壓力管道焊接 2011年壓力管道檢驗師培訓(xùn)課件

1、壓力管道焊接,上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院顧福明 工學(xué)博士教授級高工,國家高級安全評價師,AWS焊接檢驗師,國際焊接工程師電話:13524522468 EMAIL:gufuming1000@126.com,,內(nèi)容,1、國內(nèi)外壓力管道的發(fā)展過程2、壓力管道用鋼及制管3、壓力管道焊接施工4、焊接應(yīng)力和變形5、焊接工藝評定6、焊接質(zhì)量控制7、管道的在線焊接及修復(fù),,管道,與公路、水道、鐵路以及航空運輸相

2、比，管道運輸成本最低。系統(tǒng)化 網(wǎng)絡(luò)化人類離不開管道 人體內(nèi)的管道和容器、生活、交流,1、國內(nèi)外壓力管道的發(fā)展過程,1.1 國外壓力管道的發(fā)展歷史1.2 我國早期的輸油管道和輸氣管道1.3 我國已經(jīng)建成和將要建設(shè)的管道工程,1.1 國外壓力管道的發(fā)展歷史,1865年在美國賓夕法尼亞州建立了第一條輸油管道，直徑50mm，全長9km，材質(zhì)是絲扣連接的鑄鐵管。1874年該州又建立了一條直徑100mm，長度96km的管

3、道，開始了與鐵路的競爭。在第一次世界大戰(zhàn)前，機械接頭也由焊接取代。第二次世界大戰(zhàn)期間，美國政府資助建立了一條直徑630mm，全長2240km的成品油管道。美國1977年建成投產(chǎn)的橫貫阿拉斯加的原油管道，全長1276.8km，管徑1220mm，是世界上第一條進入北極地區(qū)的原油管道，其中615km采用高架鋪設(shè)。,原蘇聯(lián)1964年建設(shè)的第一條“友誼”輸油管道，第一次采用1020mm管徑的鋼管，全長5500km。1977年又修建了第二條“友

4、誼”輸油管道，全長4412km，管徑1220mm。 1983年烏連戈伊-波馬雷-烏連戈羅德干線投入使用，這條管道第一次把蘇聯(lián)的天然氣送到了西歐。該管道長達(dá)4450km，直徑1420mm，工作壓力7.5MPa。經(jīng)過水域、河流、森林、永凍土區(qū)，施工難度，管徑，里程，泵站數(shù)量，輸量均堪稱世界之最。這條管道充分顯示了原蘇聯(lián)在管道設(shè)計和建造方面的實力。在西伯利亞、北極區(qū)的管道鋪設(shè)得益于閃光對焊技術(shù)的應(yīng)用。,1983年投產(chǎn)的沙特阿拉伯的東西原油管

5、道，引起各國注意。這條管道自東向西橫貫沙特阿拉伯中部地區(qū)，全長1202km，管徑1220mm，穿越了浩瀚的沙漠地區(qū)。隨著英國北海油田的開發(fā)，興建了一批海洋原油管道，總長度達(dá)4000余公里，在深100多米的海底鋪設(shè)。 這些管道的成功建設(shè)，標(biāo)志著管道已可以通過極為復(fù)雜的地質(zhì)、地理條件與氣候惡劣的地區(qū)。,1.2 我國早期的輸油管道,我國的第一條長輸管道是1957年建設(shè)的克拉瑪依到獨山子的輸油管道，管徑150mm，全長147km。1965

6、年勝利油田開始建設(shè)由東營至辛店煉油廠的輸油管道，管徑426mm，全長約80km，是我國第一次在鹽堿腐蝕地帶建設(shè)的原油管道。1970年8月3日，國家批準(zhǔn)在東北地區(qū)興建著名的“八三管道工程”，干線全長593km，管徑720mm。,解放后鋪設(shè)的第一條輸氣管道，是1958年建成的四川省永川黃瓜山氣田至永川化工廠的原料天然氣管道，全長20km，管徑159mm。隨著四川天然氣工業(yè)的迅速發(fā)展，從1963年至1984年陸續(xù)建設(shè)形成了四川地區(qū)輸氣干、支

7、線延展總長度達(dá)3525km，可與54個氣田相連接，承擔(dān)著向川、滇、黔3省13個地區(qū)600多個用戶的供氣任務(wù)。70年代后，隨著油田天然氣的開發(fā)，大慶、遼河、華北、勝利、大港、中原等油田，都相應(yīng)建成了一批向城市供氣的長距離輸氣管道。,我國早期的輸氣管道,西氣東輸工程，近3900公里。澀寧蘭輸氣管道工程，全長950公里。忠縣至武漢輸氣管道工程，全長760公里。邯鄲至石家莊至涿州輸氣管道工程，全長362公里。陜京輸氣工程復(fù)線，全長近9

8、00公里濟寧聯(lián)絡(luò)線，全長1000多公里,1.3 我國近幾年建設(shè)和將要建設(shè)的輸氣管道,2 壓力管道用鋼及制管,2.1 鋼材的力學(xué)性能2.2 管線鋼的發(fā)展歷史2.3 管線鋼按組織分類2.4 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中鋼號的含義2.5 管道工業(yè)的發(fā)展方向2.6 焊管的生產(chǎn)2.7 西氣東輸工程用鋼管情況2.8 壓力管道用其它鋼管,2.1 鋼材的力學(xué)性能,鋼材在一定的溫度條件和外力作用下抵抗變形和斷裂的能力，稱為力學(xué)性能。常規(guī)力學(xué)性能，如強度、

