1、1 1、国内外压力管道的发展过程国内外压力管道的发展过程2 2、压力管道用钢及制管压力管道用钢及制管3 3、压力管道焊接施工压力管道焊接施工4 4、焊接应力和变形焊接应力和变形5 5、焊接工艺评定焊接工艺评定6 6、焊接质量控制焊接质量控制7 7、管道的在线焊接及修复管道的在线焊接及修复 与公路、水道、铁路以及航空运输相比，管道运输成本最低。系统化 网络化人类离不开管道 人体内的管道和容器、生活、交流1.1 1.1 国外压力管道的发展历史国外压力管道的发展历史1.2 1.2 我国早期的输油管道和输气管道我国早期的输油管道和输气管道1.3 1.3 我国已经建成和将要建设的管道工我国已经建成和将要
2、建设的管道工程程18651865年在美国宾夕法尼亚州建立了第一条输油管道，直径年在美国宾夕法尼亚州建立了第一条输油管道，直径50mm50mm，全长，全长9km9km，材质是丝扣连接的铸铁管。，材质是丝扣连接的铸铁管。18741874年该州年该州又建立了一条直径又建立了一条直径100mm100mm，长度，长度96km96km的管道，开始了与铁的管道，开始了与铁路的竞争。路的竞争。在第一次世界大战前，机械接头也由焊接取代。第二次世在第一次世界大战前，机械接头也由焊接取代。第二次世界大战期间，美国政府资助建立了一条直径界大战期间，美国政府资助建立了一条直径630mm630mm，全长，全长2240km
3、2240km的成品油管道。的成品油管道。美国美国19771977年建成投产的横贯阿拉斯加的原油管道，全长年建成投产的横贯阿拉斯加的原油管道，全长1276.8km1276.8km，管径，管径1220mm1220mm，是世界上第一条进入北极地区的，是世界上第一条进入北极地区的原油管道，其中原油管道，其中615km615km采用高架铺设。采用高架铺设。原苏联原苏联19641964年建设的第一条年建设的第一条“友谊友谊”输油管道，第输油管道，第一次采用一次采用1020mm1020mm管径的钢管，全长管径的钢管，全长5500km5500km。19771977年年又修建了第二条又修建了第二条“友谊友谊”输
4、油管道，全长输油管道，全长4412km4412km，管径管径1220mm1220mm。 19831983年乌连戈伊年乌连戈伊- -波马雷波马雷- -乌连戈罗德干线投入使用，乌连戈罗德干线投入使用，这条管道第一次把苏联的天然气送到了西欧。该管这条管道第一次把苏联的天然气送到了西欧。该管道长达道长达4450km4450km，直径，直径1420mm1420mm，工作压力，工作压力7.5MPa7.5MPa。经。经过水域、河流、森林、永冻土区，施工难度，管径，过水域、河流、森林、永冻土区，施工难度，管径，里程，泵站数量，输量均堪称世界之最。这条管道里程，泵站数量，输量均堪称世界之最。这条管道充分显示了原
5、苏联在管道设计和建造方面的实力。充分显示了原苏联在管道设计和建造方面的实力。在西伯利亚、北极区的管道铺设得益于闪光对焊技在西伯利亚、北极区的管道铺设得益于闪光对焊技术的应用。术的应用。19831983年投产的沙特阿拉伯的东西原油管道，引起各年投产的沙特阿拉伯的东西原油管道，引起各国注意。这条管道自东向西横贯沙特阿拉伯中部地国注意。这条管道自东向西横贯沙特阿拉伯中部地区，全长区，全长1202km1202km，管径，管径1220mm1220mm，穿越了浩瀚的沙漠，穿越了浩瀚的沙漠地区。地区。随着英国北海油田的开发，兴建了一批海洋原油管随着英国北海油田的开发，兴建了一批海洋原油管道，总长度达道，总长
6、度达40004000余公里，在深余公里，在深100100多米的海底铺多米的海底铺设。设。 这些管道的成功建设，标志着管道已可以通过极为这些管道的成功建设，标志着管道已可以通过极为复杂的地质、地理条件与气候恶劣的地区。复杂的地质、地理条件与气候恶劣的地区。 我国的第一条长输管道是我国的第一条长输管道是19571957年建设的克拉玛依到年建设的克拉玛依到独山子的输油管道，管径独山子的输油管道，管径150mm150mm，全长，全长147km147km。19651965年胜利油田开始建设由东营至辛店炼油厂的输年胜利油田开始建设由东营至辛店炼油厂的输油管道，管径油管道，管径426mm426mm，全长约，
