长输管道组装焊接

1 导言

目前在世界上，长输管道施工管口焊接发展出许多种焊接方法，主要的有向上焊、下向焊、手工半自动焊、气体保护焊、全自动焊、挤压电阻焊等。在我国值得推广采用的应是下向焊和手工半自动焊，它可以与先进的管子内对口器、吊管机等设备相配合，使长输管道施工可以实现机械化流水作业法施工；它与气体保护焊、全自动焊、挤压电阻焊相比，具有使用辅助设备少、故障率低的优点。只要搞好焊工培训(一般需1年周期)，其焊接速度和综合效益与后几种焊接方法相比更高，可靠性更强。目前我国几个大型长输石油管道施工专业化公司已完全掌握了下向焊和手工半自动焊这两种方法，其中一个40人的机械化流水作业线平均每天可以组焊直径610mm的管线600m(约有50个接头)，已达到了国外先进工业化国家的组焊水准。

建立野外焊管基地，把每根管子焊成约24m的“二联管”，其焊接方法有手工焊，手工打底根焊随后各焊道采用埋弧焊一次成形以及全焊道埋孤焊和电阻焊等形式。对口方法是管子支架上采用外对器或内对器。其组焊作业的自动化程度由低到高，目前在国外有很多种形式。二联管的优点是管子可以转动，焊接始终处在平焊位置上，容易保证焊接质量；由于在工棚内做组焊，作业不受天气影响；可以减少工地现场焊接和防腐补口的工作量。只要是地形条件较平缓应尽量采

用“二联管”施工工艺。我国中石油管道二公司在新疆轮—库输油管线施工中较成功的实现了二联管施工工艺，共投入人员14人，一台日本产埋弧焊角焊机，二台硅整流电焊机，一台吊车，虽然是很简易的二联管作业线，但焊接二联管达60多公里，取得了较好的经济效益。

要提高管线的组装焊接速度和质量，必须采用流水作业施工工艺，其焊接接头可以采用薄层多焊道，每层焊道厚度一般不大于1.5mm，保证焊接缺陷不大于1mm。根据管直径，每层焊道可以采用2～4名焊工同时施焊，实现了一个管子接头在10分钟之内完成的速度。这样可以充分的发挥吊管机和其它设备的利用率从而达到提高工效的目的。流水作业线的关键环节是对口和根焊，应培训和投入最优秀的工人。对口作业应不少于2台吊管机且分别布置在管子的两侧(其优点在第5章已详细提到)。

在管子对口工序中，我国现有规范规定，对口时对管口不准进行任何形式的锤击修口，这条规定给采用内对口器对口管子带来很大困难，降低了管子对口速度。美国1994年版APl标准规定，“在管子对口根焊开始后不准对管口进行校正”。据此，在根焊施焊前对管子局部错口用紫铜平锤接触管子进行间接锤击校正是可行的，对管口不会造成伤痕和冷工硬化。在新疆库—鄯输油管线采用了此方法并取得了较好效果。

关于焊口清根，美国APl标准规定每层焊道的溶渣和飞溅物不宜用砂轮打磨，而应使用电动钢丝刷清除，只是要求两名焊工完成的焊

缝开始段用砂轮磨去接头处15～ 20mm以防有未焊透缺陷。对根焊焊道如果用砂轮过度打磨产生高温后急剧冷却会出现根焊道裂纹。

管道干线用的钢管其材质按APl5L标准有X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70等，但不论管线选用何种钢号都应按规范做焊接工艺评定，并椐此认真培训焊工；考试合格后上岗，从而保证焊口质量。

