大口徑長輸管道
冬季焊接施工技術與措施
作者：李國明付新鋒王元劉耀坤賀妮娜
建設工程處七公司
2023年12月15日
作者：李國明付新鋒王元劉耀坤賀妮娜
（工作單位：建設工程處七公司，聯絡**150********）
【摘要】本文以西氣東輸二線冬季焊接施工的具體技術與措施為基礎，以理論知識為支撐和依據，同時結合以往大口徑長輸管道冬季焊接施工的經驗，總結出適合大口徑長輸管道冬季焊接施工的技術與措施。
【關健詞】冬季施工焊接技術
1 引言
正在進行的西二線西段的建設，西二線東段的即將開工、西三線西四線的規劃設計、以及中哈中俄管線的啟動建設，標識著我國長輸管道建設第四次高峰的到來，這些工程所用鋼級高，建設周期短，任務緊，為了加快管道建設的步伐，大口徑高鋼級的長輸管線冬季焊接施工在以後的管道建設中勢在必行。
本文以西氣東輸二線冬季焊接施工所採取的技術與措施為主，同時總結以往在陝京二線靖榆段輸氣管線、西氣東輸淮武支線、西部管道**、成品油管線、蘭銀輸氣管道工程以及蘭鄭長成品管線冬季施工的經驗，為以後的大口徑管線冬季焊接施工提供經驗。
2 冬季焊接施工的可行性
對於長輸管線而言，施工主要以焊接為主，然而焊接受環境變化的影響很敏感，因而長輸管道冬季施工可行性主要考慮焊接施工的可行性。
2.1 標準規定
目前各個冬季施工的標準各不相同，不同的國家、地區對於冬季施工都有不同的規定，下表為不同標準對冬季施工的不同定義。
表1 不同的規範對冬季施工的定義
從以上的國外國內，以及行業、企業標準的規定來看，規範中只規定了禁止施焊時限制條件或如果繼續焊接應採取的防護措施，而沒有禁止低溫下的焊接施工。結合相關的標準，管道建設對於冬季施工的日期規定為：當室外日平均氣溫連續5天穩定低於5℃即進入冬期施工，當室外日平均氣溫連續5天穩定高於5℃即解除冬期施工[1]。
2.2 工程建設經驗
表2 國內外冬季施工過的管道工程
從國內外的管道工程施工經驗來看，在施工人員能夠忍受的低溫環境下施工，採取適當預熱溫度、層間保溫與焊後緩冷措施可以保證施工質量。
3 冬季焊接施工技術與措施
焊接各工序之間的銜接需要一定時間，而在冬季施工時，低溫或有風的情況下，焊接過程中熱量散失快，造成焊縫容易產生延遲冷裂紋、氣孔等缺陷，尤其是冷裂紋，給管道施工質量帶來重大隱患。冷裂紋一般是在焊接冷卻過程中，在馬氏體開始轉變溫度ms點附近或更低溫度區間逐漸產生的，多發生在100℃以下，冷裂紋可以在焊後立即出現，也經常要經過一般時間出現，冷裂紋往往具有延遲裂紋的特徵。冬季焊接施工中，主要預防冷裂紋的產生，而冷裂紋主要有三大產生因素：
氫、淬硬組織和應力。具體的關係如下圖1所示：
圖1 冷裂紋的影響因素與預防途徑
從圖1所示，西氣東輸二線的冬季施工中主要從以下幾個方面來控制焊接質量：
3.1加設防風保溫棚
為了減緩冬季低溫環境熱量的散失，在焊接流水上每個層位加防風保溫棚。防風保溫棚是在防風棚結構的基礎上，在防風棚外裹附一層毛氈，毛氈具有隔熱、保溫作用。
同時為了防止雨雪對毛氈的侵濕而起不到保溫的作用，在毛氈外貼附一層防水雨布，起到防雨雪的作用，同時也達到整潔美觀的效果。在此改造的基礎上，在防風保溫棚的底板上鋪蓋熟膠皮起防潮密封作用，改造後的防風保溫棚營造出乙個適合焊接的小環境，達到保溫、防風、防寒的效果。
圖2 西氣東輸二線現場使用的防風保溫棚
焊接各層位加設防風棚保溫棚後，行動速度較慢，要注意移動裝置的載重及保養維護，可將裝置狀態相對良好的焊接車設定在靠前位置，防止移動裝置一旦損壞，餘下層位施工停滯的現象，否則要超壓占地，增加成本，影響生態環境。
3.2 焊接溫度控制
西氣東輸二線管道工程支線焊接工藝x70鋼焊接工藝規程，冬季焊接施工與正常焊接施工的區別和差異如下表所示：
表2 冬季焊接施工與正常施工的區別之處
因此，冬季焊接施工主要控制以下幾個環節：
3.2.1 焊前預熱
