1、1 1、國內外壓力管道的發展過程、國內外壓力管道的發展過程2 2、壓力管道用鋼及制管、壓力管道用鋼及制管3 3、壓力管道焊接施工、壓力管道焊接施工4 4、焊接應力和變形、焊接應力和變形5 5、焊接工藝評定、焊接工藝評定6 6、焊接質量控制、焊接質量控制7 7、管道的在線焊接及修復管道的在線焊接及修復 與公路、水道、鐵路以及航空運輸相比，管道運輸成本最低。系統化 網絡化人類離不開管道 人體內的管道和容器、生活、交流1.1 1.1 國外壓力管道的發展歷史國外壓力管道的發展歷史1.2 1.2 我國早期的輸油管道和輸氣管道我國早期的輸油管道和輸氣管道1.3 1.3 我國已經建成和將要建設的管道工我國已

2、經建成和將要建設的管道工程程18651865年在美國賓夕法尼亞州建立了第一條輸油管道，直徑年在美國賓夕法尼亞州建立了第一條輸油管道，直徑50mm50mm，全長，全長9km9km，材質是絲扣連接的鑄鐵管。，材質是絲扣連接的鑄鐵管。18741874年該州年該州又建立了一條直徑又建立了一條直徑100mm100mm，長度，長度96km96km的管道，開始了與鐵的管道，開始了與鐵路的競爭。路的競爭。在第一次世界大戰前，機械接頭也由焊接取代。第二次世在第一次世界大戰前，機械接頭也由焊接取代。第二次世界大戰期間，美國政府資助建立了一條直徑界大戰期間，美國政府資助建立了一條直徑630mm630mm，全長，全長

3、2240km2240km的成品油管道。的成品油管道。美國美國19771977年建成投產的橫貫阿拉斯加的原油管道，全長年建成投產的橫貫阿拉斯加的原油管道，全長1276.8km1276.8km，管徑，管徑1220mm1220mm，是世界上第一條進入北極地區的，是世界上第一條進入北極地區的原油管道，其中原油管道，其中615km615km采用高架鋪設。采用高架鋪設。原蘇聯原蘇聯19641964年建設的第一條年建設的第一條“友誼友誼”輸油管道，第輸油管道，第一次采用一次采用1020mm1020mm管徑的鋼管，全長管徑的鋼管，全長5500km5500km。19771977年年又修建了第二條又修建了第二條“

4、友誼友誼”輸油管道，全長輸油管道，全長4412km4412km，管徑管徑1220mm1220mm。 19831983年烏連戈伊年烏連戈伊- -波馬雷波馬雷- -烏連戈羅德干線投入使用，烏連戈羅德干線投入使用，這條管道第一次把蘇聯的天然氣送到了西歐。該管這條管道第一次把蘇聯的天然氣送到了西歐。該管道長達道長達4450km4450km，直徑，直徑1420mm1420mm，工作壓力，工作壓力7.5MPa7.5MPa。經。經過水域、河流、森林、永凍土區，施工難度，管徑，過水域、河流、森林、永凍土區，施工難度，管徑，里程，泵站數量，輸量均堪稱世界之最。這條管道里程，泵站數量，輸量均堪稱世界之最。這條管道

5、充分顯示了原蘇聯在管道設計和建造方面的實力。充分顯示了原蘇聯在管道設計和建造方面的實力。在西伯利亞、北極區的管道鋪設得益于閃光對焊技在西伯利亞、北極區的管道鋪設得益于閃光對焊技術的應用。術的應用。19831983年投產的沙特阿拉伯的東西原油管道，引起各年投產的沙特阿拉伯的東西原油管道，引起各國注意。這條管道自東向西橫貫沙特阿拉伯中部地國注意。這條管道自東向西橫貫沙特阿拉伯中部地區，全長區，全長1202km1202km，管徑，管徑1220mm1220mm，穿越了浩瀚的沙漠，穿越了浩瀚的沙漠地區。地區。隨著英國北海油田的開發，興建了一批海洋原油管隨著英國北海油田的開發，興建了一批海洋原油管道，總長

6、度達道，總長度達40004000余公里，在深余公里，在深100100多米的海底鋪多米的海底鋪設。設。 這些管道的成功建設，標志著管道已可以通過極為這些管道的成功建設，標志著管道已可以通過極為復雜的地質、地理條件與氣候惡劣的地區。復雜的地質、地理條件與氣候惡劣的地區。 我國的第一條長輸管道是我國的第一條長輸管道是19571957年建設的克拉瑪依到年建設的克拉瑪依到獨山子的輸油管道，管徑獨山子的輸油管道，管徑150mm150mm，全長，全長147km147km。19651965年勝利油田開始建設由東營至辛店煉油廠的輸年勝利油田開始建設由東營至辛店煉油廠的輸油管道，管徑油管道，管徑426mm426m

7、m，全長約，全長約80km80km，是我國第一次，是我國第一次在鹽堿腐蝕地帶建設的原油管道。在鹽堿腐蝕地帶建設的原油管道。19701970年年8 8月月3 3日，國家批準在東北地區興建著名的日，國家批準在東北地區興建著名的“八三管道工程八三管道工程”，干線全長，干線全長593km593km，管徑，管徑720mm720mm。解放后鋪設的第一條輸氣管道，是解放后鋪設的第一條輸氣管道，是19581958年建成的四年建成的四川省永川黃瓜山氣田至永川化工廠的原料天然氣管川省永川黃瓜山氣田至永川化工廠的原料天然氣管道，全長道，全長20km20km，管徑，管徑159mm159mm。隨著四川天然氣工業。隨著四

8、川天然氣工業的迅速發展，從的迅速發展，從19631963年至年至19841984年陸續建設形成了四年陸續建設形成了四川地區輸氣干、支線延展總長度達川地區輸氣干、支線延展總長度達3525km3525km，可與，可與5454個氣田相連接，承擔著向川、滇、黔個氣田相連接，承擔著向川、滇、黔3 3省省1313個地區個地區600600多個用戶的供氣任務。多個用戶的供氣任務。7070年代后，隨著油田天然氣的開發，大慶、遼河、年代后，隨著油田天然氣的開發，大慶、遼河、華北、勝利、大港、中原等油田，都相應建成了一華北、勝利、大港、中原等油田，都相應建成了一批向城市供氣的長距離輸氣管道。批向城市供氣的長距離輸氣