9、塑性、硬度和韌性等。高溫性能，如抗蠕變性能、持久強度、瞬時強度和熱疲勞性等。低溫性能，如低溫沖擊韌性、脆性轉(zhuǎn)變溫度等。,常規(guī)力學(xué)性能指標(biāo),屈服強度：σs N/mm2或KN/mm2抗拉強度：σb N/mm2或KN/mm2延伸率：δ5或δ10 %斷面收縮率：φ %硬度：HB HR HV HL沖擊韌性：ak J,2.2 管線鋼的發(fā)展歷史,C、Mn、Si型普通碳素鋼 早期的管線鋼一直采用C、

10、Mn、Si型的普通碳素鋼，在冶金上側(cè)重于性能，對化學(xué)成分沒有嚴(yán)格的規(guī)定，鋼的屈服強度一般為295～360MPa。,低合金高強鋼（HSLA） 自60年代開始，隨著輸油、氣管道輸送壓力和管徑的增大，開始采用低合金高強鋼（HSLA），主要以熱軋及正火狀態(tài)供貨。這類鋼的化學(xué)成分：C≤0.2%，合金元素≤3～5%。,API 5L X56、X60、X65微合金控軋鋼 隨著管線鋼的進一步發(fā)展，到60年代末70年代初，美國石油組織

11、在API 5LX和API 5LS標(biāo)準(zhǔn)中提出了微合金控軋鋼X56、X60、X65三種鋼，屈服強度提高到392～457MPa。這種鋼突破了傳統(tǒng)鋼的觀念，碳含量為0.1-0.14%，在鋼中加入≤0.2%的Nb、V、Ti等合金元素，并通過控軋工藝使鋼的力學(xué)性能得到顯著改善。,多元微合金化控軋控冷鋼 到1973年和1985年，API標(biāo)準(zhǔn)又相繼增加了X70（屈服強度達(dá)482MPa）和X80鋼，而后又開發(fā)了X100管線鋼，碳含量降到0.01

12、-0.04%，碳當(dāng)量相應(yīng)地降到0.35以下，屈服強度達(dá)551.2～689MPa，真正出現(xiàn)了現(xiàn)代意義上的多元微合金化控軋控冷鋼。,2.3 管線鋼按組織分類,鐵素體—珠光體鋼：基本成分是C-Mn，采用熱軋正火生產(chǎn)工藝。少珠光體鋼：基本成分是Mn-Nb、Mn-V、Mn-Nb-V等。為微合金控軋鋼，通過晶粒細(xì)化和Nb、V第二相的沉淀強化可獲得較好的強韌配合。針狀鐵素體鋼：典型成分為C-Mn-Nb-Mo。通過微合金化和控制軋制，綜合利用晶粒細(xì)

13、化、微合金化元素的析出相和位錯亞結(jié)構(gòu)的強化效應(yīng)來提高屈服強度和沖擊韌性。,超低碳貝氏體鋼：典型成分為Mn-Nb-Mo-B-Ti。在保證優(yōu)良的低溫韌性和焊接性的前提下，通過適當(dāng)提高合金元素的含量和進一步控軋與控冷工藝顯著提高屈服強度（700-800MPa）。代表鋼種X80鋼。低碳索氏體鋼是未來管線鋼的發(fā)展方向，具有更高的強韌性，通過淬火+回火的熱處理工藝形成低碳索氏體，以滿足厚壁、高強度和足夠韌性的綜合要求。,2.4 API 5L標(biāo)準(zhǔn)中

14、鋼號的含義,美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)API Spec 5L《管線管規(guī)范》 X70：強度等級為70,000磅/平方英寸 A、B、X,GB9711.2標(biāo)準(zhǔn)中鋼號的含義,石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件 第2部分：B級鋼管GB9711與ISO3183等效采用。 L485：屈服強度等級為485MPa。 L360NB,A:相當(dāng)于API 5L（1）規(guī)定的基本的質(zhì)量要求。B:不同于基本質(zhì)量要求或除基本質(zhì)量要求之外

15、的其他要求，如韌性、無損檢測方面的內(nèi)容。C:某些特殊用途，對鋼管的質(zhì)量和試驗有著非常嚴(yán)格的要求。,N:交貨狀態(tài)為形變正火狀態(tài)。即最終形變在一定溫度范圍內(nèi)完成，使材料狀態(tài)與正火處理后的性能相當(dāng)。即使再經(jīng)正火處理，力學(xué)性能的規(guī)定值保持不變。M:交貨狀態(tài)為形變熱處理。即最終形變在一定溫度范圍內(nèi)完成，使材料具有單獨采用熱處理無法達(dá)到或重復(fù)的某些性能。若隨后加熱至580℃以上會降低強度值。Q:交貨狀態(tài)為淬火加回火。即先奧氏體化，然后進行冷卻

16、，得到馬氏體或貝氏體，再進行一次或多次加熱、保溫，適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以達(dá)到規(guī)定的性能。,GB9711與API 5L（1）部分鋼級對照表,2.5 管道工業(yè)的發(fā)展方向,在一定條件下提高輸送壓力。擴大管道直徑可以增加經(jīng)濟效益。在保證可焊性和沖擊韌性的前提下，管材的強度有了很大提高。 長距離－大動脈,目前國外建設(shè)的一些大口徑管道多采用高強鋼，如阿拉斯加輸油、輸氣管道，北海油田的輸油管道均采用X65級鋼。原蘇聯(lián)及加拿大的輸氣管道均采用

