厚壁管线焊接工艺的现场实践与应用

2011年，我单位施工的XX储气库注采试验地面工程为XX油田首个储气库前期试验站点，在本次施工中主要施工难点就是厚壁管线的焊接，特别是28mm和30mm厚壁管线的焊接，因此，我单位技术人员配合公司技术科及焊考办在2010年底就开始对管线的焊接工艺进行试验。经过试验确定了厚壁管线的焊接工艺。

1、焊接工艺

1.1、焊接方法

因管线壁厚较大，我们一方面要提高质量，一方面要提高工作效率，因此，我们再前期准备采用手工上向焊、半自动焊以及下向焊等方法。在整个焊接工艺的试验过程中，通过几次试验，同时考虑本次工程厚壁管线焊接工作量较少，我们采用了手工氩电联焊的方法。

1.2、焊材选用

焊材选用遵循匹配原则，本次厚壁管线材质为16Mn化肥用无缝钢管，因此焊条采用H08Mn2SiA，焊条采用E5015焊条。

1.3、试件坡口形式

施工现场我们采用单V坡口，如下图所示：


1.4、焊前清理及预热

焊前清理坡口周围≥20mm范围内的铁锈、油污以及氧化物等杂物。为改善焊缝应力，焊前对焊口进行预热处理，预热温度为100-150℃，现场采用火焰加热。预热范围以焊缝为基准中心，两侧各不小于3倍壁厚，预热因均匀防止局部过热。采用红外线测温仪对焊缝进行测量，以确保达到要求预热温度。

1.5、焊材的使用

焊条在使用前进行350℃,1.5小时的烘干，并存放在焊条保温桶中，随用随取。当天未用完的焊条应回收，重新烘干后使用，重新烘干次数不应超过两次。焊丝表面的油污等杂质应清理干净。

1.6、焊接工艺参数

焊接采用氩弧焊打底，手工上向焊焊接，每层焊道焊完后用砂轮机和钢丝刷清理焊渣后，方可进行下一层焊道焊接，每层焊道间隔不超过10分钟。具体参数见表1。

1.7、焊后保温

焊缝焊接完成后，清除焊渣，用保温被保温缓冷。


焊接工艺参数
2、现场施工实践

2.1 现场焊接人员安排

施工现场根据焊接工艺要求氩弧焊打底1道，手工电弧焊填充7道，盖面1道，打底焊1人完成，填充盖面由2名焊工同时焊接，耗时4个多小时，单个焊口需消耗焊条100根左右，打底焊材采用H08Mn2SiA焊丝，填充和盖面采用E5015焊条。

2.2 施工步骤

本次站外厚壁管线施工步骤如图所示：


施工步骤
2.3 运、布管

由于管线距离较短，全线就近设1个临时集中堆管点，用推土机平整，并堆出四条堆管带，上部放置草袋一层。现场布管时采用吊车和炮车配合进行,布管时采用尼龙吊带进行绑扎固定，将管子沿施工作业方呈锯齿形摆开，每根管子在中间处由高0.5m的草袋装细土堆撑起，首尾衔接，朝向一致，相邻管口错开1-1.5倍管径，均匀分布在施工作业带内。

2.4 管线的组焊作业

管线组焊过程严格按照焊接工艺规定进行，具体工序如下图所示：


焊接及检验工艺流程图
由于到货管材坡口角度与焊接工艺评定要求的坡口角度不符合，我们重新对坡口进行现场加工，我们采用CG2-11型磁力管道切割机，在现场对管线的坡口进行加工试验，通过试验，该型号切割机使用比较简便，且坡口成型好，速度快，因此，我们再后续的连头口的坡口加工中一直使用。（CG2-11型磁力管道切割机参数为：型号：CG2-11；机身尺寸：350×310×180mm ；输入电压：AC220V/50Hz ；切割无缝钢管直径：>108mm ；切割无缝钢管厚度：6-50mm ；切割钢板速度：50-750mm/min ；磁性吸附力：>50kg ；机器总重量：20kg。）


现场坡口加工
组对前应清理管内杂物，不得有石块、沙土等，用电动钢丝刷、锉刀等将管端20mm范围清理干净，使其露出金属光泽，但不得损伤坡口。管口组对坡口尺寸严格按照焊接工艺评定进行。

对口时，采用外对口器对口。点焊后火焰加热焊缝升温至120℃（用红外线测温仪检测）,方可进行焊接作业,在组焊过程中，我们优化机组配置，打底1人，填充时2人从两边同时施焊，盖面1人，使得整道焊口的焊接时间缩短了半小时，极大的提高了工作效率。焊接完成后用保温带覆盖,待其自然冷却至室外温度时,方可拆除保温带。


焊缝填充过程

焊后保温
3、重点控制工序

3.1 坡口角度

在现场施工中，我们严格执行焊接工艺进行，首先对焊缝进行检查，因厂家到货坡口角度过大，直接焊接的话熔敷的金属截面积偏大，对于焊缝的质量有一定的影响，因此，我们再施工前对到货管材的坡口重新进行加工，以确保焊缝质量。

3.2 焊缝组对及焊前预热

焊缝组对时采用外对口器进行组对，对每道焊缝的组对间隙进行测量，以确保间隙在工艺规定范围内。点焊完成后，对焊缝进行预热，由于刚开始焊接时，我们采用一套火焰加热工具进行预热，使得整圈焊缝的预热不均匀，随后立即增加设备，从两面同时进行预热，在预热过程中，我们再达到规定温度的最高值后，进行短时间的保温，使得焊缝两侧温度达到均匀一致，更好的改善焊缝应力。

3.3 组焊过程控制

由于管线壁厚较厚，填充层数多，因此，为提高效率，必须保证焊缝的一次合格率。为此，我们在组焊过程中对每个焊工进行交底，填充的2名焊工，每层焊道焊接完成，用角向砂轮机和钢丝刷清理完焊渣后，方可进行下层焊道的焊接。同时，两名焊工同时施焊时，起弧位置应相互避开，而且下层焊道与上层焊道的起弧位置也应错开。在盖面时，由1名焊工独立完成，确保焊缝外观质量，整个焊接完成，清理表皮焊渣。


焊缝外观
3.4 焊后保温

整条焊缝焊接完成后，用保温被对焊缝进行保温，使其自然降温。通过我们再现场对以上重点工序的控制，使得厚壁管线的焊接质量得到很大提高，整条注采管线以及井场内的厚壁管线共计50道焊口，一次合格率达到98%，得到了业主及各方的肯定。

3.5 焊缝缺陷及分析

在本次施工中，注采管线全线就发生一道返修，为6点钟位置，缺陷融合，出现问题后，我们立即组织焊工对焊口进行打磨，并和检测人员在现场确定缺陷位置，最后找出未融合部位为氩弧焊打底与第一道填充金属间未融合。

因此道焊口为管线穿越处死口，在找出位置后，我们同施焊人员以及检测人员一起分析原因，主要是因为焊接电流过小，同时由于在仰焊位置，焊工焊接速度过快造成。同时，操作空间过小也对此次缺陷有影响。

4、结束语

通过焊培中心以及兄弟单位的努力，我们对厚壁管线的焊接工艺进行多次试验，并且取得了成功。同时，通过我们再现场的实践和应用，更进一步证实了焊接工艺的准确性和实用性，为整个工程的施工提供了依据，为整个工程质量的提高奠定了基础。