9、管道。西氣東輸工程，近西氣東輸工程，近39003900公里。公里。澀寧蘭輸氣管道工程，全長澀寧蘭輸氣管道工程，全長950950公里。公里。忠縣至武漢輸氣管道工程，全長忠縣至武漢輸氣管道工程，全長760760公里。公里。邯鄲至石家莊至涿州輸氣管道工程，全長邯鄲至石家莊至涿州輸氣管道工程，全長362362公里。公里。陜京輸氣工程復線，全長近陜京輸氣工程復線，全長近900900公里公里濟寧聯絡線，全長濟寧聯絡線，全長10001000多公里多公里2.1 2.1 鋼材的力學性能鋼材的力學性能2.2 2.2 管線鋼的發展歷史管線鋼的發展歷史2.3 2.3 管線鋼按組織分類管線鋼按組織分類2.4 2.4 相

10、關標準中鋼號的含義相關標準中鋼號的含義2.5 2.5 管道工業的發展方向管道工業的發展方向2.6 2.6 焊管的生產焊管的生產2.7 2.7 西氣東輸工程用鋼管情況西氣東輸工程用鋼管情況2.8 2.8 壓力管道用其它鋼管壓力管道用其它鋼管 鋼材在一定的溫度條件和外力作用下抵抗鋼材在一定的溫度條件和外力作用下抵抗變形和斷裂的能力，稱為力學性能。變形和斷裂的能力，稱為力學性能。常規力學性能，如強度、塑性、硬度和韌性等。常規力學性能，如強度、塑性、硬度和韌性等。高溫性能，如抗蠕變性能、持久強度、瞬時強高溫性能，如抗蠕變性能、持久強度、瞬時強度和熱疲勞性等。度和熱疲勞性等。低溫性能，如低溫沖擊韌性、脆

11、性轉變溫度等。低溫性能，如低溫沖擊韌性、脆性轉變溫度等。屈服強度：屈服強度：s s N/mmN/mm2 2或或KN/mmKN/mm2 2抗拉強度：抗拉強度：b b N/mmN/mm2 2或或KN/mmKN/mm2 2延伸率：延伸率：5 5或或10 10 % %斷面收縮率：斷面收縮率： % %硬度：硬度：HB HR HV HLHB HR HV HL沖擊韌性：沖擊韌性：a ak k J JC C、MnMn、SiSi型普通碳素鋼型普通碳素鋼 早期的管線鋼一直采用早期的管線鋼一直采用C C、MnMn、SiSi型的普通碳型的普通碳素鋼，在冶金上側重于性能，對化學成分沒有嚴格素鋼，在冶金上側重于性能，對化

12、學成分沒有嚴格的規定，鋼的屈服強度一般為的規定，鋼的屈服強度一般為295295360MPa360MPa。 低合金高強鋼（低合金高強鋼（HSLAHSLA） 自自6060年代開始，隨著輸油、氣管道輸送壓力和年代開始，隨著輸油、氣管道輸送壓力和管徑的增大，開始采用低合金高強鋼（管徑的增大，開始采用低合金高強鋼（HSLAHSLA），主），主要以熱軋及正火狀態供貨。這類鋼的化學成分：要以熱軋及正火狀態供貨。這類鋼的化學成分：C0.2%C0.2%，合金元素，合金元素3 35%5%。 API 5L X56API 5L X56、X60X60、X65X65微合金控軋鋼微合金控軋鋼 隨著管線鋼的進一步發展，到隨著

13、管線鋼的進一步發展，到6060年代末年代末7070年年代初，美國石油組織在代初，美國石油組織在API 5LXAPI 5LX和和API 5LSAPI 5LS標準中標準中提出了微合金控軋鋼提出了微合金控軋鋼X56X56、X60X60、X65X65三種鋼，屈服三種鋼，屈服強度提高到強度提高到392392457MPa457MPa。這種鋼突破了傳統鋼的。這種鋼突破了傳統鋼的觀念，碳含量為觀念，碳含量為0.1-0.14%0.1-0.14%，在鋼中加入，在鋼中加入0.2%0.2%的的NbNb、V V、TiTi等合金元素，并通過控軋工藝使鋼的力等合金元素，并通過控軋工藝使鋼的力學性能得到顯著改善。學性能得到顯

14、著改善。 多元微合金化控軋控冷鋼多元微合金化控軋控冷鋼 到到19731973年和年和19851985年，年，APIAPI標準又相繼增加了標準又相繼增加了X70X70（屈服強度達（屈服強度達482MPa482MPa）和）和X80X80鋼，而后又開發了鋼，而后又開發了X100X100管線鋼，碳含量降到管線鋼，碳含量降到0.01-0.04%0.01-0.04%，碳當量相，碳當量相應地降到應地降到0.350.35以下，屈服強度達以下，屈服強度達551.2551.2689MPa689MPa，真正出現了現代意義上的多元微合金化控軋控冷真正出現了現代意義上的多元微合金化控軋控冷鋼。鋼。 鐵素體鐵素體珠光體鋼

15、：基本成分是珠光體鋼：基本成分是C-MnC-Mn，采用熱軋，采用熱軋正火生產工藝。正火生產工藝。少珠光體鋼：基本成分是少珠光體鋼：基本成分是Mn-NbMn-Nb、Mn-VMn-V、Mn-Nb-VMn-Nb-V等。為微合金控軋鋼，通過晶粒細化和等。為微合金控軋鋼，通過晶粒細化和NbNb、V V第二第二相的沉淀強化可獲得較好的強韌配合。相的沉淀強化可獲得較好的強韌配合。針狀鐵素體鋼：典型成分為針狀鐵素體鋼：典型成分為C-Mn-Nb-MoC-Mn-Nb-Mo。通過微。通過微合金化和控制軋制，綜合利用晶粒細化、微合金合金化和控制軋制，綜合利用晶粒細化、微合金化元素的析出相和位錯亞結構的強化效應來提高化