7、全长约80km80km，是我国第一次，是我国第一次在盐碱腐蚀地带建设的原油管道。在盐碱腐蚀地带建设的原油管道。19701970年年8 8月月3 3日，国家批准在东北地区兴建著名的日，国家批准在东北地区兴建著名的“八三管道工程八三管道工程”，干线全长，干线全长593km593km，管径，管径720mm720mm。解放后铺设的第一条输气管道，是解放后铺设的第一条输气管道，是19581958年建成的四年建成的四川省永川黄瓜山气田至永川化工厂的原料天然气管川省永川黄瓜山气田至永川化工厂的原料天然气管道，全长道，全长20km20km，管径，管径159mm159mm。随着四川天然气工业。随着四川天然气工业
8、的迅速发展，从的迅速发展，从19631963年至年至19841984年陆续建设形成了四年陆续建设形成了四川地区输气干、支线延展总长度达川地区输气干、支线延展总长度达3525km3525km，可与，可与5454个气田相连接，承担着向川、滇、黔个气田相连接，承担着向川、滇、黔3 3省省1313个地区个地区600600多个用户的供气任务。多个用户的供气任务。7070年代后，随着油田天然气的开发，大庆、辽河、年代后，随着油田天然气的开发，大庆、辽河、华北、胜利、大港、中原等油田，都相应建成了一华北、胜利、大港、中原等油田，都相应建成了一批向城市供气的长距离输气管道。批向城市供气的长距离输气管道。西气东
9、输工程，近西气东输工程，近39003900公里。公里。涩宁兰输气管道工程，全长涩宁兰输气管道工程，全长950950公里。公里。忠县至武汉输气管道工程，全长忠县至武汉输气管道工程，全长760760公里。公里。邯郸至石家庄至涿州输气管道工程，全长邯郸至石家庄至涿州输气管道工程，全长362362公里。公里。陕京输气工程复线，全长近陕京输气工程复线，全长近900900公里公里济宁联络线，全长济宁联络线，全长10001000多公里多公里2.1 2.1 钢材的力学性能钢材的力学性能2.2 2.2 管线钢的发展历史管线钢的发展历史2.3 2.3 管线钢按组织分类管线钢按组织分类2.4 2.4 相关标准中钢号
10、的含义相关标准中钢号的含义2.5 2.5 管道工业的发展方向管道工业的发展方向2.6 2.6 焊管的生产焊管的生产2.7 2.7 西气东输工程用钢管情况西气东输工程用钢管情况2.8 2.8 压力管道用其它钢管压力管道用其它钢管 钢材在一定的温度条件和外力作用下抵抗钢材在一定的温度条件和外力作用下抵抗变形和断裂的能力，称为力学性能。变形和断裂的能力，称为力学性能。常规力学性能，如强度、塑性、硬度和韧性等。常规力学性能，如强度、塑性、硬度和韧性等。高温性能，如抗蠕变性能、持久强度、瞬时强高温性能，如抗蠕变性能、持久强度、瞬时强度和热疲劳性等。度和热疲劳性等。低温性能，如低温冲击韧性、脆性转变温度等
11、。低温性能，如低温冲击韧性、脆性转变温度等。屈服强度：屈服强度：s s N/mmN/mm2 2或或KN/mmKN/mm2 2抗拉强度：抗拉强度：b b N/mmN/mm2 2或或KN/mmKN/mm2 2延伸率：延伸率：5 5或或10 10 % %断面收缩率：断面收缩率： % %硬度：硬度：HB HR HV HLHB HR HV HL冲击韧性：冲击韧性：a ak k J JC C、MnMn、SiSi型普通碳素钢型普通碳素钢 早期的管线钢一直采用早期的管线钢一直采用C C、MnMn、SiSi型的普通碳型的普通碳素钢，在冶金上侧重于性能，对化学成分没有严格素钢，在冶金上侧重于性能，对化学成分没有严
12、格的规定，钢的屈服强度一般为的规定，钢的屈服强度一般为295295360MPa360MPa。 低合金高强钢（低合金高强钢（HSLAHSLA） 自自6060年代开始，随着输油、气管道输送压力和年代开始，随着输油、气管道输送压力和管径的增大，开始采用低合金高强钢（管径的增大，开始采用低合金高强钢（HSLAHSLA），主），主要以热轧及正火状态供货。这类钢的化学成分：要以热轧及正火状态供货。这类钢的化学成分：C0.2%C0.2%，合金元素，合金元素3 35%5%。 API 5L X56API 5L X56、X60X60、X65X65微合金控轧钢微合金控轧钢 随着管线钢的进一步发展，到随着管线钢的进一
13、步发展，到6060年代末年代末7070年年代初，美国石油组织在代初，美国石油组织在API 5LXAPI 5LX和和API 5LSAPI 5LS标准中标准中提出了微合金控轧钢提出了微合金控轧钢X56X56、X60X60、X65X65三种钢，屈服三种钢，屈服强度提高到强度提高到392392457MPa457MPa。这种钢突破了传统钢的。这种钢突破了传统钢的观念，碳含量为观念，碳含量为0.1-0.14%0.1-0.14%，在钢中加入，在钢中加入0.2%0.2%的的NbNb、V V、TiTi等合金元素，并通过控轧工艺使钢的力等合金元素，并通过控轧工艺使钢的力学性能得到显著改善。学性能得到显著改善。 多
