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【摘 要】 随着石油天然气及石油化工工业的发展，以西气东输工程为标志，长输油气管道越来越向大口径、高压力输送方向发展。管道质量对管道长期安全运行和使用寿命至关重要。而焊接技术是长输管道建设中的关键技术。近年来我国在长输管道的焊接加工技术方面已经历传统的普通手工电弧焊接、手工焊条下向焊、半自动气体保护焊技术，目前长输施工中成熟的半自动气体保护下向焊已广泛推广使用。随着科学技术的进一步发展，自动焊已有了更进一步的发展和改善，将在工程施工建设中起到提高效率不可替代的作用。
【关键词】 长输；油气管道；焊接方法；选择应用；发展
1 长输管道现场施工条件对焊接要求
在一些环境恶劣的地区，限制了先进的焊接技术的应用。比如一些山区地带、水网地带。水网地带因空气湿度大，对焊材的烘干、保管、使用要求严格，现场焊接多采用纤维素焊条手弧焊，原因是纤维焊条比低氢型焊条在同等条件下气孔产生的傾向小。另一方面，山区地带、水网地带施工现场，自动、半自动焊接设备运用难度较大，而手工焊由于焊钳小，操作灵活简便，在满足焊缝力学性能的前提下，可根据现场条件选择可行的焊接方法。输油、输气管道的焊接施工常在野外作业，作业环境相对恶劣，因地制宜选择可行的焊接方法、选用合理的焊接工艺与加强质量控制是管道运输建设工程中的重要课题。
（1）野外流动施工对焊接质量的影响。由于长输管道随进度的变化施工作业点发生变化，所以增加了焊接质量的保证难度。
（2）气候环境对焊接质量影响。水网地带、沼泽地域等施工环境，风、雨、温度、湿度等自然环境对焊接质量产生影响。
（3）施工地形、地貌对焊接质量的影响。由于长输施工都会遇到各种地形地貌，其差异导致管焊缝位置多样化，接口组对条件差，焊缝间隙不易控制，强制组对会产生较大约束应力，有的施工投用后甚至产生开裂现象。所以因地制宜选择不同焊接方法满足工程需要。
（4）全位置焊接工况条件较多，施工场地狭窄、障碍物多，施焊不便。
（5）机械化的焊接方法在现场适用性差，先进焊接技术限制因素多。
2 长输管材现场焊接要求
2.1材质对焊接方法选用的要求
目前长输大量使用碳钢和低合金钢。碳钢管线焊接方法选用较多，但对低合金钢焊接方法选择要注意焊接线能量的输入。X70以上的管线钢要考虑焊丝的工艺性能、综合力学性能的满足程度。建议此类材质选用手工电弧焊、某些特殊的自动焊接方法。对于输送高含硫石油天然气采用INCONY合金、双相不锈钢时，精确控制焊接如输入量，对于SFA2205双相不锈钢，如果不能保证铁素体含量在25%～50%之间，将影响管道的耐腐蚀要求，自动焊是这类管道的首选焊接方法。
2.2规格对焊接方法选用的要求
长输管道施工管材规格、壁厚较多，对于小口径管道通常手工焊条下向焊、手工钨极氩弧焊较适宜，可采用手工氩弧焊打底，手工焊条下向焊填充盖面；但对于大口径厚壁管道，由于需大量增加焊接层道时，则考虑下向焊与上向焊结合的复合型焊接工艺。对于特殊条件限制或防腐蚀能力等特殊要求时，要根据具体要求和实际情况选用适宜的焊接方法。
3 结合国内西南输气管道及中亚管道长输浅谈长输管道焊接方法对比和应用
国内外长输管道施工中遇到的管道多自φ22.5×3.5～φ1219×30.2，了解先进技术、设备的推广应用，结合长输管道施工发展，合理选择可行的焊接方法、选用合理的焊接工艺，对于施工建设中管控质量、建设安全、掌控全局越来越起着至关重要的作用。
3.1中亚管道长输浅谈长输管道焊接方法应用
乌-中天然气管道项目是中亚天然气管道项目的一部分，管道起于土乌边境，至于乌哈边境，中亚管道工程是我国能源战略调整的重要部分，是国家新时期的钢铁丝绸之路，也是中国石油集团公司建设国际化能源大公司具有里程碑意义的一个重大项目，属沙丘地带。
