摘要：X90管线钢以其高的强韧性、低的韧脆转变温度以及良好的耐腐蚀性能在油气管道建设中有着广阔的应用前景。管线钢焊接是管道生产和现场铺设的关键技术，在焊接过程中，焊接热循环对焊缝组织成分产生影响，引起焊缝性能变化，影响管道的使用寿命，研究X90管线钢的焊接技术显得尤为必要。
关键词：石油；管线钢；性能；焊接
1引言
石油天然气是国民经济的重要战略物资，能源的增长加上结构优化调整，带动了石油大然气工业的全面发展。国内外油气输送主要依靠管道，高性能管线钢研究面临的各种问题堕待解决，多种管线钢正处于试验研究阶段。我国自2000年启动“西气东输”一线工程，使用Q235热轧钢带和16Mn高强度热轧钢带螺旋焊接钢管，到二线、三线土程采用的X80管线钢，以及将在四、五线上程中大量应用的X90管线钢，均涉及管线钢的焊接问题。由于国内对油气需求不断增加，油气输送管线钢正朝着大管径、高压富气、高冲击韧性和抗腐蚀的方向发展。
我国是世界第二大经济体，也是世界第二大能源消费国，我国的油气管道，特别是天然气管道的现有规模与我国的经济总量不相称，我国的油气管道建设发展空间巨大。随着世界经济的发展以及人类环保意识的增强，对清洁能源的需求急剧增长，天然气长输管道的输送压力也不断提高，目前己上升到了15MPa-20MPa。
2管线钢焊接技术
由于油气田所处环境大多是地理、气候、地质条件恶劣，社会依托条件较差的地方，现场焊接时，焊接位置为管水平固定或倾斜固定对接或其它复杂多变的位置，包括平焊、立焊、仰焊、横焊或全位置等焊接位置，所以对焊工的操作技术提出了更高、更严的要求。管线钢的焊接性不仅取决于它的化学成分，而且也取决于特定的焊接工艺条件。随着管线钢强度级别的提高、合金元素含量的增加以及焊接工艺条件的变化，其焊接性也发生变化。焊接性通常表现为二个方面的问题：一是焊接引起的各种缺陷，对管线钢来说主要是焊接气孔和焊接裂纹问题；二是焊接时材料性能的变化。
3 X90管线钢焊接工艺制定
3.1焊接方法
管道焊接主要分为管线钢的制造和现场施工焊接。管道现场施工焊接采用的主要方法有：纤维素焊条和自保护药芯焊丝半自动焊的组合工艺（SMAW+FCAW，通常称为半自动焊）、富氢混合气体保护自动焊工艺（GMAW，通常称为自动焊）、纤维素焊条和低氢焊条的组合工艺（SMAW，通常称为手工焊），STT半自动根焊、RNiD半自动根焊、埋弧焊双联管技术等。其中，自保护药芯焊丝半自动焊工艺的施工配套机具简单，施工占地面积小，对各种不同施工环境的适应能力很强，是目前管道焊接施工中一种重要的焊接工艺。而自动焊工艺的施工配套机具复杂，施工占地面积较大，一般适用于平坦开阔地区的大机组作业。焊条电弧焊的施工配套机具最简单，适合于单兵作业。STT半自动根焊过程较为稳定、焊缝成形好、熔敷效率高、热输入量较小以及一次焊接合格率高等特点。但对焊接接头对口质量有较高要求，并且需要良好的防风设备，此外较小的热输入也极易产生侧壁未熔合等缺陷。RMD根焊技术是在“西气东输”二线工程建设中首次用于管道施工的根焊技术，其根焊速度快，质量高。
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3.2焊接接头坡口设计
焊接接头主要有对接、角接、T形接和搭接，在焊接前需对接头切开焊接坡口，使热源到达焊缝底部，防止未焊透，还可以调节填充金属与母材熔化金属的比例，形成良好的焊缝。合理的坡口形式直接决定焊缝的成型质量，坡口的选择，主要取决于母材的厚度、焊接方法和工艺要求。常见焊接坡口形式有I形、V形、X形、K型、U形和双U形等，选择时应注意：
（1）尽量减少填充金属量；
（2）坡口形状容易加工；
（3）便于焊接操作和清渣；
（4）焊后变形和应力尽可能小。
3.3焊前预热及层间温度控制
当焊件容易出现焊接冷裂纹时，应对母材进行焊前预热，目的是使焊缝金属的实际冷却速度低于该种钢的临界冷却速度，从而减少淬硬组织的形成，还可以降低接头应力，改善接头性能，并且预热温度在100℃以上均有利于焊件水分的蒸发，有利于扩散氢的逸出。
在多层多道焊时，下一焊道会对前一相邻焊道的温度造成影响。控制层间温度上限的目的，是防止处于1100℃以上的温度内停留时间过长，而引起焊接接头晶粒粗化严重，塑性、韧性指标降低。控制层间温度下限的目的，是为了防止冷速太快而形成淬硬组织和影响扩散氢的逸出。多层焊或多层多道焊时，在后续焊层（或焊道）施焊前，先焊焊层或焊道所应保持的温度，称层间温度。
对要求焊前预热的焊件，其层间温度应等于或略高于预热温度，否则就应重新加热到要求温度。经验表明，适当提高层间温度，有利干焊接风扩散氢的逸出，且可适当降低预热温度。但层间温度过高，会引起一些热敏感材料接头组织与性能的恶化，如产生过热组织和造成晶粒粗大，使韧性急剧降低。焊接前用温度检测仪对焊缝各个部位的温度进行检测；焊接过程中应对各焊层的层间温度进行控制，保证对下层焊道进行预热的同时避免因温度过高而造成产生粗大组织，根据以往焊接工艺的经验，同时考虑到现场的可操作性，层间温度应控制在150-250℃。
3.4焊接材料的选择
焊接材料的选用原则通常要求焊缝金属与母材等强度，应选用抗拉强度等于或稍高于母材的强度的焊条，焊缝金属的主要合金成分与母材金属相同或相近；被焊结构刚性较大，接头应力高，焊缝容易产生裂纹的情况下，可以考虑选用比母材强度低一级的焊条；当母材中C、S、P等元素含量偏高，焊缝容易产生裂纹，应选用抗裂性能好的低氢焊接材料。因此，选择焊接材料时必须考虑到两方面的问题：一要焊缝不易产生缺陷；二要满足使用性能的要求。
结束语：
综上所述，管道输送压力的提高对管线钢管材质提出了更高要求，所以提高钢级和输送压力是天然气管道建设发展的强劲趋势，为实现提高管道输送效率、降低管道建设和运行成本的目标，研发更高级别的管线钢及管线管是大势所趋。
参考文献：
[1]马家鑫，皇甫严凯，杨专钊，等.油气输送钢管硫化物应力腐蚀开裂试验评定标准探讨[J].焊管，2013，36（3）：61-64.
[2]申坤，王斌.TRIP效应在基于应变设计的大变形管线钢中的应用[J].焊管，2013，36（3）：11-14.
论文作者:张立军1,吕俊峰2,张军3
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/18
标签：管线论文; 温度论文; 管道论文; 焊条论文; 油气论文; 性能论文; 金属论文; 《基层建设》2019年第8期论文;