油气钢管焊接知识

   随着石油工业的发展，钢管输送油气以其安全经济、专能、高效而飞速发展。长距离、高压力、大口径已经成为陆上油气输送钢管的发展方向，管线用钢X56—X70系列高强钢已广泛用于钢管建设中, X80高级强度管线钢管也处于开发应用阶段，如德国1993年建成一条直径1200mm、126km长的X80管线，1994年加拿大试建一条 Φ1200mm\33km，X80管线。由于油气管线飞速建设的需要，钢管焊接工艺、焊接材料、焊接设备等也相应有了很大发展，国内外已具备了不少成熟的钢管施工的焊接设备和焊材，以下为有关国外著名厂家生产的管线焊接用设备和材料的调查情况供参考。
1. 世界油气管线常用的焊接工艺70、80年代管线的焊接主要以半自动CO2焊和下向纤维素焊条手工焊为主，由于这些方法为手工操作，因此效率低，且焊接质量也受到了工人技能水平的制约，80年代中期，由于电力电子技术和计算机技术的不断发展，焊接设备的控制技术进入智能化时代，因此为钢管焊接自动化新设备、新工艺的成功发展创造了条件，使钢管的焊接质量和焊接效率有了很大提高，如林肯公司开发的STT（The Surface Tension Transfer）CO2气保焊电源技术和设备，以其柔和的电弧，极小的飞溅和极佳的打底焊质量引起了世人的关注，成为钢管焊接，特别是打底焊首选的方法之一。又如MAGNATECH公司生产的钢管全位置自动焊接设备，应用了自适应控制技术，不仅克服了人工操作的水平制约，而且大大提高了焊接效率和质量。
归纳目前钢管焊接的施工工艺主要有下述几种：
1.1 立下向纤维素焊条打底焊，CO2气保焊填充面。
    由于CO2焊生产率高、成本低，该方法近年来不断得到推广和应用，但对油气钢管焊，要实现全位置焊接必须 在较小的电流范围内，用短路过渡形式完成，而短路过渡方式用于打底焊易出现未焊透等缺陷，因此采用立下向纤维素焊条打底实现单面焊，背面成型，然后再用效率高的CO2气保焊填充面，这种工艺应用较普遍。
1.2 用纤维素下向焊条手工焊，当有硫化氢腐蚀较严重的管线或在寒冷环境中运行的管线，采用低氢型立下向焊条焊接。
    由于手工焊的灵活性以及焊接设备的要求不高等原因，目前室外管线的焊接，手工电弧焊的工作量仍占40—50%，例如近年来我国陕西至北京的管线工程就从伯乐公司购买了各种纤维素焊条1千多吨，预测今后几年我国油气管线的年需焊条量位3000—5000吨，并还有增加的趋势。
1.3 自保护药芯焊丝半自动焊 
    自保护药芯焊丝半自动焊特别适用于户外有风的场合，它不使用CO2靠药芯产生的气体保护，抗风性好，可用于钢管的高熔敷率的全位置焊，目前以林肯公司生产的自保护药芯焊丝为各国所认同，其品牌有：NR-207、NR-204-H、NR-208-H等多种，可适用于X70、X80等钢管的立下向焊。但该方法也存在打底焊时焊根易出现未熔合的缺陷。
1.4 高性能焊机的CO2气体保护半自动或全自动焊。
     由于对CO2气保焊短路过渡过程控制技术深入研究的结果，目前国外相继生产了对焊接电流和电压波形进行适时控制或对输出特性进行电能控制的高性能电源，前述的美国林肯公司的STT表面张力过渡焊接技术就属于波形控制的范畴。基于焊接设备性能的提高，使得钢管实现半自动及全自动CO2气保焊得以很好实现，这就大大提高了焊接效率和焊接质量。 此外，在工厂内进行钢管焊接也采用自动TIG焊，该方法质量好，但生产效率低。
2. 钢管焊接用焊接材料
2.1 纤维素立下向焊条
（1）奥地利伯乐公司是生产钢管焊条世界知名厂家，该公司多年来致力于开发和改善专门用于钢管焊接的焊条，品种全、质量好，欧洲、澳洲和中东以及在我国该公司均有很大的市场，焊接X60-X70管的纤维素焊条有FOXCEL85。焊接X80管的有FOXCELMOFOXBVD100等。
（2） 美国林肯公司也是生产纤维素焊条的著名厂家之一，该公司生产的相当于AWSE6010、E7010G、E8010G等焊条在国内钢管施工中也占相当比例。
此外，合伯乐公司生产的钢管下向焊条PIPEMASTER系列，瑞 典伊萨公司生产的E6010、 E7010G焊条近年来也都参与了国内市场的竞争。
2.2 实芯焊丝和药芯焊丝 
