唐磊 王晓明

国家管网集团西南管道昆明维抢修分公司

摘要：针对传统钢质B型套筒手工焊接修复效率低、质量不可控、焊工培训周期长等问题，开展了山区管道B型套筒全自动焊修复研究。分析了某山区管道B型套筒全自动焊工艺选择，介绍了典型山区管道B型套筒修复作业实践，并对B型套筒全自动焊工艺应用提出了建议。

关键词：B型套筒；全自动焊；山区管道

钢质B型套筒修复作为一种油气管道永久性修复措施，应用越来越广泛。常规B型套筒采用手工焊接方式，存在焊接工作量大、焊接质量受焊工技术水平影响、焊工培养周期长等缺点。全自动焊技术具有焊接效率高、焊接质量可控性高、焊工熟练掌握周期短等优点[1]，但对焊接坡口要求高、对环境风速湿度敏感、热输入量大、对磁敏感。如何将全自动焊接技术应用于B型套筒的焊接，本文以某山区管道B型套筒全自动焊考虑因素及其工艺选择的应用为例，提出相关建议措施。

1  山区管道B型套筒全自动焊影响因素

全自动焊接系统由焊接电源、混合气体（80%Ar+20%CO2）通过电源适配器给焊接小车供给电源和气体，由焊丝箱直接向焊接小车供给焊丝，焊接小车在轨道上按照程序进行焊接动作，如图 1所示。

图 1 全自动焊接系统示意图

1.1  坡度的影响

山区管道对全自动焊的最大影响是管道坡度会影响熔池。山地管道铺设坡度较其他地区变化更大，可由0°到90°，对于焊接的影响主要是受重力影响，熔敷金属会偏向管道位置低的地方，熔池偏离而造成融合不好，容易导致位置高处坡口未熔合 [2]。

1.2  坡口的影响

全自动焊较手工焊接对坡口的适应性不足，其适宜于机械加工口的焊接，对细小夹缝、打底焊接等不规则位置的适应性较差。钢质B型套筒焊缝有横向对接焊缝及环向角焊缝两种。横向对接焊缝两个坡口面为机械加工口，较为平整，适合全自动焊运用，但是在横向对接焊缝打底处、末端不规则，不适宜全自动焊焊接。环向角焊缝的坡口面及管道外壁均较为平整，适合全自动焊应用，但是在完成垫层焊接后，在管道外壁及钢质B型套筒间，形成细小夹缝，使用全自动焊操作较为困难，容易产生未焊透缺陷。

1.3  环境的影响

环境对全自动焊的影响主要是风、湿度和温度。全自动焊接是一种带轨道的气保护焊接方式，当焊接空间内风速大于2 m/s时，容易出现密集气孔。因环境湿度大，存在的水分容易造成焊缝开裂。

1.4  磁热的影响

管道磁性、焊接热影响全自动焊焊接质量。油气长输管道经常开展漏磁检测，检测完成后管道磁性较强。管道磁性对焊接的影响是通过对熔敷金属磁吸磁排斥作用力从而影响熔敷效果。磁性较强时容易造成层间未熔合缺陷。焊接热对焊缝质量的影响一方面是高温熔敷金属遇到冰冷管道会有脆冷作用影响焊缝金属性能，另一方面是全自动焊输出热较大，焊缝和管道管壁间温度梯度较大，焊缝组织性能区别较大，在焊趾位置容易产生裂纹。

2  山区管道B型套筒全自动焊质量控制措施

2.1  焊接工艺的选择

由于山区管道坡度变化大，单纯的2G（横焊位）、5G（管水平固定）不能满足山区管道的焊接要求。横向对接焊缝采取5G（管水平固定）+6G（45°倾斜）的焊接位置。环向角焊缝采取6G（45°倾斜）的焊接位置。焊工也考虑6G（45°倾斜）气保护自动焊。

B型套筒焊接采用“手工焊接+全自动焊接”模式。在横向角焊缝的根焊、环向角焊缝的封焊位置采取手工焊接方式，其他均采用全自动焊接，既能兼顾质量也能提高焊接效率。同时，在横向对接焊缝末端使用引弧板、打底位置垫设金属垫材，既能防止在管道母材上引弧，也使横焊缝末端焊接在引弧板上，最后割掉，进一步保证焊接质量。