16、元素的析出相和位錯亞結構的強化效應來提高屈服強度和沖擊韌性。屈服強度和沖擊韌性。超低碳貝氏體鋼：典型成分為超低碳貝氏體鋼：典型成分為Mn-Nb-Mo-B-TiMn-Nb-Mo-B-Ti。在。在保證優良的低溫韌性和焊接性的前提下，通過適當保證優良的低溫韌性和焊接性的前提下，通過適當提高合金元素的含量和進一步控軋與控冷工藝顯著提高合金元素的含量和進一步控軋與控冷工藝顯著提高屈服強度（提高屈服強度（700-800MPa700-800MPa）。代表鋼種）。代表鋼種X80X80鋼。鋼。低碳索氏體鋼是未來管線鋼的發展方向，具有更高低碳索氏體鋼是未來管線鋼的發展方向，具有更高的強韌性，通過淬火的強韌性，通過

17、淬火+ +回火的熱處理工藝形成低碳回火的熱處理工藝形成低碳索氏體，以滿足厚壁、高強度和足夠韌性的綜合要索氏體，以滿足厚壁、高強度和足夠韌性的綜合要求。求。 美國石油學會標準美國石油學會標準API Spec 5LAPI Spec 5L管線管規范管線管規范 X70 X70：強度等級為：強度等級為70,00070,000磅磅/ /平方英寸平方英寸 A A、B B、X X石油天然氣工業輸送鋼管交貨技術條件石油天然氣工業輸送鋼管交貨技術條件 第第2 2部分：部分：B B級鋼管級鋼管GB9711GB9711與與ISO3183ISO3183等效采用。等效采用。 L485L485：屈服強度等級為：屈服強度等級

18、為485MPa485MPa。 L360NBL360NB A:A:相當于相當于API 5LAPI 5L（1 1）規定的基本的質量要求。）規定的基本的質量要求。B:B:不同于基本質量要求或除基本質量要求之外不同于基本質量要求或除基本質量要求之外的其他要求，如韌性、無損檢測方面的內容。的其他要求，如韌性、無損檢測方面的內容。C:C:某些特殊用途，對鋼管的質量和試驗有著非某些特殊用途，對鋼管的質量和試驗有著非常嚴格的要求。常嚴格的要求。N:N:交貨狀態為形變正火狀態。即最終形變在一定交貨狀態為形變正火狀態。即最終形變在一定溫度范圍內完成，使材料狀態與正火處理后的溫度范圍內完成，使材料狀態與正火處理后的

19、性能相當。即使再經正火處理，力學性能的規性能相當。即使再經正火處理，力學性能的規定值保持不變。定值保持不變。M:M:交貨狀態為形變熱處理。即最終形變在一定溫交貨狀態為形變熱處理。即最終形變在一定溫度范圍內完成，使材料具有單獨采用熱處理無度范圍內完成，使材料具有單獨采用熱處理無法達到或重復的某些性能。若隨后加熱至法達到或重復的某些性能。若隨后加熱至580580以上會降低強度值。以上會降低強度值。Q:Q:交貨狀態為淬火加回火。即先奧氏體化，然后交貨狀態為淬火加回火。即先奧氏體化，然后進行冷卻，得到馬氏體或貝氏體，再進行一次進行冷卻，得到馬氏體或貝氏體，再進行一次或多次加熱、保溫，適當的速度冷卻，以

20、達到或多次加熱、保溫，適當的速度冷卻，以達到規定的性能。規定的性能。鋼級鋼級（按（按GB/T 9711.1或或9711.2）鋼級鋼級（按（按ANSI/API 5L）L175（、類）類）A25（、類）類）L210AL245BL290X42L320X46L360X52L390X56L415X60L450X65L485X70L555X80在一定條件下提高輸送壓力。在一定條件下提高輸送壓力。擴大管道直徑可以增加經濟效益。擴大管道直徑可以增加經濟效益。在保證可焊性和沖擊韌性的前提下，管材的強度有在保證可焊性和沖擊韌性的前提下，管材的強度有了很大提高。了很大提高。 長距離大動脈長距離大動脈目前國外建設的一

21、些大口徑管道多采用高強鋼，目前國外建設的一些大口徑管道多采用高強鋼，如阿拉斯加輸油、輸氣管道，北海油田的輸油管如阿拉斯加輸油、輸氣管道，北海油田的輸油管道均采用道均采用X65X65級鋼。原蘇聯及加拿大的輸氣管道均級鋼。原蘇聯及加拿大的輸氣管道均采用采用X70X70級鋼。級鋼。我國管線鋼的應用和起步較晚，過去已鋪設的油、我國管線鋼的應用和起步較晚，過去已鋪設的油、氣管線大部分采用氣管線大部分采用Q235Q235和和16Mn16Mn鋼。鋼。“六五六五”期間，期間，我國開始按照我國開始按照APIAPI標準研制標準研制X60X60、X65X65管線鋼，并成管線鋼，并成功地與進口鋼管一起用于管線敷設。功

22、地與進口鋼管一起用于管線敷設。9090年代初寶年代初寶鋼、武鋼又相繼開發了高強高韌性的鋼、武鋼又相繼開發了高強高韌性的X70X70管線鋼，管線鋼，并在西氣東輸工程、陜京二線工程中得到成功應并在西氣東輸工程、陜京二線工程中得到成功應用。用。國外已經有國外已經有X80X80鋼試驗段。目前應用到的最高強度鋼試驗段。目前應用到的最高強度級別為級別為X120,X120,在加拿大北部有在加拿大北部有2 2公里試驗段。公里試驗段。a.a.螺旋縫埋弧焊（螺旋縫埋弧焊（SSAWSSAW）b.b.直縫埋弧焊（直縫埋弧焊（LSAWLSAW）c.c.高頻直縫電阻焊（高頻直縫電阻焊（ERWERW）d.d.直縫雙面埋弧焊