14、元微合金化控轧控冷钢多元微合金化控轧控冷钢 到到19731973年和年和19851985年，年，APIAPI标准又相继增加了标准又相继增加了X70X70（屈服强度达（屈服强度达482MPa482MPa）和）和X80X80钢，而后又开发了钢，而后又开发了X100X100管线钢，碳含量降到管线钢，碳含量降到0.01-0.04%0.01-0.04%，碳当量相，碳当量相应地降到应地降到0.350.35以下，屈服强度达以下，屈服强度达551.2551.2689MPa689MPa，真正出现了现代意义上的多元微合金化控轧控冷真正出现了现代意义上的多元微合金化控轧控冷钢。钢。 铁素体铁素体珠光体钢：基本成分是
15、珠光体钢：基本成分是C-MnC-Mn，采用热轧，采用热轧正火生产工艺。正火生产工艺。少珠光体钢：基本成分是少珠光体钢：基本成分是Mn-NbMn-Nb、Mn-VMn-V、Mn-Nb-VMn-Nb-V等。为微合金控轧钢，通过晶粒细化和等。为微合金控轧钢，通过晶粒细化和NbNb、V V第二第二相的沉淀强化可获得较好的强韧配合。相的沉淀强化可获得较好的强韧配合。针状铁素体钢：典型成分为针状铁素体钢：典型成分为C-Mn-Nb-MoC-Mn-Nb-Mo。通过微。通过微合金化和控制轧制，综合利用晶粒细化、微合金合金化和控制轧制，综合利用晶粒细化、微合金化元素的析出相和位错亚结构的强化效应来提高化元素的析出相
16、和位错亚结构的强化效应来提高屈服强度和冲击韧性。屈服强度和冲击韧性。超低碳贝氏体钢：典型成分为超低碳贝氏体钢：典型成分为Mn-Nb-Mo-B-TiMn-Nb-Mo-B-Ti。在。在保证优良的低温韧性和焊接性的前提下，通过适当保证优良的低温韧性和焊接性的前提下，通过适当提高合金元素的含量和进一步控轧与控冷工艺显著提高合金元素的含量和进一步控轧与控冷工艺显著提高屈服强度（提高屈服强度（700-800MPa700-800MPa）。代表钢种）。代表钢种X80X80钢。钢。低碳索氏体钢是未来管线钢的发展方向，具有更高低碳索氏体钢是未来管线钢的发展方向，具有更高的强韧性，通过淬火的强韧性，通过淬火+ +回
17、火的热处理工艺形成低碳回火的热处理工艺形成低碳索氏体，以满足厚壁、高强度和足够韧性的综合要索氏体，以满足厚壁、高强度和足够韧性的综合要求。求。 美国石油学会标准美国石油学会标准API Spec 5LAPI Spec 5L管线管规范管线管规范 X70 X70：强度等级为：强度等级为70,00070,000磅磅/ /平方英寸平方英寸 A A、B B、X X石油天然气工业输送钢管交货技术条件石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第第2 2部分：部分：B B级钢管级钢管GB9711GB9711与与ISO3183ISO3183等效采用。等效采用。 L485L485：屈服强度等级为：屈服强度等级为485MP
18、a485MPa。 L360NBL360NB A:A:相当于相当于API 5LAPI 5L（1 1）规定的基本的质量要求。）规定的基本的质量要求。B:B:不同于基本质量要求或除基本质量要求之外不同于基本质量要求或除基本质量要求之外的其他要求，如韧性、无损检测方面的内容。的其他要求，如韧性、无损检测方面的内容。C:C:某些特殊用途，对钢管的质量和试验有着非某些特殊用途，对钢管的质量和试验有着非常严格的要求。常严格的要求。N:N:交货状态为形变正火状态。即最终形变在一定交货状态为形变正火状态。即最终形变在一定温度范围内完成，使材料状态与正火处理后的温度范围内完成，使材料状态与正火处理后的性能相当。即
19、使再经正火处理，力学性能的规性能相当。即使再经正火处理，力学性能的规定值保持不变。定值保持不变。M:M:交货状态为形变热处理。即最终形变在一定温交货状态为形变热处理。即最终形变在一定温度范围内完成，使材料具有单独采用热处理无度范围内完成，使材料具有单独采用热处理无法达到或重复的某些性能。若随后加热至法达到或重复的某些性能。若随后加热至580580以上会降低强度值。以上会降低强度值。Q:Q:交货状态为淬火加回火。即先奥氏体化，然后交货状态为淬火加回火。即先奥氏体化，然后进行冷却，得到马氏体或贝氏体，再进行一次进行冷却，得到马氏体或贝氏体，再进行一次或多次加热、保温，适当的速度冷却，以达到或多次加