全自动焊接工艺采取气保护药芯焊接形式，保护气采用80%Ar+20%CO2的混合气。

2.2  环境影响的控制

环境控制指标：温度大于或等于5 ℃，湿度小于等于90%RH，风速在手工焊（SMAW）时小于等于5 m/s、自动焊（FCAW）时小于等于2 m/s。在湿度不满足要求或者管道、钢质B型套筒表面有水汽时，需要用火焰或感应加热等方式去除水汽。全自动焊对风敏感，需要搭设防风棚，也需注意防风棚的排风扇位置及功率不会引起强烈气体对流，从而影响焊接。

2.3  磁性消除和热控制

对于管道磁性消除，首先需要关闭管道两侧的阴保桩，然后利用消磁机进行消磁。消磁时，先利用交流模式对管道磁性进行消减，如仍有残余磁场则使用直流方式建立对冲磁场。需要注意沿管道周向的不同方向不同大小的磁场，确保磁场消除到可接受范围，避免因磁偏吹引起焊接产生未熔合等质量问题。

管道的热控制主要是预热、层间温度控制、焊后保温三个方面。横向对接焊缝预热温度大于等于60 ℃、环向角焊缝预热温度大于等于30 ℃，可采用火焰加热、电加热、感应加热的方式，在条件允许的情况下预热温度以大于80 ℃为宜。根据国内专业机构研究表明，焊缝在焊后热保温温度大于600 ℃时焊接残余应力基本降为零，焊后保温温度在250 ℃到350 ℃时焊接残余应力降低较快，根据管道受热后力学状况及目前加热设备条件，有条件的情况下建议焊后保温温度保持在250 ℃到350 ℃之间，保温时间不低于1小时。

3  应用案例

2021年6月，对某山区管道开展钢质B型套筒修复全自动焊作业（图 2）。待修复管道管径1016 mm，材质X80钢，设计压力10 MPa，壁厚为12.8/15.3 mm，管道铺设坡度37°。钢质B型套筒材质Q345R，长度350 mm，厚度36 mm。依据GB/T 28055―2011《钢质管道封堵技术规程》计算带压焊接压力在5.57 MPa以下，不需要降压运行。焊接时运行压力为4.49 MPa。

图 2 山区管道钢质B型套筒修复现场

焊前按照焊评使用火焰进行预热，温度不低于80 ℃。焊后使用中频加热器进行保温，实际测量保温温度为296 ℃，保持2小时关闭中频加热器缓冷至室温。横焊缝、环焊缝根焊均采用双保护（80%Ar+20%CO2）E91T1-M21A6-K2-H2焊丝和Φ4.0 mm、E8045-P2焊条，其中横向对接焊缝根焊及环向角焊缝封焊采用E8045-P2焊条手工电弧焊焊接。现场环境相对湿度低于90%，全自动焊焊接时，焊接位置搭设防风棚，风速小于2 m/s。横向对接焊缝焊接完成后进行磁粉、渗透、超声波探伤，检测结果合格。环向角焊缝焊接完成后进行磁粉、渗透、相控阵检测，检测结果合格。

4  结论

综上所述，在山区管道钢质B型套筒修复作业中，利用“手工+全自动”焊接模式，可以发挥全自动焊的优势，也避免全自动焊的不足。控制焊接温度、湿度、风速等要素，对管道磁性、焊接预热后热等要素进行消减，能发挥全自动焊高效高质的特点。

参考文献：

[1]李新伟，陈利新，孔德胜. 手工根焊+全自动焊施工探索[J]. 焊接技术，2016（09）：156-157.

[2]张亮. 超大口径管道全自动焊缺陷产生原因及预防[J]. 石油技师，2019（04）：51-53.

作者简介：唐磊，1986年生，工程师，西南管道维抢修分公司技术管理科科长，2013年硕士毕业于四川大学化工过程机械专业，现主要从事油气管道维抢修方向的研究工作。联系方式：18087118335， tanglei@pipechina.com。