管道施工机械设备正常是保证施工速度和质量的关键因素，应组织流动性专业化的供燃料油和设备维护保养队伍。这样可以提高工效，降低成本。

2 施工篇

工序流程图如下：

9.2.1准备工作

1)检查上道工序管口清理的质量。

2)检查施工作业带是否平整，顺畅。

3)保证所有设备的完好性。若对口器是由529mm改装的，必须保证对口器的中心与管子中心重合。气源的工作压力应大于。

4)每位焊工必须持有本工程的焊接考试合格证，由监理确认后；方能上岗。

5)施工人员应熟悉本工序的施工作业指导书。

6)电焊条的储存和运输应按照厂家的要求执行，规格型号必须符合设计要求。

9.2.2 对口组装

1)除连死口和弯头处，管道组装应采用内对口器。

2)对口前应再次核对钢管类型、壁厚及坡口质量，必须与现场使用要求相符合。

3)对口时使用的吊管机数量不宜少于2台。起吊管子的尼龙吊带宽度应大于100mm，且尼龙吊带应放置在活动管已划好的中心线处进行吊装。

4)管口组装要求：

(1)焊后错边量要求≤1.6mm，为防止焊接变形，错口超标，管口组装时应控制错边量≤1.0mm。

(2)对口后，在根焊施焊前，若存在大于 1.0mm、长度在240mm

内的局部错口，可用下图所示方法矫正。但根焊开始后，不得对管口进行任何校正。

图

(3)对口间隙为±0.4mm，用间隙样板或螺丝刀控制。

5)一般地段均采用沟上组装，组对的管口端部应设置稳固的支撑。见下图：

图

6)特殊地段的管道组装

(1)当在纵向坡角大于15°或横向坡角大于10°的坡地进行组装时，应对管子和施工机具采取锚固或牵引等措施，以防止发生位移。

(2)当纵向坡角小于20°时，钢管组装应自上而下进行；当大于或等于20°时，可在坡顶将管组焊完毕，再吊运或牵引就位；当坡地较长时应采用沟下组装，自下而上进行。

(3)当横向坡角大于18°时，应采取沟下组装的方法。

(4)水平转角大于5°的弹性弯曲管段，在沟上组装时，应在曲线的末端留断。

7)旁站监理应监督此工序的全部过程。

9.2.3 预热

X65管材属于高强钢，焊前必须预热以消除内应力。

1)预热温度：100℃一120℃，实际操作时应高于该值20℃～30℃，以保证施焊所需温度。

预热宽度：坡口两侧各大于75mm；

测温方法：测温笔或表面温度计；

预热方法：应保证管口加热均匀。常用的方法有火焰加热、中频感应加热等。

2)预热后若管口污染，应清除污染后重新预热。

3)预热完毕应立即施焊，以保证焊接所需温度。

9.2.4 焊接

应根据工程焊接工艺评定制定如下具体条例。(下面1至2)条的规定是新疆库鄯输油管线工程的具体要求，供读者参考)。

本工程管线焊接采用两种方法：手工电弧下向焊(管线长度约375km)和手工焊打底、填充盖帽采用“林肯”半自动焊(管线长度约100km)。

1)手工电弧下向焊接工艺

(1)焊接材料准备

①本工程中使用E7010S、E8010S两种牌号，Ф、Ф、Ф三种规格的电焊条。