預熱有較好的去氫效果，預熱溫度較高時明顯減少了殘留於熔敷金屬中擴散氫的含量，同時還可以降低焊後冷卻速度來改善組織和應力分布，以防止冷裂紋的產生。西氣東輸二線冬季施工時，由正常根焊預熱擴大到每層位焊接前均採取焊前預熱，根焊採用中頻預熱為主，以環形火焰預熱為輔。根焊預熱時，派專人將兩根感應電纜纏繞在管口上，每根纏繞5圈，之間的間隔為15mm－20mm，纏繞完成後，接好安全扣，通電進行感應加熱，邊加熱邊用紅外線測溫儀均勻測量管口溫度，預熱溫度達到140℃左右時，停止加熱，去掉中頻加熱電纜，立即進行根焊，在根焊時隨時監控管口溫度，焊接上部時隨時用火焰加熱管口下半部，焊接下部時用火焰加熱管口上半部保證預熱溫度。
根焊完成後，用電伴熱帶進行層間溫度控制與保溫。
圖3 現場用中頻加熱器
圖4 現場用環形火焰器加熱
3.2.2層間溫度控制
熱焊、填充、蓋面焊的層間溫度保溫措施採用電伴熱帶進行。根焊完成後，將電伴熱帶安裝在焊縫兩側50mm處，通電加熱，溫度調節控制為85℃，焊接時，電伴熱帶繼續加熱，保證層間溫度的均勻性。
圖5 現場用電伴熱帶進行層間保溫
3.2.3焊後保溫與緩冷
焊後保溫和緩冷主要影響冷卻速度，冷卻速度的改變主要影響過冷奧氏體的轉變溫度，隨著冷卻速度的增加，過冷奧氏體的轉變溫度降低，導致淬硬組織的形成，以致增加冷裂紋的敏感性。
在西二線冬季施工中，蓋面焊完成後，將電伴熱帶去掉用於熱焊位置層間保溫，迴圈使用。蓋面完成後不清理焊縫表面上的藥皮，先用保溫被固定在焊口部位再向前移動防風保溫棚，保溫被綁紮前必須烘乾和乾燥，派專人進行收集烘乾和綁紮保溫被，至到焊口溫度降低到環境溫度後，再拆除保溫被。保溫被拆除後，再清除焊縫表面的藥皮和飛濺。
保溫被厚度均勻，捆紮緊密，保溫效果良好。冬季施工時每個焊接機組配置10條保溫被，機組質檢員隨時檢查保溫被，發現損壞時及時更換新的保溫被，以保證焊後保溫緩冷效果。
圖6 焊後的焊口緩冷與保溫
3.2.4焊口返修
冬季施工焊口返修時，預熱溫度不得低於150℃，全壁厚返修時，進行整口預熱，預熱採用環形火焰加熱器，加熱寬度為坡口兩側各100mm；非全壁厚返修，利用烤把加熱，加熱寬度為坡口兩側各100mm 且均勻加熱，加熱長度為返修區上下500mm 範圍內加熱。預熱後進行打磨找出缺陷，缺陷找到後再進行一次預熱達到溫度要求後，再進行補焊，焊接時嚴格執行返修焊接工藝規程。焊口返修完成後，立即用保溫被綁紮在焊縫表面上，綁紮緊密，留用足夠的保溫時間，當焊縫的溫度降至10℃或以下時，方可撤除保溫被。
3.3防風措施
冬季施工時，在防風棚內焊接時，可能導致保護氣失效的主要原因為來自管內的穿堂風，穿堂風產生的原因是管線始端有堵板焊死，當根焊後的填充、蓋面焊時，管內的空氣會因高溫加熱而膨脹，產生一定壓力的氣流向施焊前進方向流動，而從根焊時的組對間隙中逸出並產生較大風速的氣流，導致根焊時（尤其收口時）產生氣孔。對於以上在對口器後附加乙個彈性密封堵板，將根焊接頭與後面的氣流隔離，保證根焊部分管內空氣為靜止的。或者在管口處支撐一把遮陽傘，這樣既擋住了外面風進入管內，也使管內的熱空氣可以從管口散出，達到了有效預防目的。
4 結束語
大口徑長輸管道建設的第二次高峰已經來臨，冬季施工已經不可避免，在西氣東輸二線的冬季焊接施工中，採取了以上的技術和措施，保證了焊接質量，焊接一次合格率始終保持在99％以上，但在冬季施工中，除了焊接施工外，如防腐補口、管溝開挖與回填、地貌恢復，場站混凝土澆注等方面還需要積極的探索與研究。
作者簡介：
李國明，畢業院校:西安石油大學材料加工工程專業，碩士學位，2023年7月出生，籍貫:甘肅慶陽，工作單位:長慶建工七分公司，聯絡**:150********.
付新鋒，畢業院校：西安石油大學油氣儲運專業，學士學位，2023年12月出生，籍貫:陝西渭南，工作單位:長慶建工七分公司，聯絡**:150********。
王元，畢業院校：西安石油大學材料成型與控制專業，學士學位，2023年8月出生，籍貫:陝西臨潼，工作單位:長慶建工七分公司，聯絡**:150********。
劉耀坤，畢業院校：中國石油大學（華東）材料成型與控制專業，學士學位，2023年10月出生，籍貫:山西臨汾，工作單位:長慶建工七分公司，聯絡**:137********。
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