23、管（直縫雙面埋弧焊管（UOEUOE）焊管生產過程焊管生產過程西氣東輸管道工程用鋼管為西氣東輸管道工程用鋼管為X70X70等級管線鋼，規格等級管線鋼，規格為為1016mm1016mm14.614.626.2mm26.2mm。 X70X70管線鋼除了含管線鋼除了含NbNb、V V、TiTi外，還加入了少量的外，還加入了少量的NiNi、CrCr、CuCu和和MoMo，其本質為針狀鐵素體型的高強、高韌，其本質為針狀鐵素體型的高強、高韌性管線鋼。性管線鋼。 生生產產廠廠 C C S Si i M Mn n C Cr r M Mo o N Ni i N Nb b V V T Ti i C Cu u P P

24、 S S P Pc cm m C Ce eq q 寶寶鋼鋼 0 0. .0 05 5 0 0. .2 20 0 1 1. .5 56 6 0 0. .0 02 26 6 0 0. .2 21 1 0 0. .1 14 4 0 0. .0 04 45 5 0 0. .0 03 32 2 0 0. .0 01 16 6 0 0. .1 18 8 0 0. .0 01 14 4 0 0. .0 00 02 29 9 0 0. .1 17 7 0 0. .3 39 9 武武鋼鋼 0 0. .0 05 5 0 0. .2 21 1 1 1. .5 55 5 0 0. .0 02 21 1 0 0. .2

25、 27 7 0 0. .2 23 3 0 0. .0 04 47 7 0 0. .0 03 38 8 0 0. .0 01 18 8 0 0. .2 21 1 0 0. .0 01 10 0 0 0. .0 00 02 22 2 0 0. .1 18 8 0 0. .4 41 1 日日本本 住住友友 0 0. .0 07 7 0 0. .1 15 5 1 1. .6 62 2 0 0. .0 02 2 0 0. .0 01 1 0 0. .2 20 0 0 0. .0 03 35 5 0 0. .0 05 5 0 0. .0 02 22 2 0 0. .2 28 8 0 0. .0 01 11

26、 1 0 0. .0 00 01 1 0 0. .1 18 8 0 0. .3 39 9 德德國國 0 0. .0 08 8 0 0. .2 27 7 1 1. .5 57 7 0 0. .0 06 6 0 0. .0 01 1 0 0. .0 03 3 0 0. .0 04 4 0 0. .0 07 7 0 0. .0 01 13 3 0 0. .0 03 3 0 0. .0 01 11 1 0 0. .0 00 01 1 0 0. .1 19 9 0 0. .3 37 7 要要求求值值 0 0. .0 09 9 0 0. .3 35 5 1 1. .6 65 5 0 0. .2 25 5

27、0 0. .3 30 0 0 0. .3 30 0 0 0. .0 08 8 0 0. .0 06 6 0 0. .0 02 25 5 0 0. .3 30 0 0 0. .0 02 20 0 0 0. .0 00 05 5 0 0. .2 21 1 0 0. .4 42 2 生產廠生產廠 壁厚（壁厚（mmmm） 取樣位置取樣位置 屈服強度屈服強度（MPaMPa） 抗拉強度抗拉強度(MPa)(MPa) 伸長率伸長率(%)(%) 沖擊韌性沖擊韌性 屈強比屈強比 寶鋼寶鋼 14.614.6 橫向橫向 525525 644644 3737 341J341J - -2020 0.820.82 武鋼武鋼

28、 14.614.6 橫向橫向 539539 659659 4242 402J402J - -2020 0.820.82 日本住友日本住友 2121 橫向橫向 532532 627627 40.940.9 297297 - -2020 0.850.85 德國德國 2121 橫向橫向 507507 607607 40.540.5 267267 - -2020 0.840.84 要求值要求值 485485- -620620 570570 與壁厚有關與壁厚有關 140140 - -2020 0.900.90 碳鋼及低合金鋼碳鋼及低合金鋼：20#,16Mn20#,16Mn，15MnNbR,15MnNbR

29、, A105 A105，Gr.BGr.B調質鋼：調質鋼：WHPY70WHPY70，WHPY65WHPY65，WHPY60,A694 F65 WHPY60,A694 F65 熱強鋼熱強鋼：16MnR, 12CrMo16MnR, 12CrMo，P355NH,P460NHP355NH,P460NH低溫鋼：低溫鋼：16MnD16MnD，16MnDR16MnDR，15MnNiDR 15MnNiDR A350 LF2, A333 Gr.6 A350 LF2, A333 Gr.6不銹鋼：不銹鋼：0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti AISI 316 AISI 3163.1 3.1 壓力管道焊接施工的特點

30、和發展壓力管道焊接施工的特點和發展3.2 3.2 主要應用的焊接工藝和焊接材料主要應用的焊接工藝和焊接材料3.3 3.3 常用的焊接設備常用的焊接設備3.4 3.4 焊接施工工序焊接施工工序復雜的氣候條件；復雜的氣候條件；不穩定的固定條件；不穩定的固定條件；全位置的操作條件；全位置的操作條件；焊接工藝的多樣化和適應性。焊接工藝的多樣化和適應性。 我國鋼質管道環縫焊接技術經歷了幾次大的變我國鋼質管道環縫焊接技術經歷了幾次大的變革：七十年代采用傳統焊接方法，低氫型焊條手工革：七十年代采用傳統焊接方法，低氫型焊條手工電弧焊上向焊技術；八十年代推廣手工電弧焊下向電弧焊上向焊技術；八十年代推廣手工電弧焊