20、热、保温，适当的速度冷却，以达到规定的性能。规定的性能。钢级钢级（按（按GB/T 9711.1或或9711.2）钢级钢级（按（按ANSI/API 5L）L175（、类）类）A25（、类）类）L210AL245BL290X42L320X46L360X52L390X56L415X60L450X65L485X70L555X80在一定条件下提高输送压力。在一定条件下提高输送压力。扩大管道直径可以增加经济效益。扩大管道直径可以增加经济效益。在保证可焊性和冲击韧性的前提下，管材的强度有在保证可焊性和冲击韧性的前提下，管材的强度有了很大提高。了很大提高。 长距离大动脉长距离大动脉目前国外建设的一些大口径管道
21、多采用高强钢，目前国外建设的一些大口径管道多采用高强钢，如阿拉斯加输油、输气管道，北海油田的输油管如阿拉斯加输油、输气管道，北海油田的输油管道均采用道均采用X65X65级钢。原苏联及加拿大的输气管道均级钢。原苏联及加拿大的输气管道均采用采用X70X70级钢。级钢。我国管线钢的应用和起步较晚，过去已铺设的油、我国管线钢的应用和起步较晚，过去已铺设的油、气管线大部分采用气管线大部分采用Q235Q235和和16Mn16Mn钢。钢。“六五六五”期间，期间，我国开始按照我国开始按照APIAPI标准研制标准研制X60X60、X65X65管线钢，并成管线钢，并成功地与进口钢管一起用于管线敷设。功地与进口钢管
22、一起用于管线敷设。9090年代初宝年代初宝钢、武钢又相继开发了高强高韧性的钢、武钢又相继开发了高强高韧性的X70X70管线钢，管线钢，并在西气东输工程、陕京二线工程中得到成功应并在西气东输工程、陕京二线工程中得到成功应用。用。国外已经有国外已经有X80X80钢试验段。目前应用到的最高强度钢试验段。目前应用到的最高强度级别为级别为X120,X120,在加拿大北部有在加拿大北部有2 2公里试验段。公里试验段。a.a.螺旋缝埋弧焊（螺旋缝埋弧焊（SSAWSSAW）b.b.直缝埋弧焊（直缝埋弧焊（LSAWLSAW）c.c.高频直缝电阻焊（高频直缝电阻焊（ERWERW）d.d.直缝双面埋弧焊管（直缝双面
23、埋弧焊管（UOEUOE）焊管生产过程焊管生产过程西气东输管道工程用钢管为西气东输管道工程用钢管为X70X70等级管线钢，规格等级管线钢，规格为为1016mm1016mm14.614.626.2mm26.2mm。 X70X70管线钢除了含管线钢除了含NbNb、V V、TiTi外，还加入了少量的外，还加入了少量的NiNi、CrCr、CuCu和和MoMo，其本质为针状铁素体型的高强、高韧，其本质为针状铁素体型的高强、高韧性管线钢。性管线钢。 生产厂生产厂 C C SiSi MnMn CrCr MoMo NiNi NbNb V V TiTi CuCu P P S S PcmPcm CeqCeq 宝钢宝
24、钢 0 0.0.05 5 0.200.20 1.561.56 0.00.02626 0.0.2121 0.0.1414 0.040.045 5 0.030.032 2 0.0160.016 0.0.1818 0.00.01 14 4 0.000.002 29 9 0.10.17 7 0.30.39 9 武钢武钢 0 0.0.05 5 0.0.2 21 1 1.1.5 55 5 0.00.02121 0.20.27 7 0.20.23 3 0.00.04747 0.030.038 8 0.010.018 8 0.210.21 0.0100.010 0.00220.0022 0.10.18 8 0
25、.0.4141 日本日本 住友住友 0 0.0.07 7 0.0.1515 1.1.6262 0.020.02 0.010.01 0.200.20 0.0350.035 0.050.05 0.0.022022 0.280.28 0.00.01111 0.000.001 1 0.180.18 0.390.39 德国德国 0.080.08 0.270.27 1.571.57 0.060.06 0.010.01 0.030.03 0.040.04 0.070.07 0.0130.013 0.030.03 0.0110.011 0.000.001 1 0.190.19 0.370.37 要求值要求值
