接，也可应用于站内塔类、容器类壳体。
　　    2 母材金属材质及主要用途
　　    因长输管道、站内工艺管道、塔类、容器类设备绝大多数都是钢制，本文只对钢材进行讨论。钢大致可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个类别。Ⅰ类钢包括碳素钢；Ⅱ类钢指低合金高强度钢；Ⅲ类钢主要有铬钼钢、铁素体钢、马氏体钢；Ⅳ类钢主要为奥氏体钢及奥氏体与铁素体双相钢。石油天然气建设工程主要使用的是Ⅱ类、Ⅲ类钢中的优质碳素钢、低合金高强度钢、耐热钢、低温钢和不锈钢等。
　　    碳素钢主要分为普通碳素钢与优质碳素钢。普通碳素钢主要牌号有：Q215、Q235、Q245R、Q275.主要用途为钢结构、管道支架、容器支座等结构支撑构件，Q245R可用于压力容器的制造。优质碳素钢因为其添加了微量的合金元素，而提高了强度和韧性，主要牌号有：Q295、Q345、Q420、20、20G、L415、L450、L485等，L415、L450为管线钢（对应API标准的X60、X70），Q295、Q345、Q420为高强度结构钢，20G是锅炉用钢[2].
　　    合金高强度钢因加入了合金元素，从而获得特殊性能，如耐热钢、不锈钢、低温钢等。
　　    耐热钢在高温条件下，具有抗氧化性和足够的强度以及良好的耐热性能。合金元素以铬、钼为主，总量一般不超过5%,牌号有12CrMo、12CrMoV、15CrMo等，主要用于蒸汽管线，锅炉钢管等；不锈钢的耐蚀性随含碳量的增加而降低，大多数不锈钢的含碳量均较低，最大不超过1.2%.主要合金元素是Cr（铬），一般含量至少为10.5%,具有耐蚀性，还有一定的耐热性。主要牌号有：06Cr19Ni10、06Cr19Ni11Ti,主要用途为耐酸管线、耐酸容器等；低温钢在0℃以下温度范围使用，仍具有良好韧性而不会发生冷脆现象。在LNG液化厂、LNG接受站等LNG工程中，低温压力容器、阀门、钢管在低温（-165~-196℃）下仍能保持足够的强度，广泛采用9Ni低温钢进行制造。
　　    3 焊接材料基本知识及选取
　　    常用焊接材料分为手工焊条、埋弧焊焊丝、二氧化碳保护焊焊丝、氩弧焊焊丝等。由于焊接行业与国际的接轨，焊条标准也已采用与国际标准相同的牌号，而由于焊条生产商一直沿用根据旧焊条生产国家标准制定的厂标和工业生产的焊条使用习惯，所以旧标准的焊条牌号沿用至今，按照焊条使用条件可以分为：结构钢焊条（J）、不锈钢焊条（AG）、耐热钢焊条（R）、低温钢焊条（W）、铸铁焊条（Z）。
　　    3.1 手工焊条与实心焊丝
　　    焊条是在金属焊芯外将涂料（药皮）均匀、向心地压涂在焊芯上。为了保证焊缝的质量与性能，对焊芯中各金属元素的含量都有严格的规定，特别是对有害杂质（如硫、磷等）的含量，应有严格的限制，并优于母材。

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按照药皮熔化后形成的熔渣氧化物比例K可分为碱性焊条与酸性焊条（K>1.5为碱性，K<1.5为酸性，例如，牌号中J421、J422、J423、J424、J425属于酸性焊条，而J426、J427为碱性低氢焊条。E4303是酸性焊条，E4315是碱性焊条。合金钢焊接选用焊条时，焊条不仅要适合合金钢的用途，还应考虑母材金属材质的主要合金元素，由于焊缝性能不能低于母材，故焊条熔敷金属合金元素含量也不能低于母材合金元素含量。碳钢、低合金钢熔化极气体保护焊、二氧化碳保护焊、氩弧焊焊丝的选用可参照GB/T 8110-2008《气体保护焊用碳钢、低合金钢焊丝》。
　　    3.2 常见焊条型号的含义与应用
　    　E4303--熔敷金属抗拉强度420MPa焊接位置是全位置、药皮类型是钛钙型、交直两用焊接电源的焊条，相当于焊条牌号的J422,应用于一般强度等级的非重要结构焊接，如Q235-AF、20.
　　    E4315--熔敷金属抗拉强度420MPa焊接位置是全位置、药皮类型是低氢钠型、直流反接电源的焊条，相当于焊条牌号的J427,应用于一般强度等级的重要结构焊接，如Q235-D、20G[3].
　　    4 焊接质量控制一般程序与内容
　　    焊接质量控制一般程序与内容包括：线路或工艺管线、设备安装施工方案审查→焊接工艺审核→焊工资格审核：发证机构、有效期、批准项目等→上岗考试→焊前检查：焊材选用与管理、坡口、组对、错边量、预热→焊接过程中检查：电流、电压值、层间温度等→外观检查：余高、错边量、焊缝宽度等→无损检测→焊后热处理和硬度检验（如需要）→下道工序。
　　    4.1 焊工资格审核及管理
　　    应按TSG Z6002-2010《特种设备焊接操作人员考核细则》对批准项目、有效期、焊工方法、钢类别、焊接位置等重要信息对资格进行审核。由于承压类设备及管道的质量安全责任重大，所以正式焊接前应对焊工进行上岗考试。
　　    4.2 焊接工艺评定
　　    利用所拟定的焊接工艺对试件进行焊接，然后通过无损检测和力学性能试验对焊缝进行质量检验。凡符合要求的，评为合格，否则为不合格，必须重新拟定焊接工艺，再次评定。根据焊接工艺评定，制定相应的焊接工艺规程，报送监理、业主同意后，方可用于焊接作业。焊接工艺评定审查内容主要包括：评定机构的资质和人员资格、焊材、工艺参数、前热后热要求、无损检测结果、力学性能试验结果等。
　　    5 建设工程焊接质量控制要点
　　    5.1 焊接工艺
　　    焊材、坡口形式与参数、组对参数（组对间隙、错边量、直线度、垂直度、平面度，站内工艺管线排管还须控制管道间隙偏差、端部偏差、垂直度偏差）、预热、施焊工艺参数（电压/电流值、层间温度）、外观检查（盖面外观成形、错边量、焊缝余高、焊缝宽度、外咬边、焊渣飞溅）、后热及焊后热处理、硬度检验。
　　    5.2 无损检测
　　    无损检测可为不合格焊缝的返修提供依据，对缺陷的产生进行原因分析，在焊接过程中加以控制，以提高焊接质量。石油天然气建设工程常用的无损检测方法有RT、UT、TOLD、AUT/PAUT（长输管道）、PT、MT.无损检测方法的采用与执行标准应遵循设计文件。
　　    6 结语
　　    作为工程建设的管理者，了解、掌握了金属材质、焊接材料、焊接方法与工艺、焊工资格相关规定，再根据设计文件、建设工程相关标准规范、项目管理程序与经验，把握质量控制与管理的关键环节，是达到焊接质量目标的必由之路。
参考文献
[1]陈学武。长输管道焊接方法及其选择[J].油气储运，2000（4）：30-38.
[2]王洪光。适用焊接工艺手册[K].北京：化学工业出版社，2010.
[3]吴树熊。电焊条的选用[M].北京：化学工业出版社，2003.