17、X70級鋼。我國管線鋼的應(yīng)用和起步較晚，過去已鋪設(shè)的油、氣管線大部分采用Q235和16Mn鋼。“六五”期間，我國開始按照API標(biāo)準(zhǔn)研制X60、X65管線鋼，并成功地與進口鋼管一起用于管線敷設(shè)。90年代初寶鋼、武鋼又相繼開發(fā)了高強高韌性的X70管線鋼，并在西氣東輸工程、陜京二線工程中得到成功應(yīng)用。國外已經(jīng)有X80鋼試驗段。目前應(yīng)用到的最高強度級別為X120,在加拿大北部有2公里試驗段。,2.6 焊管的生產(chǎn),a.螺旋縫埋弧焊（SSAW）

18、b.直縫埋弧焊（LSAW）c.高頻直縫電阻焊（ERW）d.直縫雙面埋弧焊管（UOE）,焊管生產(chǎn)過程,2.7 西氣東輸線路工程用鋼管,西氣東輸管道工程用鋼管為X70等級管線鋼，規(guī)格為Φ1016mm×14.6～26.2mm。 X70管線鋼除了含Nb、V、Ti外，還加入了少量的Ni、Cr、Cu和Mo，其本質(zhì)為針狀鐵素體型的高強、高韌性管線鋼。,西氣東輸工程X70管線鋼化學(xué)成分,西氣東輸工程X70管線鋼力學(xué)性能,2.8 其它

19、鋼材,碳鋼及低合金鋼：20#,16Mn，15MnNbR, A105，Gr.B調(diào)質(zhì)鋼：WHPY70，WHPY65，WHPY60,A694 F65 熱強鋼：16MnR, 12CrMo，P355NH,P460NH低溫鋼：16MnD，16MnDR，15MnNiDR A350 LF2, A333 Gr.6不銹鋼：0Cr18Ni9Ti AISI 316,,3 壓力

20、管道焊接施工,3.1 壓力管道焊接施工的特點和發(fā)展3.2 主要應(yīng)用的焊接工藝和焊接材料3.3 常用的焊接設(shè)備3.4 焊接施工工序,3.1 壓力管道焊接施工的特點,復(fù)雜的氣候條件；不穩(wěn)定的固定條件；全位置的操作條件；焊接工藝的多樣化和適應(yīng)性。,我國鋼質(zhì)管道環(huán)縫焊接技術(shù)經(jīng)歷了幾次大的變革：七十年代采用傳統(tǒng)焊接方法，低氫型焊條手工電弧焊上向焊技術(shù)；八十年代推廣手工電弧焊下向焊技術(shù)，為纖維素焊條和低氫型焊條下向焊；九十年代應(yīng)用自保護

21、藥芯焊絲半自動焊技術(shù)；今天開始全面推廣全位置機械化焊接技術(shù)。,壓力管道焊接施工的發(fā)展,焊條電弧焊上向焊（手工焊）焊條電弧焊下向焊（手工焊）自保護藥芯焊絲電弧焊下向焊（半自動焊）熔化極氣體保護電弧焊下向焊 （半自動焊、機械化焊接）自動化焊接,3.2 主要應(yīng)用的焊接工藝和焊接材料,這種焊接方法是我國20世紀(jì)70年代以前管道焊接施工中采用的傳統(tǒng)的方法（即低氫型焊條上向焊技術(shù)）。目前，這種焊接方法主要用于返修焊接、連頭焊接，站場焊接

22、以及特殊地段、特殊焊縫的焊接。 這種焊接工藝方法使用的焊接材料主要為國產(chǎn)的低氫型焊條，如E5015，E5016等。,上向焊,下向焊焊條電弧焊下向焊是八十年代從美歐引進的焊接技術(shù)，其特點為采用薄層、多道、快速焊的方法完成操作，合格率高，特別適合于大機組流水作業(yè)主要使用的焊接材料為纖維素型和低氫型下向焊條。目前壓力管道建設(shè)中，下向焊工藝使用的焊條主要依靠進口。如奧地利BOHLER，美國LINCOLN等。國內(nèi)對于纖維素型焊

23、條的開發(fā)工作已經(jīng)有了很大的進展，初步具備了現(xiàn)場應(yīng)用的條件。如洛陽725所，四川大西洋等的產(chǎn)品。而低氫型下向焊條基本上還是空白。,E6010纖維素型焊條電弧吹力大，操作性能好，特別適合于單面焊雙面成型的根部焊接，是目前管道焊接施工中主要的根焊方法。低氫型焊條下向填充、蓋面焊接技術(shù)操作靈活，適應(yīng)性好。但對于大口徑、厚壁鋼管來說，勞動強度大，焊接效率低，另外對焊工的操作水平要求較高，目前只應(yīng)用在部分連頭焊接和返修焊接中。,下向焊,1.全纖維

24、素型焊條下向焊 對于條件如區(qū)域性的長輸管道建設(shè)工程及一些水網(wǎng)地帶，自動或半自動焊接機具和設(shè)備因環(huán)境限制，不易進入的地區(qū)等情況多采用這種方法。同時，此法對焊機有一些要求：具有陡降外特性；外拖推力電流起作用時其數(shù)值要足夠大；要適當(dāng)提高靜特性曲線外拖拐點。,2.混合型下向焊技術(shù) 這項技術(shù)是指在長輸管道的現(xiàn)場組焊時，采用纖維素型焊條根焊和熱焊，填充和蓋面焊則采用低氫型焊條下向焊技術(shù)。此法主要用于鋼管級別較高的管道，如我國建設(shè)的陜京輸氣