26、0.090.09 0.350.35 1.651.65 0.250.25 0.300.30 0.300.30 0.080.08 0.060.06 0.0250.025 0.300.30 0.0200.020 0.0050.005 0.210.21 0.420.42 生产厂生产厂 壁厚（壁厚（mmmm） 取样位置取样位置 屈服强度屈服强度（MPaMPa） 抗拉强度抗拉强度(MPa)(MPa) 伸长率伸长率(%)(%) 冲击韧性冲击韧性 屈强比屈强比 宝钢宝钢 14.614.6 横向横向 525525 644644 3737 341J341J - -2020 0.820.82 武钢武钢 14.614
27、.6 横向横向 539539 659659 4242 402J402J - -2020 0.820.82 日本住友日本住友 2121 横向横向 532532 627627 40.940.9 297297 - -2020 0.850.85 德国德国 2121 横向横向 507507 607607 40.540.5 267267 - -2020 0.840.84 要求值要求值 485485- -620620 570570 与壁厚有关与壁厚有关 140140 - -2020 0.900.90 碳钢及低合金钢碳钢及低合金钢：20#,16Mn20#,16Mn，15MnNbR,15MnNbR, A105
28、A105，Gr.BGr.B调质钢：调质钢：WHPY70WHPY70，WHPY65WHPY65，WHPY60,A694 F65 WHPY60,A694 F65 热强钢热强钢：16MnR, 12CrMo16MnR, 12CrMo，P355NH,P460NHP355NH,P460NH低温钢：低温钢：16MnD16MnD，16MnDR16MnDR，15MnNiDR 15MnNiDR A350 LF2, A333 Gr.6 A350 LF2, A333 Gr.6不锈钢：不锈钢：0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti AISI 316 AISI 3163.1 3.1 压力管道焊接施工的特点和发展压力管道
29、焊接施工的特点和发展3.2 3.2 主要应用的焊接工艺和焊接材料主要应用的焊接工艺和焊接材料3.3 3.3 常用的焊接设备常用的焊接设备3.4 3.4 焊接施工工序焊接施工工序复杂的气候条件；复杂的气候条件；不稳定的固定条件；不稳定的固定条件；全位置的操作条件；全位置的操作条件；焊接工艺的多样化和适应性。焊接工艺的多样化和适应性。 我国钢质管道环缝焊接技术经历了几次大的变我国钢质管道环缝焊接技术经历了几次大的变革：七十年代采用传统焊接方法，低氢型焊条手工革：七十年代采用传统焊接方法，低氢型焊条手工电弧焊上向焊技术；八十年代推广手工电弧焊下向电弧焊上向焊技术；八十年代推广手工电弧焊下向焊技术，为
30、纤维素焊条和低氢型焊条下向焊；九十焊技术，为纤维素焊条和低氢型焊条下向焊；九十年代应用自保护药芯焊丝半自动焊技术；今天开始年代应用自保护药芯焊丝半自动焊技术；今天开始全面推广全位置机械化焊接技术。全面推广全位置机械化焊接技术。焊条电弧焊上向焊（手工焊）焊条电弧焊上向焊（手工焊）焊条电弧焊下向焊（手工焊）焊条电弧焊下向焊（手工焊）自保护药芯焊丝电弧焊下向焊（半自动焊）自保护药芯焊丝电弧焊下向焊（半自动焊）熔化极气体保护电弧焊下向焊熔化极气体保护电弧焊下向焊 （半自动焊、机械化焊接）（半自动焊、机械化焊接）自动化焊接自动化焊接 这种焊接方法是我国这种焊接方法是我国2020世纪世纪7070年代以年代
31、以前管道焊接施工中采用的传统的方法（即前管道焊接施工中采用的传统的方法（即低氢型焊条上向焊技术）。目前，这种焊低氢型焊条上向焊技术）。目前，这种焊接方法主要用于返修焊接、连头焊接，站接方法主要用于返修焊接、连头焊接，站场焊接以及特殊地段、特殊焊缝的焊接。场焊接以及特殊地段、特殊焊缝的焊接。 这种焊接工艺方法使用的焊接材料主这种焊接工艺方法使用的焊接材料主要为国产的低氢型焊条，如要为国产的低氢型焊条，如E5015E5015，E5016E5016等。等。 上向焊下向焊下向焊焊条电弧焊下向焊是八十年代从美欧引进的焊焊条电弧焊下向焊是八十年代从美欧引进的焊接技术，其特点为采用薄层、多道、快速焊的接技术