31、下向焊技術，為纖維素焊條和低氫型焊條下向焊；九十焊技術，為纖維素焊條和低氫型焊條下向焊；九十年代應用自保護藥芯焊絲半自動焊技術；今天開始年代應用自保護藥芯焊絲半自動焊技術；今天開始全面推廣全位置機械化焊接技術。全面推廣全位置機械化焊接技術。焊條電弧焊上向焊（手工焊）焊條電弧焊上向焊（手工焊）焊條電弧焊下向焊（手工焊）焊條電弧焊下向焊（手工焊）自保護藥芯焊絲電弧焊下向焊（半自動焊）自保護藥芯焊絲電弧焊下向焊（半自動焊）熔化極氣體保護電弧焊下向焊熔化極氣體保護電弧焊下向焊 （半自動焊、機械化焊接）（半自動焊、機械化焊接）自動化焊接自動化焊接 這種焊接方法是我國這種焊接方法是我國2020世紀世紀70

32、70年代以年代以前管道焊接施工中采用的傳統的方法（即前管道焊接施工中采用的傳統的方法（即低氫型焊條上向焊技術）。目前，這種焊低氫型焊條上向焊技術）。目前，這種焊接方法主要用于返修焊接、連頭焊接，站接方法主要用于返修焊接、連頭焊接，站場焊接以及特殊地段、特殊焊縫的焊接。場焊接以及特殊地段、特殊焊縫的焊接。 這種焊接工藝方法使用的焊接材料主這種焊接工藝方法使用的焊接材料主要為國產的低氫型焊條，如要為國產的低氫型焊條，如E5015E5015，E5016E5016等。等。 上向焊下向焊下向焊焊條電弧焊下向焊是八十年代從美歐引進的焊焊條電弧焊下向焊是八十年代從美歐引進的焊接技術，其特點為采用薄層、多道、

33、快速焊的接技術，其特點為采用薄層、多道、快速焊的方法完成操作，合格率高，特別適合于大機組方法完成操作，合格率高，特別適合于大機組流水作業流水作業主要使用的焊接材料為纖維素型和低氫型下向主要使用的焊接材料為纖維素型和低氫型下向焊條。目前壓力管道建設中，下向焊工藝使用焊條。目前壓力管道建設中，下向焊工藝使用的焊條主要依靠進口。如奧地利的焊條主要依靠進口。如奧地利BOHLERBOHLER，美國，美國LINCOLNLINCOLN等。等。國內對于纖維素型焊條的開發工作已經有了很國內對于纖維素型焊條的開發工作已經有了很大的進展，初步具備了現場應用的條件。如洛大的進展，初步具備了現場應用的條件。如洛陽陽72

34、5725所，四川大西洋等的產品。而低氫型下向所，四川大西洋等的產品。而低氫型下向焊條基本上還是空白。焊條基本上還是空白。E6010E6010纖維素型焊條電弧吹力大，操作性能好，纖維素型焊條電弧吹力大，操作性能好，特別適合于單面焊雙面成型的根部焊接，是特別適合于單面焊雙面成型的根部焊接，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。低氫型焊條下向填充、蓋面焊接技術操作靈低氫型焊條下向填充、蓋面焊接技術操作靈活，適應性好。但對于大口徑、厚壁鋼管來活，適應性好。但對于大口徑、厚壁鋼管來說，勞動強度大，焊接效率低，另外對焊工說，勞動強度大，焊接效率低，另外對焊工的操作水平要求較

35、高，目前只應用在部分連的操作水平要求較高，目前只應用在部分連頭焊接和返修焊接中。頭焊接和返修焊接中。1.全纖維素型焊條下向焊 對于條件如區域性的長輸管道建設工程及一些水網地帶，自動或半自動焊接機具和設備因環境限制，不易進入的地區等情況多采用這種方法。同時，此法對焊機有一些要求：具有陡降外特性；外拖推力電流起作用時其數值要足夠大；要適當提高靜特性曲線外拖拐點。2.混合型下向焊技術 這項技術是指在長輸管道的現場組焊時，采用纖維素型焊條根焊和熱焊，填充和蓋面焊則采用低氫型焊條下向焊技術。此法主要用于鋼管級別較高的管道，如我國建設的陜京輸氣管道。由于長輸管道沿線環境條件惡劣，要求焊接接頭具有較好的低溫

36、沖擊韌性，通常的纖維素型焊接工藝難以達到高質量要求，而低氫型焊條的抗冷裂性和沖擊韌性較纖維素型焊條要好，因此，在盡可能提高效率的同時，為了保證根焊的質量、減少難度以及確保焊接接頭的力學性能，應選用混合型下向焊工藝。 3.復合型下向焊技術 復合型下向焊是指根焊道及熱焊道采用下向焊工藝，而填充和蓋面采用上向焊的工藝方法。主要應用于焊接壁厚較大的管道和穿越、連頭等焊縫。 （1）焊接生產率 下向焊時采用的焊條直徑大，焊接電流比上向焊大1/32/3，焊接速度比上向焊要大23倍，焊接線能量比上向焊低，而焊縫寬度和余高則比上向焊要小，因此，焊接生產率比上向焊提高30%50%。（2）焊縫外觀成形 下向焊焊縫余

37、高比上向焊小，焊趾處母材與焊道的過渡半徑比上向焊大，因此應力集中比上向焊小。（3）焊縫缺陷由于下向焊焊道層的厚度比上向焊薄，所以下向焊焊接產生的缺陷少，一般不易產生尺寸較大的焊接缺陷。 n焊條電弧焊靈活簡便、適應性強，同時由于焊條工藝性能的不斷改進，其熔敷效率、力學性能仍能滿足當今管道建設的需要。n焊條電弧焊包括纖維素和低氫焊條的應用。其下向焊和上向焊兩種方法的有機結合及纖維素焊條良好的根焊適應性在很多場合下是其它焊接方法所不能代替的。半自動焊半自動焊自保護藥芯焊絲半自動焊工藝是自保護藥芯焊絲半自動焊工藝是9090年代初從美年代初從美國引進的一種下向焊的焊接方法。最早應用于國引進的一種下向焊的