图1 现场焊接
该工程由中国石油工程建设公司总承包，由中国石油管道局设计院设计，英国摩的监理公司进行监理，乌国质量监督局进行质量监督，施工质量要求高。
设计方采用ASME、API等国际标准规范和前苏联有关标准规范及乌国的有关法律法规；
工艺管道主要介质为天然气，设计压力为9.85Mpa，管道及管件主要材质为API 5L X70、API5L X60、API 5L GR. B、不锈钢等。其中材质为API 5L X70、API 5L X60 管道管径大、管壁厚度大、焊接难度高、厚壁管道焊后需进行热处理，属易燃易爆介质、高压管道。大口径管道主要规格包括φ 1219×30.2、φ 1067×25.4、φ 1067×19.1、φ 914×25.4等；
外部依托与施工前背景：本工程焊接量大，海外施工，社会依托条件差，不可预见因素多，施工组织困难；在以往的试焊中，多道焊接应力过大，曾出现焊后根部开裂现象，气孔、未熔合、夹渣等缺陷出现频率较高。且其它小口径管道焊接存在当地氬气资源不足、切割用气源不足、社会依托条件差等诸多困难，更增加了工期实现的困难；在现场安装条件下进行焊接，存在诸多不利因素，施工采用ASME、API等国际标准规范和前苏联有关标准规范及乌国的有关法律法规，100%射线无损检测，焊后需进行热处理，施工工序多，因此焊接质量对工期的按时实现具有举足轻重的作用。
经过现场经理和管理人员分析论证，本工程焊接量大、社会依托条件差。因此焊接方法选用，固定口留置是否适宜，避免强力组对导致焊后开裂等考虑尤其重要，经过现场合理调整，将大管道的固定口选在了45度斜口处，根据管道规格、施工环境、现场条件，选用了以药芯焊丝自保护半自动下向焊为主，因地制宜添加纤维素焊条下向焊、手工电弧焊、氩弧焊焊接方法。焊接方法包括氩弧焊、手工电弧焊上向焊接、氩电联焊、气体保护半自动下向焊及下向焊与上向焊结合的复合型焊接工艺等。根据现场选用的焊接方法做好焊接工艺评定，编制焊接作业工艺指导书、选拔合格焊工、做好焊前培训、严格进行焊接作业的质量监督检查，实施质量改进，避免了焊后根部开裂现象出现，降低气孔、未熔合、夹渣、烧穿等缺陷的出现频率，确保施工工艺先进、施工质量上乘，焊接工程目标圆满实现。 图2 现场斜450焊口焊接
斜450碰口焊口焊接方法选择：采用纤维素焊条下向焊/氬弧焊（联头焊口）进行根部焊道焊接，自保护药芯焊丝半自动下向焊进行填充焊和盖面焊；对于三通、弯头等管件组对的斜450焊口，考虑半自动下向焊焊把操作中有一定不便，选用氬弧焊进行根部焊道焊接，手把焊进行填充焊和盖面焊；考虑联头焊口内部管道清理困难或无法进行，故选用氬弧焊进行根部焊道焊接，半自动下向焊/手把焊进行填充焊和盖面焊。以上焊接过程均采用双人对称焊接，联头焊口需注意选用合适电流进行第二遍的焊接/热焊，防止烧穿缺陷的产生。
3.2国内外长输施工常用焊接方法优缺点比较
3.2.1手工电弧焊特点：①设备简单；②能进行全位置焊接适合焊接多种材料，焊钳小，操作灵活方便；③不足之处是生产效率低、劳动强度大；
3.2.2氩弧焊特点：①通过保护气体的保护作用，易获得较高质量的焊缝，背部焊缝无需清渣，易保证管内清洁度；②在很小电流情况下仍可稳定燃烧，特别适用于薄板材料焊接；③热源和填充焊丝可分别控制，可进行全方位焊接，也是实现单面焊双面成型的理想方法；④由于填充焊丝不通过电流，故不产生飞溅，焊缝成型美观。⑤交流氩弧焊可成功地焊接一些化学活泼性强的有色金属，如铝、镁及合金；⑥熔敷速度小、熔深浅、生产率低；⑦生产成本较高；⑧氩弧周围受气流影响较大，不易室外工作。