    实芯焊丝和药芯焊丝国外供应厂商比较多，如法国的沙福、日本神钢以及美国的合伯乐和林肯等大公司都生产钢管用各种实芯焊丝和药芯焊丝。在我国钢管焊接用药芯焊丝以林肯公司占的比重最大，实芯焊丝LN50、LN56、LN70，药芯焊丝OUTERSHIELD71H/81B2H以及自保护焊丝NR207、NR232等可适用强度不同等级的钢管钢的焊接。合伯乐公司的自保护焊丝FABSHIELD811K6应用也很成熟。
3.钢管焊接用设备
3.1 林肯公司的焊接设备 
    林肯公司是钢管焊接设备主要供应厂商。在南美、中东等地的钢管施工中，得以大量应用，主要设备有以下几类：
（1） 野外作业用引擎驱动机
----用于手工焊的ClassⅠ/Ⅱ/Ⅲ系列焊机，其额定电流为200-300A，适用于钢管焊接，在电弧要求苛刻的环境最适用。
----SAE-400柴油机型，该设备为石油工业广泛应用，具有可靠性高，功能全等优点，不仅可用于手工焊，TIG焊和气刨而且可配LN-23P送丝机进行半自动气保焊，设备输出功率34千瓦，额定电流400A，但由于体积大、重量大（1270×485×1067，973公斤），不适合交通不便的场合使用。
----RANGER8及RANGER9汽油机型，功能同SAE-400，但直流输出较小，分别为225A和250A（100%暂率），交流输出8千瓦及9千瓦，体积和重量较小（770×485×1067，229公斤；770×485×1067，255公斤）适合于交通不便的场合使用。
（2） STT（表面张力过渡焊机） 
    该电源是林肯公司开发的专利产品，配合LN-724和STT10送丝机可实现半自动全位置CO2/MAG焊，它的主要特点是：输入热量可控制，易实现单面焊双面成形。焊接过程稳定、飞溅小、焊接质量高，设备对焊工操作水平要求不高，培训简单，是钢管全位焊接的最佳选择，野外作业需加防风措施。
（3） 轻便型逆变焊机
以V300-1为代表，该焊机重量仅29公斤，可单相或三相供电，特别适用于纤维素焊条焊接，也可令作TIG/MAG/CO2焊电源。
3.2 瑞典ESAB公司焊接设备
(1)MAG/CO2气体焊设备
---- LAR500/630，该系列产品用晶体管开关元件控制，并运用微处理机技术，使得焊接性能具有许多特点：有主电压补偿和无级电压调节，可设定规范范围为50A/10V—500A/39V，额定电流500A（暂载率60%）。
---- ARISTO400伊萨公司最新一代MAG/MIG焊机，他利用先进的微处理机技术，设定送丝速度后，选用MAG/MIG时能自动向焊接过程提供最佳焊接参数，设备可用来焊铝、不锈钢、碳钢等金属　　，并可用药芯焊丝，整机重量仅92公斤。
---- 管子自动焊设备，该设备由电源和机头组成，电源和控制部分有PROTIG-450可编程电源，由于用途不同，管管焊接用的机头分别有PRB/PRC/PRD等，根据直径不同选用。该设备采用自动TIG焊，具有焊接过程稳定，焊接质量高等优点，但对母材坡口准备要求高，且不适合野外作业。
3.3 米勒公司的设备
     米勒公司也是美国在我国的焊接设备供应厂商，其气体保护焊机也占一定市场，主要产品有：
(1) 野外作业引擎驱动焊机有BIGBLE502（CC/CV）电源可配S-32P送丝机及PROFAXGUN焊枪进行气保焊，相当于林肯的SAE-400配LN-32P。
(2) PO-QP双把焊机，该设备可同时供两台焊机（400A）或并联成一台（600A）焊机。
(3) 米勒电网供电的64MSERIES脉冲MAG/CO2焊机是新一代气保焊机，由于可提供脉冲电流，因此易进行全位置焊接。其峰值电流150-565A，基值电流10-150A，50HZ供电，所用焊丝0.6-3.2mm。
3.4 唐山松下产业机器公司
(1) 逆变直流焊机是新一代产品，体积小、重量轻，典型型号AT-315，适用于野外作业及钢管焊接。
(2) 晶闸管弧焊整流器SS300/SS400/SS630适合工厂作业，可靠性高，原兰炼安装公司有12台SS400焊机，使用效果良好。
3.5 管子坡口切割机
(1) 目前国内市场享有盛誉的有德国“GEORGEFISCHER+GF+”公司的“RABRAH”系列产品。
(2) 美国BVG-O公司管子焊切设备也在积极进入中国市场，该公司管子坡口切割机使用效果也比较好