25、管道。由于長輸管道沿線環(huán)境條件惡劣，要求焊接接頭具有較好的低溫沖擊韌性，通常的纖維素型焊接工藝難以達(dá)到高質(zhì)量要求，而低氫型焊條的抗冷裂性和沖擊韌性較纖維素型焊條要好，因此，在盡可能提高效率的同時，為了保證根焊的質(zhì)量、減少難度以及確保焊接接頭的力學(xué)性能，應(yīng)選用混合型下向焊工藝。 3.復(fù)合型下向焊技術(shù) 復(fù)合型下向焊是指根焊道及熱焊道采用下向焊工藝，而填充和蓋面采用上向焊的工藝方法。主要應(yīng)用于焊接壁厚較大的管道和穿越、連頭等焊縫。,下

26、向焊的特點,（1）焊接生產(chǎn)率 下向焊時采用的焊條直徑大，焊接電流比上向焊大1/3～2/3，焊接速度比上向焊要大2～3倍，焊接線能量比上向焊低，而焊縫寬度和余高則比上向焊要小，因此，焊接生產(chǎn)率比上向焊提高30%～50%。（2）焊縫外觀成形 下向焊焊縫余高比上向焊小，焊趾處母材與焊道的過渡半徑比上向焊大，因此應(yīng)力集中比上向焊小。（3）焊縫缺陷由于下向焊焊道層的厚度比上向焊薄，所以下向焊焊接產(chǎn)生的缺陷少，一般不易產(chǎn)生尺寸

27、較大的焊接缺陷。,焊條電弧焊的應(yīng)用特點,焊條電弧焊靈活簡便、適應(yīng)性強，同時由于焊條工藝性能的不斷改進，其熔敷效率、力學(xué)性能仍能滿足當(dāng)今管道建設(shè)的需要。焊條電弧焊包括纖維素和低氫焊條的應(yīng)用。其下向焊和上向焊兩種方法的有機結(jié)合及纖維素焊條良好的根焊適應(yīng)性在很多場合下是其它焊接方法所不能代替的。,半自動焊自保護藥芯焊絲半自動焊工藝是90年代初從美國引進的一種下向焊的焊接方法。最早應(yīng)用于庫鄯線管道工程中。經(jīng)蘇丹管道、蘭成渝管道和澀寧蘭管道等

28、工程的應(yīng)用，現(xiàn)已成為管道焊接施工中主要焊接方法。操作靈活，全位置成型好，熔敷效率高，環(huán)境適應(yīng)能力強，焊工易于掌握，是目前管道施工的一種重要的填充、蓋面焊方法。,主要使用的焊接材料為自保護藥芯焊絲。目前主要依靠進口。如美國HOBART、LINCOLN，瑞典ELGA等。國內(nèi)對于自保護藥芯焊絲的開發(fā)工作已經(jīng)有了很大的進展，初步具備了現(xiàn)場應(yīng)用的條件。如天津金橋的產(chǎn)品。,藥芯焊絲焊接,技術(shù)特點焊接質(zhì)量好：相同管徑的鋼管采用半自動焊接頭數(shù)比

29、采用焊條焊的少，所以焊接缺陷也較焊條電弧焊少。手工焊多采用纖維素型焊條，而自保護藥芯焊絲屬于低氫型，因此可降低焊縫中的含氫量。此外，半自動焊的熔深較大，降低了未熔合和夾渣產(chǎn)生的可能性。焊接效率高：藥芯焊絲的焊接屬于連續(xù)焊接，接頭非常少。半自動焊熔敷量大，熔敷率為0.75，熔化速度為纖維素型焊條下向焊的1.5～2倍。此外，焊渣薄，容易脫渣?？傊附泳C合效率為焊條下向焊的2倍。設(shè)備和焊材造價高：用于自保護藥芯焊絲焊接的焊接設(shè)備是焊條下

30、向焊焊接設(shè)備的2～3倍，藥芯焊絲的價格也比下向焊焊條高。綜合成本低：綜合焊接設(shè)備、焊材、焊接效率、熔敷率、焊工數(shù)量以及輔助工裝等因素，自保護藥芯焊絲要比焊條下向焊的施工成本低。,應(yīng)用特點,自保護藥芯焊絲半自動焊主要用來填充和蓋面。其特點為熔敷效率高，全位置成型好，環(huán)境適應(yīng)能力強，焊工易于掌握，是目前管道施工的一種重要焊接工藝方法。一般根焊采用纖維素焊條手工根焊或STT半自動焊根焊。,STT焊接技術(shù)原理和特點 STT（Surfa

31、ce Tension Transfer）是一種以表面張力為熔滴主要過渡力的熔化極氣體保護電弧焊。STT電源具有波形控制功能，可根據(jù)熔滴的不同過渡過程，控制電流和電壓的波形，即焊接電源能自動調(diào)節(jié)焊接電流和電弧電壓，使電弧獲得所需的瞬時熱量，從而確保焊接電弧的穩(wěn)定燃燒和有效地控制焊縫成形。電流及電壓波形如圖：,STT焊接電源電流和電壓波形圖 STT技術(shù)與常規(guī)的CO2氣體保護焊相比，基本消除了焊接時的飛濺，實現(xiàn)了電弧的穩(wěn)定燃燒。STT

32、焊接可以用CO2氣體作保護介質(zhì)，也可以Ar和CO2的混合氣體作為保護介質(zhì)。當(dāng)保護介質(zhì)為CO2時，熔池的流動性和熔透性較好，但焊縫的力學(xué)性能稍差；當(dāng)采用Ar和CO2的混合氣體作為保護介質(zhì)時，熔池的流動性較差，但焊縫的力學(xué)性能好。STT焊接工藝的特點有：電弧燃燒穩(wěn)定，引弧容易，煙塵和噪音小，飛濺很小，焊縫成形好，焊接成本較低，操作容易，抗風(fēng)能力較差，焊接設(shè)備較貴。,熔化極氣體保護電弧焊有利于實現(xiàn)全位置焊接操作，易于進行管道機械化焊接。目前