38、焊接方法。最早應用于庫鄯線管道工程中。經蘇丹管道、蘭成渝管道庫鄯線管道工程中。經蘇丹管道、蘭成渝管道和澀寧蘭管道等工程的應用，現已成為管道焊和澀寧蘭管道等工程的應用，現已成為管道焊接施工中主要焊接方法。接施工中主要焊接方法。操作靈活，全位置成型好，熔敷效率高，環境操作靈活，全位置成型好，熔敷效率高，環境適應能力強，焊工易于掌握，是目前管道施工適應能力強，焊工易于掌握，是目前管道施工的一種重要的填充、蓋面焊方法。的一種重要的填充、蓋面焊方法。主要使用的焊接材料為自保護藥芯焊絲。目前主要主要使用的焊接材料為自保護藥芯焊絲。目前主要依靠進口。如美國依靠進口。如美國HOBARTHOBART、LINCO

39、LNLINCOLN，瑞典，瑞典ELGAELGA等。等。國內對于自保護藥芯焊絲的開發工作已經有了很大國內對于自保護藥芯焊絲的開發工作已經有了很大的進展，初步具備了現場應用的條件。如天津金橋的進展，初步具備了現場應用的條件。如天津金橋的產品。的產品。技術特點技術特點焊接質量好：相同管徑的鋼管采用半自動焊接頭數比采用焊接質量好：相同管徑的鋼管采用半自動焊接頭數比采用焊條焊的少，所以焊接缺陷也較焊條電弧焊少。手工焊多焊條焊的少，所以焊接缺陷也較焊條電弧焊少。手工焊多采用纖維素型焊條，而自保護藥芯焊絲屬于低氫型，因此采用纖維素型焊條，而自保護藥芯焊絲屬于低氫型，因此可降低焊縫中的含氫量。此外，半自動焊的

40、熔深較大，降可降低焊縫中的含氫量。此外，半自動焊的熔深較大，降低了未熔合和夾渣產生的可能性。低了未熔合和夾渣產生的可能性。焊接效率高：藥芯焊絲的焊接屬于連續焊接，接頭非常少。焊接效率高：藥芯焊絲的焊接屬于連續焊接，接頭非常少。半自動焊熔敷量大，熔敷率為半自動焊熔敷量大，熔敷率為0.750.75，熔化速度為纖維素型，熔化速度為纖維素型焊條下向焊的焊條下向焊的1.51.52 2倍。此外，焊渣薄，容易脫渣。總之，倍。此外，焊渣薄，容易脫渣。總之，焊接綜合效率為焊條下向焊的焊接綜合效率為焊條下向焊的2 2倍。倍。設備和焊材造價高：用于自保護藥芯焊絲焊接的焊接設備設備和焊材造價高：用于自保護藥芯焊絲焊接

41、的焊接設備是焊條下向焊焊接設備的是焊條下向焊焊接設備的2 23 3倍，藥芯焊絲的價格也比倍，藥芯焊絲的價格也比下向焊焊條高。下向焊焊條高。綜合成本低：綜合焊接設備、焊材、焊接效率、熔敷率、綜合成本低：綜合焊接設備、焊材、焊接效率、熔敷率、焊工數量以及輔助工裝等因素，自保護藥芯焊絲要比焊條焊工數量以及輔助工裝等因素，自保護藥芯焊絲要比焊條下向焊的施工成本低。下向焊的施工成本低。 自保護藥芯焊絲半自動焊主要用來填充和蓋面。其特點為熔敷效率高，全位置成型好，環境適應能力強，焊工易于掌握，是目前管道施工的一種重要焊接工藝方法。一般根焊采用纖維素焊條手工根焊或STT半自動焊根焊。 STT焊接技術原理和特

42、點 STT（Surface Tension Transfer）是一種以表面張力為熔滴主要過渡力的熔化極氣體保護電弧焊。STT電源具有波形控制功能，可根據熔滴的不同過渡過程，控制電流和電壓的波形，即焊接電源能自動調節焊接電流和電弧電壓，使電弧獲得所需的瞬時熱量，從而確保焊接電弧的穩定燃燒和有效地控制焊縫成形。電流及電壓波形如圖：STT焊接電源電流和電壓波形圖 STT技術與常規的CO2氣體保護焊相比，基本消除了焊接時的飛濺，實現了電弧的穩定燃燒。STT焊接可以用CO2氣體作保護介質，也可以Ar和CO2的混合氣體作為保護介質。當保護介質為CO2時，熔池的流動性和熔透性較好，但焊縫的力學性能稍差；當采

43、用Ar和CO2的混合氣體作為保護介質時，熔池的流動性較差，但焊縫的力學性能好。STT焊接工藝的特點有：電弧燃燒穩定，引弧容易，煙塵和噪音小，飛濺很小，焊縫成形好，焊接成本較低，操作容易，抗風能力較差，焊接設備較貴。 熔化極氣體保護電弧焊有利于實現全位置焊接操作，熔化極氣體保護電弧焊有利于實現全位置焊接操作，易于進行管道機械化焊接。易于進行管道機械化焊接。目前壓力管道焊接施工中應用的有半自動焊方法和目前壓力管道焊接施工中應用的有半自動焊方法和機械化焊接方法。采用的保護氣體有氬氣、二氧化機械化焊接方法。采用的保護氣體有氬氣、二氧化碳氣，以及氬氣與二氧化碳的混合氣。碳氣，以及氬氣與二氧化碳的混合氣。

44、主要使用的焊接材料為實心焊絲。目前主要有錦州主要使用的焊接材料為實心焊絲。目前主要有錦州錦泰錦泰JM68JM68、JM58JM58，四川大西洋，四川大西洋CHW60CCHW60C、CHW50C8CHW50C8。國外的產品有美國國外的產品有美國LINCOLNLINCOLN、奧地利、奧地利BOHLERBOHLER、法國、法國SAFSAF、日本神鋼等的、日本神鋼等的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。 熔化極氣體保護焊時對焊接區保護簡單、方熔化極