3.2.3纤维素焊条下向焊：①焊接速度快，效率高；②单面焊双面成形技术，焊缝根部成形饱满，电弧吹力大，焊道背面成形美观，抗风能力强，适于野外作业。③减少焊接材料的消耗，综合成本低；④由于采用多层多道焊，焊接速度快，线能量小，焊缝结晶组织细小，力学性能好，热影响区亦小，因而接头的综合性能优于“向上焊”工艺。
3.2.4药芯焊丝自保护半自动下向焊：①质量好，半自动焊可降低焊缝中的氢含量。同时，半自动焊热输入高，可降低焊缝冷却速度，有助于氢的逸出及减少和防止出现冷裂纹；②效率高，药芯焊丝把断续的焊接过程变为连续的生产方式；③熔化速度比纤维素手工下向焊提高15%～20%，焊渣薄，脱渣容易，减少了层间清渣时间；④综合成本低，仅是手弧焊的一半。
4 输油、输气长输管道焊接的发展状况、现场焊接方法前景
图3 管道自动焊焊接
输油、输气管道的焊接施工常在野外作业，传统的管道焊接操作技术均为向上施焊。操作时以平、仰焊点为界将环形焊口分成对称的两个半圆形焊口，从环形焊口底部引弧，向顶部焊接，经历仰一立一平的焊接顺序。由于焊接过程中焊接位置不断变化，操作困难，常出现根部第一层焊透不均匀，焊缝表面凹凸不平的焊道，焊接速度慢，生产效率低。长输管道下向焊技术自20世纪60年代引进我国以来，经过几十年的发展，目前已具有成熟的手工下向焊技术，半自动气体保护下向焊技术是目前普及应用的先进的管道焊接工艺。
5 结束语
目前在长输管道现场焊接施工中，半自动焊占有相当的比例，展望中国管道建设的发展前景，除西气东输外，陕京管道、中俄管道、煤浆管道、LNG管道、哈中管道等已运行或开工建设管道用钢向着高强度方向发展，需要更多的焊接技术支持。全自动气体保护焊技术与下向焊技术的结合作为长输管道焊接技术的发展趋势，将会在全国长输管道建设中大力推广。
自动焊技术由于焊接效率高，目前在普通管道试用阶段统计为人工焊接的4～5倍，并且劳动强度小、焊接过程受人为因素影响小等优点，将在大口径厚壁管道建设中具有很大潜力。目前自动焊根焊技术已解决，焊接效率已出现显著提高，随着配套设施的进一步完善焊接效率将有进一步提高。小口径管道可以采用手工焊进行焊接以外，在保证满足管道设计的焊缝冲击韧性要求下，闪光焊也将被引进普通管道焊接中，双联管焊接技术在条件允许的情况下，应推广应用。自动焊由于其特有的优点将成为管线施工的主要焊接方式。
【关键词】 长输；油气管道；焊接方法；选择应用；发展
1 长输管道现场施工条件对焊接要求
在一些环境恶劣的地区，限制了先进的焊接技术的应用。比如一些山区地带、水网地带。水网地带因空气湿度大，对焊材的烘干、保管、使用要求严格，现场焊接多采用纤维素焊条手弧焊，原因是纤维焊条比低氢型焊条在同等条件下气孔产生的傾向小。另一方面，山区地带、水网地带施工现场，自动、半自动焊接设备运用难度较大，而手工焊由于焊钳小，操作灵活简便，在满足焊缝力学性能的前提下，可根据现场条件选择可行的焊接方法。输油、输气管道的焊接施工常在野外作业，作业环境相对恶劣，因地制宜选择可行的焊接方法、选用合理的焊接工艺与加强质量控制是管道运输建设工程中的重要课题。
（1）野外流动施工对焊接质量的影响。由于长输管道随进度的变化施工作业点发生变化，所以增加了焊接质量的保证难度。
（2）气候环境对焊接质量影响。水网地带、沼泽地域等施工环境，风、雨、温度、湿度等自然环境对焊接质量产生影响。
（3）施工地形、地貌对焊接质量的影响。由于长输施工都会遇到各种地形地貌，其差异导致管焊缝位置多样化，接口组对条件差，焊缝间隙不易控制，强制组对会产生较大约束应力，有的施工投用后甚至产生开裂现象。所以因地制宜选择不同焊接方法满足工程需要。
（4）全位置焊接工况条件较多，施工场地狭窄、障碍物多，施焊不便。
（5）机械化的焊接方法在现场适用性差，先进焊接技术限制因素多。
2 长输管材现场焊接要求
2.1材质对焊接方法选用的要求