②电焊条若包装不严或受潮时，应烘烤至70℃～80℃，但不能超过100℃。

(2)焊接设备

使用直流焊机，采用下降或恒电流外拖的外特性。

(3)接头设计

①接头型式。

②焊接层数、道数和焊接顺序。

表

注：括号内的数字为层中道数。

(4)焊接规范

表

注：括号内数字表示施工单位可根据实际情况选择焊条直径。

2)手工焊打底、“林肯”半自动焊接工艺

(1)焊接材料

电焊条采用5P+、Ф4.0mm；

药芯焊丝采用NR-207、Ф2.0mm。

(2)焊接设备

使用直流焊机，采用下降和平特性，送丝机使用LN-23P。

(3)接头设计

①接头型式：见8.1.4.3。

②焊接层数、道数和焊接顺序

表

注：填充、盖帽焊可采用Ф1.7mm的焊丝，填充应根据壁厚不同选层数，但要求每层熔敷厚度应≤2.0mm。

(4)焊接规范

表

3)技术要求

(1)全位置下向焊接应遵循薄层多遍焊焊道的原则，层间必须用砂轮或电动钢丝刷清除熔渣和飞溅物，外观检查后方可焊下一层焊道。

(2)焊机地线应尽量靠近焊接区，应用卡具将地线与管表面接触牢固，避免产生电弧。

(3)严禁在坡口以外管表面引弧。

(4)每相邻两层焊道接头不得重叠，应错开20～30mm。

(5)层间温度应大于100℃，根焊完成后应尽快进行下一焊道焊接。

(6)若使用内对口器，则根焊完成100%方可撤离；若使用外对口器，则根焊完成50%时才能撤离。

(7)焊接过程中，发现缺陷应立即清理修补。盖帽焊完成后，应迅速检查焊缝质量，若缺陷超标，应趁焊口温度未降，及时修补。

(8)手工焊过程中，应避免焊条横向摆动过宽。对壁厚11.1mm的管子宜采用排焊，其焊接顺序如图。

(9)每处修补长度应大于50mm，相邻两修补处的距离小于50mm 时，则按一处缺陷进行修补，每处缺陷允许修补二次。各焊道的累计修补长度不得大于管周长的30%。

4)施焊环境要求

当不具备下述条件时，如无防护措施应停止焊接作业：

(1)雨天、雪天；

(2)风速超过8m/s；

(3)相对湿度超过90%。

5)施工组织

(1)管道下向焊宜采用流水作业，每层焊道由两名焊工同时对称施焊，施焊顺序如图。

注：表示焊接工序和清理工序；填充焊焊道数见8.4.1.3和中

的表格。

(2)当天施工结束时，不得留有未焊完的焊口。对已组焊完毕的管段，每天收工前或工休超过2小时管口应做临时活动封堵。预留沟下连头的管口应将盲板点焊封堵。

9.2.5 焊后保温

当环境温度低于5℃时，应采取焊后保温措施，防止焊道急骤降温。

1)焊后先不打掉药皮，这样可起到焊道缓冷，待焊道冷却后再敲掉药皮，把焊道清理干净。

2)焊道完成后立即采取保温缓冷措施，保温材料可用毛毡和2m ×1m×50mm的石棉被。具体作法：用喷灯烘烤石棉至80℃以上，然后立即将完成的焊口趁热裹上并盖上毛毡，用橡皮带捆紧。保温时间至少在半小时以上。如图。

