高酸性输气管道(L360MCS)焊接技术

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高酸性输气管道(L360MCS)焊接技术

尉增强

(中石化石油工程机械有限公司沙市钢管厂，荆州434001 )

摘要：高酸性天然气管道对于管材以及焊缝很容易产生抗湿硫化氢腐蚀、硫化物应力开裂以及电化学腐蚀，因而根据高酸性天然

气特点，需要强化高酸性输气管道的焊接,保证天然气输送安全，对此本文分析了高酸性输气管道(L360MCS)焊接技术，全文从高酸

性气田概述、高酸性输气管道焊接工艺以及高酸性输气管道焊接设备等方面进行分析。

关键词：高酸性输气管道;焊接技术;探究分析

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引言

高酸性天然气特殊的环境条件使得其对输气管道的 施工质量以及输气管道的焊接工艺有了较高的要求，如果 焊缝存在缺陷，则管道在继续使用一段时间后可造成输气 管道的失效，影响到天然气输气的安全性运行，在输气管 道焊接过程中除了采用抗裂管材外，更重要的就是重视焊 接工艺，保证焊接质量。本文主要就高酸性输气管道焊接 技术分析如下：

1高酸性气田概述

国内近年来的高酸性气田数量逐渐增加，比如普光气 田，在这些高酸性气田中，硫化氢的平均含量可以达到 11.95%,而二氧化碳的平均含量可达到5.32%。笔者参与

了某一油田地面集输工程，结合高酸性气田特点，设计的

管径为准508x22.2mm，管道设计压力为11MPa,温度为60

摄L氏MCS度，选用的管材为ISO3183.3 -1999，材质为

360,其中主要的化学成分为C:0.10%;Si:0.45%;M：

1.45%; Sn: 0.002%; V: 0.05%; Nb: 0.05%; Ti: 0.04%。根据上

述设计要求，在实际管道焊接过程中要求较高、焊接工艺

较为复杂，需要保证管道的运输安全性要求[11。22高酸性输气管道(L360MCS)焊接工艺分析.1焊接材料分析本次研究中采用的焊接材料主要有:①根焊焊丝标准 号：AWS A5.18 E70C-6M，牌号为 Metalloy 71准1.2mm;② 热焊焊丝标准号：AWSA5.18E70C-6M，牌号为MeLalloy 71准LB1.2mm;③填充焊条标准号：AWSA5.1E7016,牌号为 AWS-52ARC4.0mm;④盖面焊条标准号，根焊焊丝标准号： 5.18 E7016,牌号为 LB-52RC准4.0mm[21;⑤焊接保 护气体，2气体种类90.0%Ar+C〇2,流量为15-20L/min。2.2管道焊接接头形式、坡□加工

.2.1管道焊接接头形式

管道焊接接头设计形式为V型，坡□的角度为60± 2.5度，坡□间隙为3.0-4.5mm,钝边为0-0.5mm,余高为 0-3.0mm,图1所示即为焊接接头示意图，其中有对应的 破□形式以及尺寸等2[31。

.2.2管道坡□的加工

在管道坡□加工过程中需要注意以下几点：①按照设

计尺寸要求，严格地控制好尺寸预制坡□，在坡□加工方 面不允许使用火焰切割，需要采用机械加工；②使用机械 方法完成管段上的开孔、切割等相关操作。

2.3管□的清理

管道内部存在的各类杂物需要彻底进行清理，彻底清 理完成后要求没有油漆、油污、泥浆等杂物在管段内外 50mm范围内，在防腐层进行清理过程中，如果实施了加热，

则加热的最高温度不宜超过350摄氏度。对于坡□面以及管

□内外侧50mm范围内存在的泥点、水分、铁锈、氧化皮、油

脂等垃圾，可采用钢丝刷或者是角磨机进行充分的处理。要

求管□清理完成后，内部的金属光泽需要充分的暴露。

2.4管道组对

①在组对时，要求两个管□直缝之间应错开，错开距

离不少于100mm;组对同一公称壁厚的管□，要求错开的

区10域不超过1.6mm，同时还需要不超过管壁厚度的 .0%。②在错□校正过程中不允许对管子进行加热，也不 允许使用锤击方法完成[41。③在管道组对的时候需要采用 专用对□机具进行辅助对□，提高组对的顺利性，同时要 求不得产生应力作用。④对□器撤离前，要求管道、根焊、 热焊等相关工作全部完成。仔细检查核对后方可撤去对口 器。⑤管道对接位置不允许出现斜割口。2.5焊□预热处理对焊□预热过程中需要控制好预热温度，温度需要保

持在100-150摄氏度。在整个预热过程中需要采用便携式 远红外测温仪监测预热温度，通常需要保持1h。在加热方 式方面需要采用电加热。

在预热过程中还需要控制好预热的范围，通常预热范 围不小于100mm，焊缝两侧的范围至少需要达到焊件厚 度的3倍。在对预热温度监测过程中，可从加热面的背面 进行测定。对于无法从加热面背面进行温度测定的，则需 要将加热源移开，并在母材厚度方向温度较为均匀后进行 测定，为进一步控制好温度均匀时间，每25mm厚度母材 达到温度均匀的时间为2min，根据这一关系确定出母材 温度均匀的时间。在预热温度控制方面，需要严格控制，既 不能低于100摄氏度，同时也不能超过200摄氏度。