33、壓力管道焊接施工中應(yīng)用的有半自動焊方法和機械化焊接方法。采用的保護氣體有氬氣、二氧化碳?xì)?，以及氬氣與二氧化碳的混合氣。,主要使用的焊接材料為實心焊絲。目前主要有錦州錦泰JM68、JM58，四川大西洋CHW60C、CHW50C8。國外的產(chǎn)品有美國LINCOLN、奧地利BOHLER、法國SAF、日本神鋼等的AWS A5.28 ER80S-G系列和AWS A5.18 ER70S-G、 ER70S-6系列。,機械化焊接方法的應(yīng)用特點,熔化極氣

34、體保護焊時對焊接區(qū)保護簡單、方便，焊接區(qū)便于觀察，生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)全位置焊，易于實現(xiàn)機械化和自動化焊接，因而在長輸管道焊接中被廣泛采用為自動化焊接方法。機械化程度高；焊接效率高，勞動強度低。焊接過程穩(wěn)定，焊接質(zhì)量好。適合于平坦地段的大機組、流水作業(yè)，在惡劣的環(huán)境條件下尤其具有潛力。,管道自動焊技術(shù)（1）管道自動焊概念 一般來說，用自動焊接裝置完成全部焊接操作的焊接方法稱為自動焊，因此，用管道自動焊接裝置完成全部管道

35、焊接操作的焊接方法稱為管道自動焊。管道自動焊是由電源、焊接小車和控制系統(tǒng)三大部分組成。焊接電源向電弧提高所需的能量；焊接小車的作用是焊絲的送進、送氣、焊槍的擺動和焊槍的移動等；控制系統(tǒng)的作用是將焊接電源和焊接小車結(jié)合起來，按設(shè)定的程序和參數(shù)控制焊接小車。（2）管道自動焊的分類 管道自動焊的分類方法很多，如按焊接方法、保護氣體種類、焊絲種類、電源種類、焊槍數(shù)量、焊接方向以及焊接位置等都可分類，這里主要對后兩種做一說明。按焊接方向

36、可分為：轉(zhuǎn)動管道自動焊、上向管道自動焊和下向管道自動焊；按焊接位置分為：管道自動內(nèi)焊和管道自動外焊。（3）管道自動焊的特點優(yōu)點：電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫成形好，焊接接頭少，焊接缺陷少，層間清理方便，焊縫力學(xué)性能好，焊接效率高，操作簡單，勞動強度低，有害煙塵少，焊接成本較低。缺點：抗風(fēng)能力差，焊接設(shè)備投入成本高，設(shè)備復(fù)雜維護保養(yǎng)和修理復(fù)雜，對管口質(zhì)量要求高，適用性較手工電弧焊差。,西氣東輸線路工程用焊材情況,3.3 常用的焊接設(shè)備,纖維素

37、型焊條焊接，在小電流時易出現(xiàn)斷弧、粘條、電弧不穩(wěn)等問題。因此纖維素焊條下向焊對焊機靜特性的要求主要體現(xiàn)在：①要求靜特性曲線自然特性段至少達(dá)到50V以上。②外拖電流數(shù)值要足夠大，防止發(fā)生熔池邊界不清及焊條與鐵水粘連熄弧現(xiàn)象。③適當(dāng)提高靜特性曲線的外拖拐點（15-20A），同時希望外拖曲線以斜率可調(diào)線性變化，保證熔滴小顆粒過渡，減少飛濺。④提高小電流（60-90A）焊接時的穩(wěn)定性。低氫型焊條對弧焊設(shè)備的要求較低，一般的直流弧焊設(shè)備即可滿足

38、要求。,自保護藥芯焊絲半自動焊時，要求焊接電源與送絲機具有良好的匹配特性，保證焊接過程穩(wěn)定，飛濺率低。目前較多使用的是美國LINCOLN公司的DC-400匹配LN-23P送絲機。熔化極氣體保護焊設(shè)備有國內(nèi)和國外設(shè)備供選擇。,焊接工藝評定,,管端坡口加工,3.4 焊接施工工序,,管口組對,,,預(yù)熱,根焊,,熱焊、填充蓋面,,無損檢測,,填寫施工檢查記錄,3.4.1 準(zhǔn)備工作,清理管口 施工人員熟悉本工序的施工作業(yè)指導(dǎo)書 合格

39、焊工方能上崗 檢查設(shè)備，確認(rèn)材料 管子級配,,3.4.2 對口組裝,一般地段采用溝上組焊，組對管口端部應(yīng)設(shè)置穩(wěn)固的支撐。除連頭和彎管處，管道組裝應(yīng)采用內(nèi)對口器；坡地較長地段采用溝下組裝；組對時要求的項目： 1、焊后錯邊量； 2、對口間隙。,,,3.4.3 預(yù)熱,預(yù)熱溫度 預(yù)熱寬度：壁厚的4倍，且不小于150mm寬 預(yù)熱方法：火焰加熱，感應(yīng)加熱 測溫方法：測溫筆，表面溫度計等 若管口污染，應(yīng)清除