32、，其特点为采用薄层、多道、快速焊的方法完成操作，合格率高，特别适合于大机组方法完成操作，合格率高，特别适合于大机组流水作业流水作业主要使用的焊接材料为纤维素型和低氢型下向主要使用的焊接材料为纤维素型和低氢型下向焊条。目前压力管道建设中，下向焊工艺使用焊条。目前压力管道建设中，下向焊工艺使用的焊条主要依靠进口。如奥地利的焊条主要依靠进口。如奥地利BOHLERBOHLER，美国，美国LINCOLNLINCOLN等。等。国内对于纤维素型焊条的开发工作已经有了很国内对于纤维素型焊条的开发工作已经有了很大的进展，初步具备了现场应用的条件。如洛大的进展，初步具备了现场应用的条件。如洛阳阳725725所，四
33、川大西洋等的产品。而低氢型下向所，四川大西洋等的产品。而低氢型下向焊条基本上还是空白。焊条基本上还是空白。E6010E6010纤维素型焊条电弧吹力大，操作性能好，纤维素型焊条电弧吹力大，操作性能好，特别适合于单面焊双面成型的根部焊接，是特别适合于单面焊双面成型的根部焊接，是目前管道焊接施工中主要的根焊方法。目前管道焊接施工中主要的根焊方法。低氢型焊条下向填充、盖面焊接技术操作灵低氢型焊条下向填充、盖面焊接技术操作灵活，适应性好。但对于大口径、厚壁钢管来活，适应性好。但对于大口径、厚壁钢管来说，劳动强度大，焊接效率低，另外对焊工说，劳动强度大，焊接效率低，另外对焊工的操作水平要求较高，目前只应用
34、在部分连的操作水平要求较高，目前只应用在部分连头焊接和返修焊接中。头焊接和返修焊接中。1.全纤维素型焊条下向焊 对于条件如区域性的长输管道建设工程及一些水网地带，自动或半自动焊接机具和设备因环境限制，不易进入的地区等情况多采用这种方法。同时，此法对焊机有一些要求：具有陡降外特性；外拖推力电流起作用时其数值要足够大；要适当提高静特性曲线外拖拐点。2.混合型下向焊技术 这项技术是指在长输管道的现场组焊时，采用纤维素型焊条根焊和热焊，填充和盖面焊则采用低氢型焊条下向焊技术。此法主要用于钢管级别较高的管道，如我国建设的陕京输气管道。由于长输管道沿线环境条件恶劣，要求焊接接头具有较好的低温冲击韧性，通常
35、的纤维素型焊接工艺难以达到高质量要求，而低氢型焊条的抗冷裂性和冲击韧性较纤维素型焊条要好，因此，在尽可能提高效率的同时，为了保证根焊的质量、减少难度以及确保焊接接头的力学性能，应选用混合型下向焊工艺。 3.复合型下向焊技术 复合型下向焊是指根焊道及热焊道采用下向焊工艺，而填充和盖面采用上向焊的工艺方法。主要应用于焊接壁厚较大的管道和穿越、连头等焊缝。 （1）焊接生产率 下向焊时采用的焊条直径大，焊接电流比上向焊大1/32/3，焊接速度比上向焊要大23倍，焊接线能量比上向焊低，而焊缝宽度和余高则比上向焊要小，因此，焊接生产率比上向焊提高30%50%。（2）焊缝外观成形 下向焊焊缝余高比上向焊小，
36、焊趾处母材与焊道的过渡半径比上向焊大，因此应力集中比上向焊小。（3）焊缝缺陷由于下向焊焊道层的厚度比上向焊薄，所以下向焊焊接产生的缺陷少，一般不易产生尺寸较大的焊接缺陷。 n焊条电弧焊灵活简便、适应性强，同时由于焊条工艺性能的不断改进，其熔敷效率、力学性能仍能满足当今管道建设的需要。n焊条电弧焊包括纤维素和低氢焊条的应用。其下向焊和上向焊两种方法的有机结合及纤维素焊条良好的根焊适应性在很多场合下是其它焊接方法所不能代替的。半自动焊半自动焊自保护药芯焊丝半自动焊工艺是自保护药芯焊丝半自动焊工艺是9090年代初从美年代初从美国引进的一种下向焊的焊接方法。最早应用于国引进的一种下向焊的焊接方法。最早
37、应用于库鄯线管道工程中。经苏丹管道、兰成渝管道库鄯线管道工程中。经苏丹管道、兰成渝管道和涩宁兰管道等工程的应用，现已成为管道焊和涩宁兰管道等工程的应用，现已成为管道焊接施工中主要焊接方法。接施工中主要焊接方法。操作灵活，全位置成型好，熔敷效率高，环境操作灵活，全位置成型好，熔敷效率高，环境适应能力强，焊工易于掌握，是目前管道施工适应能力强，焊工易于掌握，是目前管道施工的一种重要的填充、盖面焊方法。的一种重要的填充、盖面焊方法。主要使用的焊接材料为自保护药芯焊丝。目前主要主要使用的焊接材料为自保护药芯焊丝。目前主要依靠进口。如美国依靠进口。如美国HOBARTHOBART、LINCOLNLINCO
