朱晓臣 郭存杰 杨万里 曹延双 赵恒宇

北京天然气管道有限公司维抢修中心

摘要：为解决长输管道动火连头作业打底焊接封口过程中遇到的气流问题，设计了一种打底焊接平压器，有效减少了气流影响，保障了连头作业进度及焊接质量。

关键词：长输管道；动火连头；打底焊接封口平压器；气流

北京天然气管道有限公司（以下简称北京管道）维抢修中心每年完成换管动火任务30余次、动火连头焊口130余道。为解决打底焊接封口过程中气流干扰，介绍一种可削减气流影响的方法，以提高焊接作业效率，保障焊接质量。

1  打底焊接封口存在问题

换管动火作业打底（根焊）焊接一般采用手工钨极氩弧焊（TIG），作业前长输管道需经放空、氮气置换。裸露管道经太阳暴晒造成管内气体膨胀，置换后低温氮气因缓慢升温（大地温度、太阳暴晒）膨胀，使管线内部压力高于大气压力，导致氩弧焊打底焊接时封口处会有气体流出，削弱氩气对焊接熔池的保护效果，降低焊接速度，还会产生焊接气孔，严重影响焊接质量。一般采取以下削减措施。

（1）囊式封堵术。采用囊式封堵器进行封堵时，打底焊接封口处无气流流出，但由于焊接工艺要求限制了封堵术的使用，有较大的局限性。

（2）静置。静置使管道内气体压力自然下降，待打底焊接封口处不再有气体流出才能进行最后焊接封口作业，需要较长时间等待。

（3）放空。通过放空使管道内气体压力降低，但会有呼吸气发生，需要等待与外界压力慢慢平衡，影响作业速度。

2  打底焊接平压器设计及应用

2.1  打底焊接平压器设计

（1）打底焊接平压器设计。北京管道维抢修中心工匠室根据封口时气流的特点，依据气体力学原理，在管道最后封口处设计加装一个密闭箱体，使箱体与管线外壁严密贴合，形成焊缝的管内和箱内连通，管道与箱体形成气压平衡，达到管道内外压力平衡状态，削减气流的影响[1,2]，抑制焊缝封口处气体流动。同时，箱体上开设焊缝操作窗口，便于开展焊接作业。这一箱体即连头打底焊接平压器的雏形。

后期综合考虑温度、压力等影响气体流动因素，调整打底焊接平压器设计并开展试验，最终结构如图 1所示。

1.操作箱体；2.与管线外壁面相匹配的弧形型面；3.第一操作孔；
4.密封容置孔；5.第二操作孔；6.气压表；7.泄压阀；8.硅胶垫。
图 1 平压器示意图

（2）打底焊接平压器构成。在操作箱体的下端面开设与管道外壁面相匹配的弧形型面，将打底焊接平压器的箱体安装于焊缝打底封口处，弧形型面上布设密封垫[3]，以将操作箱体紧压在管道上，操作箱体上设置封车带，环绕箱体与管道一周，通过拉紧器对箱体施加压力，实现打底焊接平压器箱体的密封， 建立管内腔通过焊道封口处与操作箱体的连通，随着气流流进操作箱体，达成气压平衡，抑制封口焊缝内的气体流动，此时可以开始焊接作业。

为保证焊接人员不影响操作箱体的密封性能，操作箱体开设第一操作孔、第二操作孔及密封容置孔。第一操作孔和第二操作孔分别连接密封手套，从箱体外侧将密封手套伸入箱内，执行焊接操作，并保证过程中箱体内外隔离。密封容置孔内设置焊接设备密封件，箱外侧设置焊枪密封管，用于密封氩弧焊枪或者附属线缆等。第一操作孔箱体外侧和第二操作孔箱体外侧分别设置过渡管，密封手套尾部通过环箍固定在过渡管上，稳定固定，可在高密封条件下顺利实现焊接操作。为准确把握焊接时机和便于拆卸，操作箱体上设置了气压表和泄压阀。

（3）存在问题及解决办法。试验前期，使用空压机给管道短节充气，打底焊接平压器与管道接触处密封良好，能实现压力平衡不再产生气流[1]。由于空压机输出气体压力接近0.6 MPa，高于氩弧焊把的输出气体压力0.2 MPa，经过打底焊接平压器罩体的压力和管道内压力都能达到0.6 MPa，有效减缓了封口处气流影响，打底焊接顺利进行，焊接成型良好。  

试验后期，考虑到现场环境，管内压力仅略高于大气压，在空压机上再安装一只泄压阀，使其输出气体压力低于0.1 MPa，由于氩弧焊把的输出气体压力高于空压机给管道内施加的压力[2]，焊接时液态熔池塌陷形成焊瘤。解决方案是在罩体上安装压力表与泄压阀，通过阀门开合释放一部分压力，调节罩体内的压力略高于管道内压力，实现正常焊接。

2.2  打底焊接平压器应用

在某Φ1016 mm×22 mm管道焊接封口时，使用打底焊接平压器，5分钟内封口处内外气压平衡，不再有气流流出，打底焊接顺利完成，使用效果良好。 但一个打底焊接平压器无法满足全口径管线使用，需要制作不同曲率的打底焊接平压器，根据管径选择使用。

3  结语

北京管道维抢修中心工匠室设计制作的管线连头打底焊接平压器，气压平衡建立速度快，相对于现有自然冷却解决方案，有效减缓了打底焊接封口时的气流影响，缩短了整体焊接操作时间，极大地提升了焊接效率和焊接质量。

参考文献：

[1]宋战兵.扩散—热和气体动力学不稳定性对管道中预混火焰形状的影响[J].天然气工业，2004，24(004)：97-100.

[2]张永明，黄书涛.环境压力对焊缝组织和性能的影响[J].电焊机，2016(09)：54-59.

[3]刘杰.粘接和密封材料在石油化工机械中的应用[J]. 中国科技博览，2014(29)：24-25.

作者简介：朱晓臣，1988年生，北京天然气管道有限公司维抢修中心焊工，现主要从事天然气管道维抢修工作。联系方式：18635693275，499424769@qq.com。