40、污染后重新預(yù)熱 預(yù)熱完畢應(yīng)立即施焊，保證焊接所需的溫度,3.4.4 施工檢查記錄,焊前檢查： 材料檢驗，包括管道組成件和管道支承件，焊接 材料驗收、儲存和保管，保護氣體等。 組對檢查，包括主要結(jié)構(gòu)尺寸、坡口尺寸、坡口表面質(zhì)量等。 施焊環(huán)境及預(yù)熱。,焊接中間檢驗 定位焊縫檢查，包括數(shù)量、長度、高度、形狀等。 焊接熱輸入量檢查，包括焊接電流、焊接電壓、焊接速度

41、、送絲速度、保護氣體流量、擺動寬度等。 層間質(zhì)量檢查，包括層數(shù)、道數(shù)、厚度、清理以及層間無損檢測等。,焊后檢驗 外觀檢查，包括焊縫寬度、焊縫高度、咬邊、表面未熔合、表面未焊透、氣孔、夾渣等。 無損檢測。 壓力及密封性試驗。 破壞性試驗。,,3.4.5 無損檢測,壓力管道常用的無損檢測方法為：射線探傷RT爬行器超聲波探傷UT滲透探傷PT,4 焊接應(yīng)力和變形,4

42、.1 壓力管道中焊接應(yīng)力和變形的產(chǎn)生4.2焊接殘余應(yīng)力和變形的預(yù)防措施,4.1 壓力管道中焊接應(yīng)力和變形的產(chǎn)生,焊接時由于熱過程，以及焊件本身厚度、剛度和組對等拘束條件的影響，在焊件內(nèi)部產(chǎn)生焊接應(yīng)力。管子或容器的環(huán)焊縫，在結(jié)構(gòu)中是對稱布置的，焊接順序也是對稱的，故一般產(chǎn)生直線變形，即橫向和縱向縮短，以及圓周長度的縮短。,4.2 焊接殘余應(yīng)力和變形的預(yù)防措施,采用合理的焊接順序嚴(yán)禁強力組裝預(yù)留出保證焊縫自由收縮的余量整體預(yù)熱法

43、錘擊焊縫法壓力試驗法,,5 焊接工藝評定,5.1 參考標(biāo)準(zhǔn)5.2 術(shù)語5.3 焊接工藝評定的目的及要求5.4 焊接工藝評定規(guī)則5.5 焊接工藝評定的程序5.6 評定報告,5.1 參考標(biāo)準(zhǔn),美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn) API 1104(19版)鋼質(zhì)管道焊接及驗收 SY/T 4103-95輸油輸氣管道線路工程施工與驗收規(guī)范 SY/T 0401-98石油天然氣金屬管道焊接工藝評定 SY 0452-200

44、2焊接和釬焊評定 ASME Ⅸ卷 液態(tài)烴和其他液體管線輸送系統(tǒng) ASME B31.4輸氣和配氣管道系統(tǒng) ASME B31.8,5.2 術(shù)語,焊接工藝指導(dǎo)書 根據(jù)工程設(shè)計要求和工程經(jīng)驗編制的用于焊接工藝評定的指導(dǎo)性文件。焊接工藝評定 工程焊接之前對焊接工藝進行的鑒定性試驗。焊接工藝規(guī)程 根據(jù)評定合格的焊接工藝編制的用于工程施工的焊接技術(shù)規(guī)定和程序。,自動化焊接：在焊接過程中焊絲自動送進，焊接小

45、車自動行走，工件自動移動。機械化焊接：在焊接過程中焊絲自動送進，焊接小車自動行走，人工操作工件的移動。半自動焊：在焊接過程中焊絲自動送進，人工操作電弧沿焊縫的行走和工件的移動。手工焊：在焊接過程完全由人工操作完成。,根焊：第一層焊道。熱焊：根焊完成后立即進行的第二層焊道。填充焊：根焊、熱焊后，蓋面焊道前的焊道。立填焊：下向焊時，在立焊位置補填的焊道。蓋面焊：最外面的一層成型焊道。多道焊：同一層中焊接一道以上的焊道。,,缺

46、欠:焊縫的不連續(xù)性、不完整性。缺陷:達(dá)到拒絕驗收標(biāo)準(zhǔn)的缺欠。修補:對表面非裂紋缺陷進行的修復(fù)。返修：對不符合無損檢測要求的焊縫缺陷進行的 修復(fù)焊接。,5.3 焊接工藝評定目的,焊接工藝評定是以金屬材料的焊接性為基礎(chǔ)，并在工程焊接前完成的。應(yīng)制定詳細(xì)的焊接工藝指導(dǎo)書，并對此焊接工藝進行評定，以驗證用此工藝能否得到具有合格力學(xué)性能的完好焊接接頭。焊接工藝評定過程中應(yīng)采用破壞性試驗檢驗焊接接頭的質(zhì)量和性能。評定合格的焊接工藝是編制焊

47、接工藝規(guī)程的重要依據(jù)。工程施工中必須遵守焊接工藝規(guī)程。,6 焊接質(zhì)量控制,6.1 焊接施工過程的控制環(huán)節(jié)6.2 焊接工藝6.3 合格焊工6.4 焊接材料6.5 無損檢測,6.1 焊接施工過程的控制環(huán)節(jié),焊接環(huán)境,當(dāng)環(huán)境溫度低于5°C時，應(yīng)采取焊后保溫措施，防止焊道急驟降溫大氣相對濕度大于90%時，應(yīng)采取必要的防護措施采用低氫型焊條電弧焊時風(fēng)速大于5米/秒，采用纖維素型焊條或自保護藥芯焊絲電弧焊時風(fēng)速大于8米/秒，氣