38、LN，瑞典，瑞典ELGAELGA等。等。国内对于自保护药芯焊丝的开发工作已经有了很大国内对于自保护药芯焊丝的开发工作已经有了很大的进展，初步具备了现场应用的条件。如天津金桥的进展，初步具备了现场应用的条件。如天津金桥的产品。的产品。技术特点技术特点焊接质量好：相同管径的钢管采用半自动焊接头数比采用焊接质量好：相同管径的钢管采用半自动焊接头数比采用焊条焊的少，所以焊接缺陷也较焊条电弧焊少。手工焊多焊条焊的少，所以焊接缺陷也较焊条电弧焊少。手工焊多采用纤维素型焊条，而自保护药芯焊丝属于低氢型，因此采用纤维素型焊条，而自保护药芯焊丝属于低氢型，因此可降低焊缝中的含氢量。此外，半自动焊的熔深较大，降可
39、降低焊缝中的含氢量。此外，半自动焊的熔深较大，降低了未熔合和夹渣产生的可能性。低了未熔合和夹渣产生的可能性。焊接效率高：药芯焊丝的焊接属于连续焊接，接头非常少。焊接效率高：药芯焊丝的焊接属于连续焊接，接头非常少。半自动焊熔敷量大，熔敷率为半自动焊熔敷量大，熔敷率为0.750.75，熔化速度为纤维素型，熔化速度为纤维素型焊条下向焊的焊条下向焊的1.51.52 2倍。此外，焊渣薄，容易脱渣。总之，倍。此外，焊渣薄，容易脱渣。总之，焊接综合效率为焊条下向焊的焊接综合效率为焊条下向焊的2 2倍。倍。设备和焊材造价高：用于自保护药芯焊丝焊接的焊接设备设备和焊材造价高：用于自保护药芯焊丝焊接的焊接设备是焊
40、条下向焊焊接设备的是焊条下向焊焊接设备的2 23 3倍，药芯焊丝的价格也比倍，药芯焊丝的价格也比下向焊焊条高。下向焊焊条高。综合成本低：综合焊接设备、焊材、焊接效率、熔敷率、综合成本低：综合焊接设备、焊材、焊接效率、熔敷率、焊工数量以及辅助工装等因素，自保护药芯焊丝要比焊条焊工数量以及辅助工装等因素，自保护药芯焊丝要比焊条下向焊的施工成本低。下向焊的施工成本低。 自保护药芯焊丝半自动焊主要用来填充和盖面。其特点为熔敷效率高，全位置成型好，环境适应能力强，焊工易于掌握，是目前管道施工的一种重要焊接工艺方法。一般根焊采用纤维素焊条手工根焊或STT半自动焊根焊。 STT焊接技术原理和特点 STT（S
41、urface Tension Transfer）是一种以表面张力为熔滴主要过渡力的熔化极气体保护电弧焊。STT电源具有波形控制功能，可根据熔滴的不同过渡过程，控制电流和电压的波形，即焊接电源能自动调节焊接电流和电弧电压，使电弧获得所需的瞬时热量，从而确保焊接电弧的稳定燃烧和有效地控制焊缝成形。电流及电压波形如图：STT焊接电源电流和电压波形图 STT技术与常规的CO2气体保护焊相比，基本消除了焊接时的飞溅，实现了电弧的稳定燃烧。STT焊接可以用CO2气体作保护介质，也可以Ar和CO2的混合气体作为保护介质。当保护介质为CO2时，熔池的流动性和熔透性较好，但焊缝的力学性能稍差；当采用Ar和CO2
42、的混合气体作为保护介质时，熔池的流动性较差，但焊缝的力学性能好。STT焊接工艺的特点有：电弧燃烧稳定，引弧容易，烟尘和噪音小，飞溅很小，焊缝成形好，焊接成本较低，操作容易，抗风能力较差，焊接设备较贵。 熔化极气体保护电弧焊有利于实现全位置焊接操作，熔化极气体保护电弧焊有利于实现全位置焊接操作，易于进行管道机械化焊接。易于进行管道机械化焊接。目前压力管道焊接施工中应用的有半自动焊方法和目前压力管道焊接施工中应用的有半自动焊方法和机械化焊接方法。采用的保护气体有氩气、二氧化机械化焊接方法。采用的保护气体有氩气、二氧化碳气，以及氩气与二氧化碳的混合气。碳气，以及氩气与二氧化碳的混合气。主要使用的焊接
43、材料为实心焊丝。目前主要有锦州主要使用的焊接材料为实心焊丝。目前主要有锦州锦泰锦泰JM68JM68、JM58JM58，四川大西洋，四川大西洋CHW60CCHW60C、CHW50C8CHW50C8。国外的产品有美国国外的产品有美国LINCOLNLINCOLN、奥地利、奥地利BOHLERBOHLER、法国、法国SAFSAF、日本神钢等的、日本神钢等的AWS A5.28 ER80S-GAWS A5.28 ER80S-G系列和系列和AWS AWS A5.18 ER70S-GA5.18 ER70S-G、 ER70S-6ER70S-6系列。系列。 熔化极气体保护焊时对焊接区保护简单、方熔化极气体保护焊时对
44、焊接区保护简单、方便，焊接区便于观察，生产效率高，易于实现全位便，焊接区便于观察，生产效率高，易于实现全位置焊，易于实现机械化和自动化焊接，因而在长输置焊，易于实现机械化和自动化焊接，因而在长输管道焊接中被广泛采用为自动化管道焊接中被广泛采用为自动化焊接方法。焊接方法。机械化程度高；机械化程度高；焊接效率高，劳动强度低。焊接效率高，劳动强度低。焊接过程稳定，焊接质量好。焊接过程稳定，焊接质量好。适合于平坦地段的大机组、流水作业，在恶劣的环适合于平坦地段的大机组、流水作业，在恶劣的环境条件下尤其具有潜力。境条件下尤其具有潜力。管道自动焊技术管道自动焊技术（1 1）管道自动焊概念）管道自动焊概念