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2.6焊接过程中的焊缝层间温度控制

在管道焊接过程中，温度属于重要的控制指标，因而 应重视不同阶段的温度控制情况，对于焊接过程中的焊缝 层间温度控制而言，最大层间温度不应超过200摄氏度。 在焊接过程中可在3点钟和9点钟方向进行层间温度测 量；在焊接过程中应做好层间温度的控制，不允许焊接中 温度低于100摄氏度。在焊层层间温度监测方面可采用测 温笔、便携式远红外测温仪等进行监测。

2.7消氢处理在消氢处理过程中温度需要控制在250-350摄氏度 • 63 •

图2 HYD-600液压式管子切割坡口

之间，恒温保持时间应达到2个小时，在完成焊接后，需要

快速进行消氢处理，需要注意的是在焊接接头消氢处理

前，接头温度不应小于100摄氏度。在焊缝完成不足2/3 时，不允许出现中途停止，当焊缝完成超过2/3时，可以中 途停止焊接，当然停止焊接后需要进行消氢处理。在消氢

处理过程中需要严格按照消氢处理流程完成操作，同时对 消氢处理后的焊缝进行检测，如果焊缝没有进行消氢处 理，则不符合质量要求，此时应采用冷加工方法将没有消 氢处理的焊缝进行割除[25]。.8焊接完成后的热处理

在焊接完成后，还需要保持在一定的温度范围内，且 持续1h，这个温度范围为621±10摄氏度。在升温过程中， 当温度达到400摄氏度以上时，要求每小时温度变化不超 过200摄氏度；而在降温过程中，同样的对于400摄氏度 以上的温度，每小时温度变化不应超过260摄氏度。

2.9高酸性输气管道(L360MCS )焊接工艺相关参数

焊接过程中采用的电流种类为DC，极性为EP，其中 焊接电流的范围为90-130AA20-170AA00-140A;电弧电

压范围为：12-18VA8-26V/20-28V。当然不同的焊接方法 对应着不同的工艺参数，具体的如下：①GMAW方法焊接

时，采用的填充金属直径为准1.2DCEPmm，牌号为AMetalloy71， 焊接电流为90-130，极性为，电压为12-28V，焊接 速GMAW度为8-15(:m/min，最大线能量不超过8.3kJ/(:m;②采用 焊接联合脉冲方法时，采用的填充金属直径为 准1.2mm，牌号为Metalloy71，焊接电流为120-170A，极性 为DCEP，电压为18-26V，焊接速度为14-32cm/min，最大 线能量不超过8.3kJ/cm;③对于采用SMAW焊接方法的， 采用的填充金属直径为准4.0mm，牌号为LB-52VRC，焊接 电流为100-140A，极性为DCEP，电压为20-28，焊接速 度为3-8(:m/min，最大线能量不超过8.3kJ/cm。3高酸性输气管道(L360MCS)焊接设备分析3.1焊接设备分析本次研究中采用的焊接设备为液压式现场管子切割 坡口机，图2所示即为HYD-600液压式管子切割坡口的 实物图。该设备可对外径450-600mm的管道进行加工，切 割坡口壁厚不超过25mm，该液压式现场管子切割坡口机 主要是由液压驱动，根据切割的实际情况能够对切削速度 进行调节，能够进行连续性的工作，对于难切、厚壁管加工 具有较好的应用价值。在MPa工作过程中的额定压力为P= 10，额定流量为Q=25L/min，可调速的范围为0-20r/min， 电机的功率为N=7.5kW。

3.2焊接预热以及热处理设备分析

采用大焊接预热智能温控制仪型号为RWK-C-30- 03/06，输出的额定功率为300.

1kW，温度控制精度可达到±

摄氏度，同时在焊接过程中配备有温度自动记录仪。对于LCD型履带式陶瓷电加热器采用的发光源为优 质的镍铬线缆，绝缘体为高纯度的氧化铝陶瓷制作而成， 采用跟加热器能够在整个管道焊接过程中进行预热、消氢

以及退火处理等，

应用范围较广。3.3 管道焊机

本次研究中采用的管道焊机型号为PipePro450RFC， 其外形尺寸分别为长572mm、宽438mm、高787mm,净重 为72.9kg，

最大空载电压为80VDC，在恒流条件下对应的 焊接电流可控制在5-600A，

在恒压条件下对应的焊接电压 可控制在10-44V，不管是那种情况，额定输出均为450A， 44VDC，在不同电压下有着不同的电流输入，比如：在电压

为208V时，输入电流为67A;在电压为230V时，对应的输 入电流为59A;在电压为400V时，对应的电流为34,在电 压为460V时，电流为29A。了解管道焊机参数才能够在具