1—管段；2—石棉被；3—毛毡；4—橡皮带；5—焊口

图

9.2.6 填写施工检查记录

表组装焊接施工检查记录

9.2.7 下道工序

组装焊接完毕后，即转入“质量检查与返修”工序。

9.2.8 施工安全规定

1)对口安全规定

(1)钢管应摆放在距已定形的管沟边不小于1mm的距离，防止管沟塌方伤人和损坏设备。

(2)使用内对口器对口时，与之相配套的设备、压风机设备和吊管机必须在上线前检修合格，使用操作灵活。在使用时应按操作规程作业。

(3)对口前要认真检查对口使用的设备是否完好，对口时要设专人指挥，不准用手指点管口以免伤害手指。

(4)在施工中如采用垫土墩或垫麻包带装稻壳垫高管线时，垫高必须坚实牢固，防止管道滚动伤人。不准用冻土、石块垫管子。

(5)进入管内检查焊口时，必须使用拴绳的小车，带通信和照明工具，外部由专人监护，随时联系，防止中署和晕倒。

2)吊管机作业的安全要求

(1)吊管机工作时，非操作人员不得在吊管机上；吊管时吊杆下面不得有人。

(2)作业时必须注意上、下、左、右的设施及障碍物，避免发生事故。

(3)必须将变速杆置于空档，才准启动发动机。

(4)作业前应检查确认吊杆操作机构是否灵活可靠。钢丝绳磨损

超过规定值时应及时更新。

(5)工作时各仪表显示应正常，否则应停车维修。

(6)吊管机为液压系统，不得拖拉启动。

(7)发动机运转时不得断开断路开关。

(8)当吊杆抬升到最高位置时，安全锁定应能立即动作，自动打开

绞车的动力输出离合

器。

3)空压机作业安全规定

(1)安放时基础应牢固。

(2)气压表、安全阀、压力调节器等应良好可靠，年检有效，加压调节器压力不得超过其额定压力，每次使用前应试验一次。

(3)气压超高引起安全阀动作排气时，应关停发动机以便泄压。

(4)禁止用汽油、煤油洗刷压缩机曲轴箱、滤清器或其它管路零件，以免引起爆炸。

(5)储气罐放水开关每4小时或收工前应放水。

(6)储气罐内必须保持清洁，每月应清理一次油质、杂物，每年应作一次水压试验，试验压力为工作压力倍。

(7)高压气输出管必须经倍工作压力的试压，才可使用，管路不允许有急弯段。

(8)储气罐放在遮阳光、风的位置，并严禁在其5m内进行电气焊和明火作业。

(9)在给气前应通知操作人员。

(10)加油时必须注意防火。

(11)停止用气后，应及时通知停机；停机时应先降低负荷再停车。

4)千斤顶作业安全规程

(1)作业前确认千斤顶的额定顶力是否足够，足够时才能使用。

(2)千斤顶应垂直使用，坐稳坐实，人体任何部位不得进入危险区。

(3)顶升时必须随时补垫以防止突然塌落，回落时应缓慢并逐次撤垫，以防失控。

5)手拉葫芦作业安全规程

(1)作业前应检查手拉葫芦的额定起重量和三角架的负荷能力是否足够，足够时才能使用。

(2)三角架支腿偏、瘪、裂、弯曲时严禁使用。

(3)三角架支腿与地面夹角不宜小于60°，三角腿底应支在坚实地面上并垫实。

(4)葫芦悬挂应正确规范，不应有蹩、扭、歪现象。在升降过程中，人体任何部分不应进入重物下面。

(5)吊管机作业安全要求见8.8.2条。

6)焊接安全规程

(1)电焊机一次接线应由电工操作，二次接线可由电焊工来接。电焊机应完好，罩盖、壳、仪表等不得缺损。

(2)电焊机壳应接地或接零。

(3)二次接线焊接电揽的绝缘保持良好。焊机空载电压较高时，

因焊工大量出汗或衣服潮湿以及在潮湿地点作业，应在操作地点用绝缘垫板与管子进行隔离绝缘。

(4)防护用工作服、帽、面罩、鞋盖、手套等应干燥，面罩不漏光，钮扣要扣齐，脚盖应捆在裤筒里，上衣不应束在裤腰里，以免接存飞溅的焊渣。

(5)在焊接作业点周围5m内不应有易燃易爆物品。

(6)地面或沟中作业时，应先检查管子垫墩、沟壁是否有松动、塌方的可能，必要时应采取措施以保安全。

(7)在工作地点移动焊机，更换保险丝，检修焊机，改接二次线必须切断电源。推拉闸刀开关时，必须戴绝缘手套。同时头部要偏斜，以防止弧光灼伤人。移动把线时，任何人不得在其首尾相接的危险圈内，防止把线受力后伤人。