48、保護電弧焊時風(fēng)速大于2米/秒應(yīng)采取必要的防風(fēng)措施,焊前準(zhǔn)備,管端坡口： 管端坡口應(yīng)均勻光滑，尺寸符合焊接工藝規(guī)程的要求。 管端坡口的加工一般是在管廠機加工預(yù)制的。 在機械化焊接施工現(xiàn)場需采用管端坡口整形機進行加工。 在連頭、返修等特殊情況下可采用火焰切割或等離子切割加工，但必須用動力砂輪將坡口修磨均勻、光滑。,焊口清理： 被焊接表面應(yīng)均勻、光滑，不得有起鱗、磨損、鐵銹、渣垢

49、、油脂、油漆和其他影響焊接質(zhì)量的有害物質(zhì)。管內(nèi)外表面坡口兩側(cè)25mm范圍內(nèi)應(yīng)清理至顯現(xiàn)金屬光澤。,焊接設(shè)備： 焊接設(shè)備應(yīng)能滿足焊接工藝要求，具有良好的工作狀態(tài)、準(zhǔn)確的量值顯示和安全性。 焊接設(shè)備啟動前，應(yīng)檢查設(shè)備、指示儀表、開關(guān)位置和電源極性。在正式焊接前，應(yīng)在試板上進行焊接規(guī)范調(diào)試。,,鋼管支撐： 正在施焊的鋼管必須處于穩(wěn)定的狀態(tài)。管子支座應(yīng)具有一定的剛性。 管道上嚴(yán)禁焊接附屬物，如跨越

50、段的欄桿、管道支座、跨越結(jié)構(gòu)的吊點、錨固法蘭等。陰極引出線的焊接按設(shè)計方案進行。,焊接地線連接： 焊接地線應(yīng)盡量靠近焊接區(qū)，宜用卡具將地線與被焊管牢固接觸，嚴(yán)禁產(chǎn)生電弧灼傷母材。,管口組對,優(yōu)先采用內(nèi)對口器組對。在無法采用內(nèi)對口器時，可用外對口器。兩相鄰管的制管焊縫在對口處應(yīng)相互錯開，距離不小于100mm。接頭坡口角度、鈍邊、根部間隙、對口錯邊應(yīng)符合焊接工藝規(guī)程的要求。溝上焊接作業(yè)空間高度應(yīng)大于400mm；管溝內(nèi)

51、焊接工作坑應(yīng)保證焊工操作方便和安全。,預(yù)熱,對焊接工藝規(guī)程中要求預(yù)熱的管口，宜采用環(huán)形火焰加熱或中頻感應(yīng)加熱的方法進行，預(yù)熱后應(yīng)清除表面污垢。預(yù)熱寬度以坡口兩側(cè)各大于50mm為宜。應(yīng)采用測溫儀在距管口50mm處的圓周上均勻測量預(yù)熱溫度，保證預(yù)熱溫度均勻。,焊接過程,現(xiàn)場焊接時，接頭形式、焊接層數(shù)、焊道順序、焊接工藝參數(shù)、預(yù)熱、層間溫度及焊后熱處理等應(yīng)按照批準(zhǔn)的焊接工藝規(guī)程執(zhí)行。對于焊接工藝參數(shù)的控制應(yīng)根據(jù)具體的焊接方法控制關(guān)鍵參數(shù)。管

52、子焊接時，應(yīng)采取有效的措施防止管內(nèi)產(chǎn)生穿堂風(fēng)。相鄰焊道的起弧或收弧處應(yīng)相互錯開30mm以上。嚴(yán)禁在坡口以外的管表面上起弧。焊接前每個引弧點和接頭必須修磨。施焊時必須保證道間溫度。,焊接時，焊條或焊絲不宜擺動過大，對較寬焊道宜采用多道焊方法。當(dāng)日不能完成的焊口必須完成50%鋼管壁厚且不少于3層的焊道。未完成的焊口應(yīng)采用干燥、防水、隔熱的材料覆蓋好。次日焊接前，應(yīng)預(yù)熱至焊接工藝規(guī)程要求的溫度。焊口完成后，必須將接頭表面的熔渣、飛濺物

53、等清除干凈。焊接過程中發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)立即修補。,對口器撤離,使用內(nèi)對口器時，只有根焊道全部完成后方可撤離。若根部焊道承受鋪設(shè)應(yīng)力比正常情況高，且有可能發(fā)生裂紋的情況下，需完成熱焊道后才能撤離內(nèi)對口器。使用外對口器時，必須保證根焊道均勻?qū)ΨQ完成60%以上才能撤離。對口支撐或吊具則應(yīng)在根焊道全部完成后方可撤除。,6.2 焊接工藝,依據(jù)焊接工藝評定報告編制焊接工藝規(guī)程，用于指導(dǎo)焊接施工過程。焊接工藝規(guī)程應(yīng)詳細(xì)規(guī)定焊接程序、工藝參數(shù)、施工措施和

54、環(huán)境要求等。,6.3 合格焊工,焊工資格： 依據(jù)TSG Z6002-2010特種設(shè)備焊接作業(yè)人員考核細(xì)則，通過了基本知識和操作技能考試，有能力擔(dān)任壓力管道中相應(yīng)位置的焊接工作的焊工。,上崗培訓(xùn)與考試： 具有了相應(yīng)焊工資格后，還需經(jīng)過上崗培訓(xùn)和考試，目的是檢驗焊工能否使用經(jīng)過評定合格的焊接工藝規(guī)程焊接出合格的焊接接頭。經(jīng)過上崗培訓(xùn)與上崗考試的焊工，稱為合格焊工。,6.4 焊接材料,驗收： 焊接材料的驗