45、氣體保護焊時對焊接區保護簡單、方便，焊接區便于觀察，生產效率高，易于實現全位便，焊接區便于觀察，生產效率高，易于實現全位置焊，易于實現機械化和自動化焊接，因而在長輸置焊，易于實現機械化和自動化焊接，因而在長輸管道焊接中被廣泛采用為自動化管道焊接中被廣泛采用為自動化焊接方法。焊接方法。機械化程度高；機械化程度高；焊接效率高，勞動強度低。焊接效率高，勞動強度低。焊接過程穩定，焊接質量好。焊接過程穩定，焊接質量好。適合于平坦地段的大機組、流水作業，在惡劣的環適合于平坦地段的大機組、流水作業，在惡劣的環境條件下尤其具有潛力。境條件下尤其具有潛力。管道自動焊技術管道自動焊技術（1 1）管道自動焊概念）管

46、道自動焊概念 一般來說，用自動焊接裝置完成全部焊接操作的焊接方法稱為自動焊，一般來說，用自動焊接裝置完成全部焊接操作的焊接方法稱為自動焊，因此，用管道自動焊接裝置完成全部管道焊接操作的焊接方法稱為管因此，用管道自動焊接裝置完成全部管道焊接操作的焊接方法稱為管道自動焊。管道自動焊是由電源、焊接小車和控制系統三大部分組成。道自動焊。管道自動焊是由電源、焊接小車和控制系統三大部分組成。焊接電源向電弧提高所需的能量；焊接小車的作用是焊絲的送進、送焊接電源向電弧提高所需的能量；焊接小車的作用是焊絲的送進、送氣、焊槍的擺動和焊槍的移動等；控制系統的作用是將焊接電源和焊氣、焊槍的擺動和焊槍的移動等；控制系統

47、的作用是將焊接電源和焊接小車結合起來，按設定的程序和參數控制焊接小車。接小車結合起來，按設定的程序和參數控制焊接小車。（2 2）管道自動焊的分類）管道自動焊的分類 管道自動焊的分類方法很多，如按焊接方法、保護氣體種類、焊絲種管道自動焊的分類方法很多，如按焊接方法、保護氣體種類、焊絲種類、電源種類、焊槍數量、焊接方向以及焊接位置等都可分類，這里類、電源種類、焊槍數量、焊接方向以及焊接位置等都可分類，這里主要對后兩種做一說明。按焊接方向可分為：轉動管道自動焊、上向主要對后兩種做一說明。按焊接方向可分為：轉動管道自動焊、上向管道自動焊和下向管道自動焊；按焊接位置分為：管道自動內焊和管管道自動焊和下向

48、管道自動焊；按焊接位置分為：管道自動內焊和管道自動外焊。道自動外焊。（3 3）管道自動焊的特點）管道自動焊的特點優點：電弧燃燒穩定，焊縫成形好，焊接接頭少，焊接缺陷少，層間清優點：電弧燃燒穩定，焊縫成形好，焊接接頭少，焊接缺陷少，層間清理方便，焊縫力學性能好，焊接效率高，操作簡單，勞動強度低，有理方便，焊縫力學性能好，焊接效率高，操作簡單，勞動強度低，有害煙塵少，焊接成本較低。害煙塵少，焊接成本較低。缺點：抗風能力差，焊接設備投入成本高，設備復雜維護保養和修理復缺點：抗風能力差，焊接設備投入成本高，設備復雜維護保養和修理復雜，對管口質量要求高，適用性較手工電弧焊差。雜，對管口質量要求高，適用性

49、較手工電弧焊差。 焊材類別焊材標準號用途纖維素型焊條AWS A 5.1 E6010手工電弧焊根焊AWS A 5.5 E8010-G手工電弧焊熱焊低氫型焊條AWS A 5.5 E8018-GAWS A 5.5 E8018-Pl手工電弧焊填充焊蓋面自保護藥芯焊絲AWS A 5.29 E71T8-K6AWS A 5.29 E71T8-Ni2半自動焊填充焊蓋面焊CO2氣保護實芯焊絲AWS A 5.18 ER70S-6AWS A 5.18 ER70S-GSTT半自動根焊或內焊機根焊AWS A 5.18 ER70S-GAWS A 5.18 ER80S-G自動外焊機用填充蓋面纖維素型焊條焊接，在小電流時易出

50、現斷弧、纖維素型焊條焊接，在小電流時易出現斷弧、粘條、電弧不穩等問題。因此纖維素焊條下向粘條、電弧不穩等問題。因此纖維素焊條下向焊對焊機靜特性的要求主要體現在：要求靜焊對焊機靜特性的要求主要體現在：要求靜特性曲線自然特性段至少達到特性曲線自然特性段至少達到50V50V以上。外以上。外拖電流數值要足夠大，防止發生熔池邊界不清拖電流數值要足夠大，防止發生熔池邊界不清及焊條與鐵水粘連熄弧現象。適當提高靜特及焊條與鐵水粘連熄弧現象。適當提高靜特性曲線的外拖拐點（性曲線的外拖拐點（15-20A15-20A），同時希望外拖），同時希望外拖曲線以斜率可調線性變化，保證熔滴小顆粒過曲線以斜率可調線性變化，保證

51、熔滴小顆粒過渡，減少飛濺。提高小電流（渡，減少飛濺。提高小電流（60-90A60-90A）焊接）焊接時的穩定性。時的穩定性。低氫型焊條對弧焊設備的要求較低，一般的直低氫型焊條對弧焊設備的要求較低，一般的直流弧焊設備即可滿足要求。流弧焊設備即可滿足要求。自保護藥芯焊絲半自動焊時，要求焊接電源與送絲自保護藥芯焊絲半自動焊時，要求焊接電源與送絲機具有良好的匹配特性，保證焊接過程穩定，飛濺機具有良好的匹配特性，保證焊接過程穩定，飛濺率低。目前較多使用的是美國率低。目前較多使用的是美國LINCOLNLINCOLN公司的公司的DC-DC-400400匹配匹配LN-23PLN-23P送絲機。送絲機。熔化極氣