(8)手提式照明灯下的电压不得超过36V，在金属容器或管道内以及潮湿场所电压不得超过12V。

(9)夏季作业区气温超过35℃时，应视为高温作业，要采取降温防暑措施。

(10)停止作业时应随即断电，焊钳应放在安全地方，严禁短路或接地、接零。

(11)有人发生触电时，应立即切断电源，或用绝缘体使之脱离电源，必要时进行人工呼吸抢救。

3 监理篇

9.3.1 检查内容

1)管口状态；

2)组装质量；

3)焊工操作证；

4)焊接工艺评定书；

5)焊接工序。

9.3.2 检查标准

1)管口已按清理要求清理达标。

2)对口时吊装钢管必须使用吊管的专用尼龙吊带，不得采用其它吊带，尤其严禁使用钢丝绳吊装钢管。

3)钢管组对必须采用对口器操作，严禁只用螺丝刀对口。

4)组对间隙。

5)错边量≤1.0mm。

6)相邻环缝间距大于倍管外径。

7)螺旋焊缝或直缝错开间隙应大于100mm

8)对口前不得用大锤直接锤击管口强力矫正。

9)根焊开始后，对错口不得进行任何形式的矫正。

10)参加焊接的所有焊工必须持有焊接合格证书，在焊接工作进

行中必须随身佩戴标志证明。

11)管道焊接时，必须严格按焊接工艺评定指导书的要求进行，各层焊接作业焊工应随时掌握本层的焊接参数，如电流、电压等。

12)焊条在使用前必须进行烘干，烘干温度为70℃～80℃，但最大不能超过100℃，保温时间为～1小时。

13)焊条必须保存在焊条保温筒内，随用随取，焊条在保温筒内贮存时间不得超过10小时。

14)管口环形预热温度不小于100℃，总宽度不小于150mm。测温时注意加热的均匀性，尤其是底部和背部的温度要注意测试。

15)每道焊口必须连续一次焊完，两相邻焊层起点位置应错开20～30mm以上。

16)根焊与热焊层间温度不得低于100℃

17)当环境温度低于5℃时，要采取焊后保温措施。

18)每天工休超过2小时时，焊接完毕的管段管口必须临时封堵。

9.3.3 检查手段

钢尺，焊缝检查尺，目测，风速仪，温度计，湿度计。

4 基本数据与资料

9.4.1 对管子的技术要求

建设干线管道一般采用无缝钢管、电焊直缝钢管、螺旋焊缝钢管和其他特殊结构的钢管。直径在500mm 以下的钢管用脱氧和半脱氧碳素钢制造，直径在1020mm 以下的钢管用脱氧和半脱氧低合金钢制造，直径在1420mm 以下的钢管用热处理硬化或热机械硬化低合金钢制造。

制管的钢材应具有下列屈服极限与瞬时抗张强度比σγ/σβ；对于碳素钢则应不大于；对于低合金正火钢不大于；对于淀析硬化钢和热处理硬化钢不大于，对于包括贝氏体结构钢在内的控扎钢不大于。管材短试件(标距为直径5倍的试件)的延伸率δ5，对于瞬时抗张强度σB 达的钢材不应小于20%；对于瞬时抗张强度σB 达的钢材不应小于18%；对于瞬时抗张强度σB 达及以上的钢材不应小于16%。

制造直径不超过426mm 的热轧无缝钢管和焊接钢管，主要采用一般强度的碳素钢；而直径超过530mm(含530mm)的焊接钢管则采用高强度低合金钢管。

管材对于电弧焊应具有良好的可焊性。钢中含碳量对可焊性影响最大。其他元素对可焊性也有影晌，但影响程度较小，且不尽相同。为了评价可焊牲，需要确定碳当量Ca 。

低合金钢的碳当量与供货时的金属状况(热轧钢、正火钢或热处理硬化钢)无关，其计算公式是：

()B Ni

Cu Ti Nb V Mo Cr Mn C Ca 1515

6+++++++++=∑

式中的C 、Mn 、Cr 、Mo 、V 、Nb 、Ti 、Cu 、Ni 和B 是这种钢中化

学元素碳、锰、铬、钼、钒、铌、钛、铜、镍和硼的含量(占质量的

百分比)。

在许多情况下，油气管道用的钢管按外国标准，主要是美国石油学会的API标准供货。

干线管道用的钢管主要按API5L标准供货。钢管按每平方英寸磅数(Psi)除以1000表示的额定屈服极限分级，表示成X42、X46、X52、X56、X60、X65和X70。每一种代号 (比如X56)都代表一种强度，多数钢号以此表示。钢号不同，表明在冶炼方法、轧制工艺和化学成分等方面存在差异。将代号的数字乘以就可以换算成国际单位制，例如：X60型钢的()4.8

στ。

03

422

?

=

.7

60MP

=

9.4.2 手工电弧焊焊条的主要性能

焊条的冶金性能和工艺性能由焊芯和药皮的材料决定。按其在焊接过程中与金属的冶金相互作用，药皮分为4种。

碱性焊条。碳酸钙(大理石、白垩、镁石)和氟化钙(茧石、氟精矿)构成焊条药皮的造渣基础。熔融金属由碳酸钙分解的一氧化碳和二氧化碳实施气体保护。熔敷金属用锰铁、硅铁脱氧，有时也用钛铁和铝铁脱氧。这类药皮氧化程度差，在此可在熔融金属中加进对氧有很大亲合力的元素。由于钙的化合物能与硫和磷很好结合，并能将其析入熔渣，因此，大量钙的化合物可保证熔敷金属的高纯度，低温下的高塑性，而添加锰和硅元素则可赋予接头以高强度。熔敷金属中含有微量氧(小于％)和氢～10cm2／100g金属)，老化趋势甚徽，能抗结晶裂纹的形成。碱性焊条可用负极性直流电以全位置焊接各种直径管道环形接头的根部焊层、填充焊层和盖帽焊层。

纤维素型焊条。这类焊条药皮的基础是有机物成分(纤维素，石棉)。有机物在熔化过程中能对熔融金属实施气体保护。造渣添加剂采用金红石、碳酸盐、硅酸铝等。药皮含有熔敷金属脱氧用的锰铁。