目前长输大量使用碳钢和低合金钢。碳钢管线焊接方法选用较多，但对低合金钢焊接方法选择要注意焊接线能量的输入。X70以上的管线钢要考虑焊丝的工艺性能、综合力学性能的满足程度。建议此类材质选用手工电弧焊、某些特殊的自动焊接方法。对于输送高含硫石油天然气采用INCONY合金、双相不锈钢时，精确控制焊接如输入量，对于SFA2205双相不锈钢，如果不能保证铁素体含量在25%～50%之间，将影响管道的耐腐蚀要求，自动焊是这类管道的首选焊接方法。
2.2规格对焊接方法选用的要求
长输管道施工管材规格、壁厚较多，对于小口径管道通常手工焊条下向焊、手工钨极氩弧焊较适宜，可采用手工氩弧焊打底，手工焊条下向焊填充盖面；但对于大口径厚壁管道，由于需大量增加焊接层道时，则考虑下向焊与上向焊结合的复合型焊接工艺。对于特殊条件限制或防腐蚀能力等特殊要求时，要根据具体要求和实际情况选用适宜的焊接方法。
3 结合国内西南输气管道及中亚管道长输浅谈长输管道焊接方法对比和应用
国内外长输管道施工中遇到的管道多自φ22.5×3.5～φ1219×30.2，了解先进技术、设备的推广应用，结合长输管道施工发展，合理选择可行的焊接方法、选用合理的焊接工艺，对于施工建设中管控质量、建设安全、掌控全局越来越起着至关重要的作用。
3.1中亚管道长输浅谈长输管道焊接方法应用
乌-中天然气管道项目是中亚天然气管道项目的一部分，管道起于土乌边境，至于乌哈边境，中亚管道工程是我国能源战略调整的重要部分，是国家新时期的钢铁丝绸之路，也是中国石油集团公司建设国际化能源大公司具有里程碑意义的一个重大项目，属沙丘地带。
图1 现场焊接
该工程由中国石油工程建设公司总承包，由中国石油管道局设计院设计，英国摩的监理公司进行监理，乌国质量监督局进行质量监督，施工质量要求高。
设计方采用ASME、API等国际标准规范和前苏联有关标准规范及乌国的有关法律法规；
工艺管道主要介质为天然气，设计压力为9.85Mpa，管道及管件主要材质为API 5L X70、API5L X60、API 5L GR. B、不锈钢等。其中材质为API 5L X70、API 5L X60 管道管径大、管壁厚度大、焊接难度高、厚壁管道焊后需进行热处理，属易燃易爆介质、高压管道。大口径管道主要规格包括φ 1219×30.2、φ 1067×25.4、φ 1067×19.1、φ 914×25.4等；
外部依托与施工前背景：本工程焊接量大，海外施工，社会依托条件差，不可预见因素多，施工组织困难；在以往的试焊中，多道焊接应力过大，曾出现焊后根部开裂现象，气孔、未熔合、夹渣等缺陷出现频率较高。且其它小口径管道焊接存在当地氬气资源不足、切割用气源不足、社会依托条件差等诸多困难，更增加了工期实现的困难；在现场安装条件下进行焊接，存在诸多不利因素，施工采用ASME、API等国际标准规范和前苏联有关标准规范及乌国的有关法律法规，100%射线无损检测，焊后需进行热处理，施工工序多，因此焊接质量对工期的按时实现具有举足轻重的作用。
经过现场经理和管理人员分析论证，本工程焊接量大、社会依托条件差。因此焊接方法选用，固定口留置是否适宜，避免强力组对导致焊后开裂等考虑尤其重要，经过现场合理调整，将大管道的固定口选在了45度斜口处，根据管道规格、施工环境、现场条件，选用了以药芯焊丝自保护半自动下向焊为主，因地制宜添加纤维素焊条下向焊、手工电弧焊、氩弧焊焊接方法。焊接方法包括氩弧焊、手工电弧焊上向焊接、氩电联焊、气体保护半自动下向焊及下向焊与上向焊结合的复合型焊接工艺等。根据现场选用的焊接方法做好焊接工艺评定，编制焊接作业工艺指导书、选拔合格焊工、做好焊前培训、严格进行焊接作业的质量监督检查，实施质量改进，避免了焊后根部开裂现象出现，降低气孔、未熔合、夹渣、烧穿等缺陷的出现频率，确保施工工艺先进、施工质量上乘，焊接工程目标圆满实现。 图2 现场斜450焊口焊接