55、收應(yīng)執(zhí)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。 1）資料檢查 檢查隨貨提供的焊接材料質(zhì)量證明書。 2）外觀檢查 焊接材料外觀必須符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。 3）焊材復(fù)驗 焊接材料的力學(xué)性能、化學(xué)成分等必須符合相應(yīng)的規(guī)定。,儲存及運輸： 焊接材料的儲存及運輸應(yīng)遵循產(chǎn)品說明書的要求。焊接材料使用前嚴(yán)禁受潮、雨水、雪霜及油類等有害物質(zhì)的侵蝕，應(yīng)在干燥、通風(fēng)的室內(nèi)存放，室內(nèi)相對濕度小于60%。焊接材料應(yīng)分類堆放。

56、在保管和搬運時，應(yīng)避免損壞焊接材料及其包裝，包裝開啟后，應(yīng)保護其不致變質(zhì)。凡有損壞或變質(zhì)跡象的焊接材料不應(yīng)使用。保存保護氣體的容器應(yīng)遠(yuǎn)離高溫環(huán)境。,使用：每天按用量領(lǐng)取焊材，盡量避免焊材剩余。使用前，按照產(chǎn)品說明書的規(guī)定烘干焊材。當(dāng)使用說明書不明確時，宜參照下列規(guī)定：纖維素型下向焊條一般不需要烘干，但在包裝不好或受潮的情況下可以烘干到70℃～80℃，不得超過100℃，恒溫時間為0.5h～1h。焊絲不能烘干。烘干的低氫、超低氫型

57、焊條，應(yīng)存入保溫筒內(nèi)，隨用隨取。當(dāng)天未用完的焊條應(yīng)回收存放。低氫型焊條重新烘干次數(shù)不得超過兩次。,6.5 無損檢測,焊縫表面的無損檢測 檢驗方法、檢驗數(shù)量及質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計文件和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。,焊縫內(nèi)部的無損檢測 檢驗方法、檢驗數(shù)量及質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計文件和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 主要標(biāo)準(zhǔn)： GB3323 鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級 GB11345 鋼焊縫手工超聲波探傷方

58、法和探傷結(jié)果分級 SY/T 4065石油天然氣鋼質(zhì)管道對接焊縫超聲波探傷及質(zhì)量分級 SY 4056 石油天然氣鋼質(zhì)管道對接焊縫射線照相及質(zhì)量分級,,7.1、壓力管道的在線焊接主要有兩個難點：1）在線焊接過程中的局部高溫，會使材料局部失去其強度，從而在內(nèi)壓作用下發(fā)生燒穿或爆破；2）管道內(nèi)流動的介質(zhì)會帶走大量的熱量，加速了焊縫的冷卻，從而增加了焊縫熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋的可能性，為帶壓開孔裝備的安全可靠性帶來隱患。

59、美國石油學(xué)會（API）在1999年版的API 1104中增加了關(guān)于在線焊接的內(nèi)容，,7 管道的在線焊接及修復(fù),燒穿燒穿的發(fā)生取決于壁厚、熔深、操作壓力和介質(zhì)流速等因素的綜合影響。SY/T6554-2003和API RP2201-1995，提出當(dāng)管道或設(shè)備的厚度大于12.8mm時，燒穿不是在線焊接的主要問題，此時介質(zhì)流動對焊接的冷卻及燒穿的影響可以不計；而當(dāng)厚度小于12.8mm時，則應(yīng)注意控制熱量輸入以防止燒穿。,氫致裂紋減少氫致

60、裂紋產(chǎn)生的方法（1）使用低氫型焊條；（2）采用足夠的熱輸入，克服由于流動介質(zhì)的影響；（3）焊接時預(yù)熱；（4）采用合理的焊道順序；（5）合理的裝配以減少焊縫根部的應(yīng)力集中。,7.2 管道缺陷的修復(fù)技術(shù)1):換管 換管都是成本最高的修復(fù)方案 2):堆焊或補焊堆焊或者補焊修復(fù)管道缺陷,焊接作業(yè)是存在風(fēng)險的，包括：管壁燒穿、爆裂的風(fēng)險，氫脆，極易造成焊道下裂紋。焊接修復(fù)之前，需要評估這些風(fēng)險因素。ASME標(biāo)準(zhǔn)對堆焊或補焊修復(fù)

61、技術(shù)的應(yīng)用限制作了明確說明：ASME B31.4（危險液體管道）用于NPS12或更低等級，用于API42或更低等級；修復(fù)缺陷的長度不能超過150mm，ASME B31.8（天然氣管道）修復(fù)缺陷的長度不能超過,3)焊接螺母對于許多管線，這種方法不能推薦使用。4)套管修復(fù)該方法特別適合對管線發(fā)生腐蝕減薄的局部區(qū)域進行加固，防患于未然。當(dāng)管線發(fā)生腐蝕穿孔，而穿孔或裂紋不大、且管內(nèi)壓力較低時，可先將腐蝕孔或裂紋封堵，然后采用套管修復(fù)。,5

62、)機械卡箍在選擇卡箍之前必須考慮螺旋焊縫與卡箍接觸部位的處理，確?？ü颗c管體緊密接觸。6)安裝支管焊接修復(fù),7)環(huán)氧套筒對于較長的缺陷，環(huán)氧套筒是一種有效的修復(fù)選擇。同樣，環(huán)氧套筒的施工也需要動用大型的機具，修復(fù)后等待固化的時間也比較長。8)ClockSpring復(fù)合修復(fù)套筒ClockSpring復(fù)合修復(fù)套筒是近幾年在世界上應(yīng)用較多的修復(fù)技術(shù)。這種套筒由美國天然氣技術(shù)協(xié)會組織開發(fā)，并進行了長期可靠性測試。1998年美國運輸部批