45、一般来说，用自动焊接装置完成全部焊接操作的焊接方法称为自动焊，一般来说，用自动焊接装置完成全部焊接操作的焊接方法称为自动焊，因此，用管道自动焊接装置完成全部管道焊接操作的焊接方法称为管因此，用管道自动焊接装置完成全部管道焊接操作的焊接方法称为管道自动焊。管道自动焊是由电源、焊接小车和控制系统三大部分组成。道自动焊。管道自动焊是由电源、焊接小车和控制系统三大部分组成。焊接电源向电弧提高所需的能量；焊接小车的作用是焊丝的送进、送焊接电源向电弧提高所需的能量；焊接小车的作用是焊丝的送进、送气、焊枪的摆动和焊枪的移动等；控制系统的作用是将焊接电源和焊气、焊枪的摆动和焊枪的移动等；控制系统的作用是将焊接
46、电源和焊接小车结合起来，按设定的程序和参数控制焊接小车。接小车结合起来，按设定的程序和参数控制焊接小车。（2 2）管道自动焊的分类）管道自动焊的分类 管道自动焊的分类方法很多，如按焊接方法、保护气体种类、焊丝种管道自动焊的分类方法很多，如按焊接方法、保护气体种类、焊丝种类、电源种类、焊枪数量、焊接方向以及焊接位置等都可分类，这里类、电源种类、焊枪数量、焊接方向以及焊接位置等都可分类，这里主要对后两种做一说明。按焊接方向可分为：转动管道自动焊、上向主要对后两种做一说明。按焊接方向可分为：转动管道自动焊、上向管道自动焊和下向管道自动焊；按焊接位置分为：管道自动内焊和管管道自动焊和下向管道自动焊；按
47、焊接位置分为：管道自动内焊和管道自动外焊。道自动外焊。（3 3）管道自动焊的特点）管道自动焊的特点优点：电弧燃烧稳定，焊缝成形好，焊接接头少，焊接缺陷少，层间清优点：电弧燃烧稳定，焊缝成形好，焊接接头少，焊接缺陷少，层间清理方便，焊缝力学性能好，焊接效率高，操作简单，劳动强度低，有理方便，焊缝力学性能好，焊接效率高，操作简单，劳动强度低，有害烟尘少，焊接成本较低。害烟尘少，焊接成本较低。缺点：抗风能力差，焊接设备投入成本高，设备复杂维护保养和修理复缺点：抗风能力差，焊接设备投入成本高，设备复杂维护保养和修理复杂，对管口质量要求高，适用性较手工电弧焊差。杂，对管口质量要求高，适用性较手工电弧焊差
48、。 焊材类别焊材标准号用途纤维素型焊条AWS A 5.1 E6010手工电弧焊根焊AWS A 5.5 E8010-G手工电弧焊热焊低氢型焊条AWS A 5.5 E8018-GAWS A 5.5 E8018-Pl手工电弧焊填充焊盖面自保护药芯焊丝AWS A 5.29 E71T8-K6AWS A 5.29 E71T8-Ni2半自动焊填充焊盖面焊CO2气保护实芯焊丝AWS A 5.18 ER70S-6AWS A 5.18 ER70S-GSTT半自动根焊或内焊机根焊AWS A 5.18 ER70S-GAWS A 5.18 ER80S-G自动外焊机用填充盖面纤维素型焊条焊接，在小电流时易出现断弧、纤维素
49、型焊条焊接，在小电流时易出现断弧、粘条、电弧不稳等问题。因此纤维素焊条下向粘条、电弧不稳等问题。因此纤维素焊条下向焊对焊机静特性的要求主要体现在：要求静焊对焊机静特性的要求主要体现在：要求静特性曲线自然特性段至少达到特性曲线自然特性段至少达到50V50V以上。外以上。外拖电流数值要足够大，防止发生熔池边界不清拖电流数值要足够大，防止发生熔池边界不清及焊条与铁水粘连熄弧现象。适当提高静特及焊条与铁水粘连熄弧现象。适当提高静特性曲线的外拖拐点（性曲线的外拖拐点（15-20A15-20A），同时希望外拖），同时希望外拖曲线以斜率可调线性变化，保证熔滴小颗粒过曲线以斜率可调线性变化，保证熔滴小颗粒过渡
50、，减少飞溅。提高小电流（渡，减少飞溅。提高小电流（60-90A60-90A）焊接）焊接时的稳定性。时的稳定性。低氢型焊条对弧焊设备的要求较低，一般的直低氢型焊条对弧焊设备的要求较低，一般的直流弧焊设备即可满足要求。流弧焊设备即可满足要求。自保护药芯焊丝半自动焊时，要求焊接电源与送丝自保护药芯焊丝半自动焊时，要求焊接电源与送丝机具有良好的匹配特性，保证焊接过程稳定，飞溅机具有良好的匹配特性，保证焊接过程稳定，飞溅率低。目前较多使用的是美国率低。目前较多使用的是美国LINCOLNLINCOLN公司的公司的DC-DC-400400匹配匹配LN-23PLN-23P送丝机。送丝机。熔化极气体保护焊设备有