体的焊接过程中合理地选择参数，

保证焊接质量。3.4送丝机相关参数分析采用的送丝机型号为12RC SiurCase，输入的电源为

40VDC，

10A，送丝速度为1.4-17.7m/min，焊丝类型为实芯 焊，

送丝直径为0.6-2.0mm，最大焊丝盆尺寸为305mm，重 量为13.6kg，

额定输入电流为500A，焊接电流100.0%暂载率。

在明确焊接原材料、焊接工艺、焊接设备后，对管口对 接进行了焊接，焊接后通过射线、超声等进行了无损检测， 结果能够满足输气管道焊接质量的要求，说明采用的焊接

材料、

焊接工艺能够满足酸性输气管道对接的要求。在明确上述相关仪器设备以及焊接工艺后，在焊接过

程中还很容易出现夹渣、未焊透、气孔、内凹、裂纹、咬边等 焊接质量缺陷，因而在焊接完成后，还需要使用无损检测

技术对高酸性输气管道焊接质量进行评价，

从而明确实际 的焊接质量以及焊接工艺的可行性。本次地面集输工程高酸性输气管道焊接过程中，由 于国内在这方面的焊接工艺较少，而且缺乏足够的经

验，

在实际输气管道焊接过程中需要根据现场的实际情 况，积极探索高酸性输气管道焊接工艺，从而有效提高 酸气管道焊接质量。在高酸气输气管道焊接完成后，

通 过无损检测，所有输气管道焊接质量合格率为96.0%，保

证了实际的输气管道需要，有助于加快施工进度，提高• 64 •

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基于电阻焊技术的碳钢侧墙制造研究

张道刘；曹卉丹；田慧

(中车唐山机车车辆有限公司，唐山063035)

摘要:近年来电阻焊技术在不锈钢车体制造中的应用越来越广泛，其焊接热输入量小、焊接变形易于控制，整体成型效果较好。但

是碳钢车体制造过程中电阻焊技术应用较少，一方面由于国内碳钢车体结构不适应电阻焊技术，另夕丨、一■方面国内碳钢车体成本较低，

使用电阻焊技术无形中增加了制造成本。本文从提升碳钢车体侧墙平面度质量的角度出发，通过设计结构更改，工艺优化等手段，重 点开展碳钢车体侧墙大部件采用电阻焊工艺研究，并完成了碳钢车体侧墙样件试制，为后续碳钢车体侧墙平面度提升提供一种行之 有效的工艺方法。

关键词:碳钢车；侧墙组成；电阻焊

引言

随着客户对碳钢车体制造质量要求的不断提升，尤其 是侧墙平面度质量要求越来越高，传统的工艺组装方式及 焊接方式已无法满足客户要求，急需改变工艺方法，解决 碳钢车体侧墙平面度质量。

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电阻焊侧墙工艺进行了全新的更改，采用骨架蒙皮组 装工艺，同时使用电阻焊技术，最大限度地减少焊接变形， 其主要的工艺流程及工艺方案如下：

2.1工艺流程

1

侧墙结构优化

为了适应电阻焊工艺，同时也为了提高碳钢车侧墙大

部件的平面度质量，设计结构上对传统的25型车侧墙结 构进行了优化更改，梁柱断面由帽型改为乙型，窗□及窗 下增加了支撑，用于提高侧墙骨架的刚度，其主要结构更 改如图1、图2。

2.2工艺方案

① 侧墙关键单件精度控制：）侧墙板。侧墙板采用

2.5mm厚的冷轧钢板，墙板断料调平后平面度要求臆1mm/m。 2)侧柱。侧柱为乙型梁结构，材质为3mm厚的热轧钢板， 激光下料后压弯而成。要求侧柱与墙板贴合面平面度臆 0.5mm，侧柱长度方向整体直线度臆1mm，侧柱垂直度臆

0.5mm。3 )纵向梁。纵向梁结构、材质及生产工艺与侧柱一

侧墙工艺优化

致。要求纵梁与墙板贴合面平面度臆0.5mm，纵梁长度方

传统的25型车侧墙组装为散装工艺，手工弧焊焊接。

向直线度臆0.5mm,纵梁垂直度臆0.5mm。

此种工艺方法缺乏过程控制，焊接变形也不易调修，且工

② 窗□模块组装：窗□模块由侧柱和纵梁组成。将侧

艺周期较长，不利于提高侧墙大部件平面度质量。

柱、纵梁等件依次摆放到相应位置，使用工装压紧，测量窗

2

作者简介：张道刘（1981-)，男，江苏连云港人，工程师，硕士，研

究方向为车体制造。社会效益以及经济效益。

4结束语

高酸性输气管道由于具有特殊性，因而对于管道的要 求更高，而管道焊接属于管道质量控制中的关键，如果焊 接质量不过关，则焊接位置很容易在内部较大压力作用下 使得管道失效，此外，高酸性输气管道中的酸性物质还会 出现诸如抗湿硫化氢腐蚀、硫化物应力开裂以及电化学腐 蚀等相关腐蚀，这些都对于焊接质量有着较高的要求。在 实际输气管道焊接过程中应根据上述焊接工艺要求以及 实际的高酸性气体环境条件保证管道焊接质量。

□模块各尺寸，尺寸无误后进行焊接。焊接完成后，将工件 冷却至室温，去除压紧，进行调修。要求窗□模块调修后宽参考文献：

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