斜450碰口焊口焊接方法选择：采用纤维素焊条下向焊/氬弧焊（联头焊口）进行根部焊道焊接，自保护药芯焊丝半自动下向焊进行填充焊和盖面焊；对于三通、弯头等管件组对的斜450焊口，考虑半自动下向焊焊把操作中有一定不便，选用氬弧焊进行根部焊道焊接，手把焊进行填充焊和盖面焊；考虑联头焊口内部管道清理困难或无法进行，故选用氬弧焊进行根部焊道焊接，半自动下向焊/手把焊进行填充焊和盖面焊。以上焊接过程均采用双人对称焊接，联头焊口需注意选用合适电流进行第二遍的焊接/热焊，防止烧穿缺陷的产生。
3.2国内外长输施工常用焊接方法优缺点比较
3.2.1手工电弧焊特点：①设备简单；②能进行全位置焊接适合焊接多种材料，焊钳小，操作灵活方便；③不足之处是生产效率低、劳动强度大；
3.2.2氩弧焊特点：①通过保护气体的保护作用，易获得较高质量的焊缝，背部焊缝无需清渣，易保证管内清洁度；②在很小电流情况下仍可稳定燃烧，特别适用于薄板材料焊接；③热源和填充焊丝可分别控制，可进行全方位焊接，也是实现单面焊双面成型的理想方法；④由于填充焊丝不通过电流，故不产生飞溅，焊缝成型美观。⑤交流氩弧焊可成功地焊接一些化学活泼性强的有色金属，如铝、镁及合金；⑥熔敷速度小、熔深浅、生产率低；⑦生产成本较高；⑧氩弧周围受气流影响较大，不易室外工作。
3.2.3纤维素焊条下向焊：①焊接速度快，效率高；②单面焊双面成形技术，焊缝根部成形饱满，电弧吹力大，焊道背面成形美观，抗风能力强，适于野外作业。③减少焊接材料的消耗，综合成本低；④由于采用多层多道焊，焊接速度快，线能量小，焊缝结晶组织细小，力学性能好，热影响区亦小，因而接头的综合性能优于“向上焊”工艺。
3.2.4药芯焊丝自保护半自动下向焊：①质量好，半自动焊可降低焊缝中的氢含量。同时，半自动焊热输入高，可降低焊缝冷却速度，有助于氢的逸出及减少和防止出现冷裂纹；②效率高，药芯焊丝把断续的焊接过程变为连续的生产方式；③熔化速度比纤维素手工下向焊提高15%～20%，焊渣薄，脱渣容易，减少了层间清渣时间；④综合成本低，仅是手弧焊的一半。
4 输油、输气长输管道焊接的发展状况、现场焊接方法前景
图3 管道自动焊焊接
输油、输气管道的焊接施工常在野外作业，传统的管道焊接操作技术均为向上施焊。操作时以平、仰焊点为界将环形焊口分成对称的两个半圆形焊口，从环形焊口底部引弧，向顶部焊接，经历仰一立一平的焊接顺序。由于焊接过程中焊接位置不断变化，操作困难，常出现根部第一层焊透不均匀，焊缝表面凹凸不平的焊道，焊接速度慢，生产效率低。长输管道下向焊技术自20世纪60年代引进我国以来，经过几十年的发展，目前已具有成熟的手工下向焊技术，半自动气体保护下向焊技术是目前普及应用的先进的管道焊接工艺。
5 结束语
目前在长输管道现场焊接施工中，半自动焊占有相当的比例，展望中国管道建设的发展前景，除西气东输外，陕京管道、中俄管道、煤浆管道、LNG管道、哈中管道等已运行或开工建设管道用钢向着高强度方向发展，需要更多的焊接技术支持。全自动气体保护焊技术与下向焊技术的结合作为长输管道焊接技术的发展趋势，将会在全国长输管道建设中大力推广。
自动焊技术由于焊接效率高，目前在普通管道试用阶段统计为人工焊接的4～5倍，并且劳动强度小、焊接过程受人为因素影响小等优点，将在大口径厚壁管道建设中具有很大潜力。目前自动焊根焊技术已解决，焊接效率已出现显著提高，随着配套设施的进一步完善焊接效率将有进一步提高。小口径管道可以采用手工焊进行焊接以外，在保证满足管道设计的焊缝冲击韧性要求下，闪光焊也将被引进普通管道焊接中，双联管焊接技术在条件允许的情况下，应推广应用。自动焊由于其特有的优点将成为管线施工的主要焊接方式。