52、體保護焊設備有國內和國外設備供選擇。熔化極氣體保護焊設備有國內和國外設備供選擇。焊接工藝評定管端坡口加工管口組對預熱根焊熱焊、填充蓋面無損檢測 清理管口清理管口 施工人員熟悉本工序的施工作業指導書施工人員熟悉本工序的施工作業指導書 合格焊工方能上崗合格焊工方能上崗 檢查設備，確認材料檢查設備，確認材料 管子級配管子級配一般地段采用溝上組焊，組對管口端部應設置穩固一般地段采用溝上組焊，組對管口端部應設置穩固的支撐。除連頭和彎管處，管道組裝應采用內對口的支撐。除連頭和彎管處，管道組裝應采用內對口器；器；坡地較長地段采用溝下組裝；坡地較長地段采用溝下組裝；組對時要求的項目：組對時要求的項目： 1、焊

53、后錯邊量；、焊后錯邊量； 2、對口間隙。、對口間隙。 預熱溫度預熱溫度 預熱寬度：壁厚的預熱寬度：壁厚的4倍，且不小于倍，且不小于150mm寬寬 預熱方法：火焰加熱，感應加熱預熱方法：火焰加熱，感應加熱 測溫方法：測溫筆，表面溫度計等測溫方法：測溫筆，表面溫度計等 若管口污染，應清除污染后重新預熱若管口污染，應清除污染后重新預熱 預熱完畢應立即施焊，保證焊接所需的溫度預熱完畢應立即施焊，保證焊接所需的溫度焊前檢查：焊前檢查： 材料檢驗，包括管道組成件和管道支承件，焊材料檢驗，包括管道組成件和管道支承件，焊接接 材料驗收、儲存和保管，保護氣體等。材料驗收、儲存和保管，保護氣體等。 組對檢查，包括

54、主要結構尺寸、坡口尺寸、坡組對檢查，包括主要結構尺寸、坡口尺寸、坡口表面質量等。口表面質量等。 施焊環境及預熱。施焊環境及預熱。焊接中間檢驗焊接中間檢驗 定位焊縫檢查，包括數量、長度、高度、形狀定位焊縫檢查，包括數量、長度、高度、形狀等。等。 焊接熱輸入量檢查，包括焊接電流、焊接電壓、焊接熱輸入量檢查，包括焊接電流、焊接電壓、焊接速度、送絲速度、保護氣體流量、擺動寬度等。焊接速度、送絲速度、保護氣體流量、擺動寬度等。 層間質量檢查，包括層數、道數、厚度、清理層間質量檢查，包括層數、道數、厚度、清理以及層間無損檢測等。以及層間無損檢測等。焊后檢驗焊后檢驗 外觀檢查，包括焊縫寬度、焊縫高度、咬邊、

55、外觀檢查，包括焊縫寬度、焊縫高度、咬邊、表面未熔合、表面未焊透、氣孔、夾渣等。表面未熔合、表面未焊透、氣孔、夾渣等。 無損檢測。無損檢測。 壓力及密封性試驗。壓力及密封性試驗。 破壞性試驗。破壞性試驗。壓力管道常用的無損檢測方法為：壓力管道常用的無損檢測方法為：射線探傷射線探傷RTRT爬行器爬行器超聲波探傷超聲波探傷UTUT滲透探傷滲透探傷PTPT4.1 4.1 壓力管道中焊接應力和變形的產生壓力管道中焊接應力和變形的產生4.24.2焊接殘余應力和變形的預防措施焊接殘余應力和變形的預防措施焊接時由于熱過程，以及焊件本身厚度、剛度和組焊接時由于熱過程，以及焊件本身厚度、剛度和組對等拘束條件的影響

56、，在焊件內部產生焊接應力。對等拘束條件的影響，在焊件內部產生焊接應力。管子或容器的環焊縫，在結構中是對稱布置的，焊管子或容器的環焊縫，在結構中是對稱布置的，焊接順序也是對稱的，故一般產生直線變形，即橫向接順序也是對稱的，故一般產生直線變形，即橫向和縱向縮短，以及圓周長度的縮短。和縱向縮短，以及圓周長度的縮短。采用合理的焊接順序采用合理的焊接順序嚴禁強力組裝嚴禁強力組裝預留出保證焊縫自由收縮的余量預留出保證焊縫自由收縮的余量整體預熱法整體預熱法錘擊焊縫法錘擊焊縫法壓力試驗法壓力試驗法5.1 5.1 參考標準參考標準5.2 5.2 術語術語5.3 5.3 焊接工藝評定的目的及要求焊接工藝評定的目的

57、及要求5.4 5.4 焊接工藝評定規則焊接工藝評定規則5.5 5.5 焊接工藝評定的程序焊接工藝評定的程序5.6 5.6 評定報告評定報告美國石油協會標準美國石油協會標準 API 1104(19API 1104(19版版) )鋼質管道焊接及驗收鋼質管道焊接及驗收 SY/T 4103-95SY/T 4103-95輸油輸氣管道線路工程施工與驗收規范輸油輸氣管道線路工程施工與驗收規范 SY/T 0401-98SY/T 0401-98石油天然氣金屬管道焊接工藝評定石油天然氣金屬管道焊接工藝評定 SY 0452-SY接和釬焊評定焊接和釬焊評定 ASME ASME 卷卷 液態

58、烴和其他液體管線輸送系統液態烴和其他液體管線輸送系統 ASME B31.4ASME B31.4輸氣和配氣管道系統輸氣和配氣管道系統 ASME B31.8ASME B31.8焊接工藝指導書焊接工藝指導書 根據工程設計要求和工程經驗編制的用于焊接根據工程設計要求和工程經驗編制的用于焊接工藝評定的指導性文件。工藝評定的指導性文件。焊接工藝評定焊接工藝評定 工程焊接之前對焊接工藝進行的鑒定性試驗。工程焊接之前對焊接工藝進行的鑒定性試驗。焊接工藝規程焊接工藝規程 根據評定合格的焊接工藝編制的用于工程施工根據評定合格的焊接工藝編制的用于工程施工的焊接技術規定和程序。的焊接技術規定和程序。 自動化焊接：在焊

59、接過程中焊絲自動送進，焊接自動化焊接：在焊接過程中焊絲自動送進，焊接小車自動行走，工件自動移動。小車自動行走，工件自動移動。機械化焊接：在焊接過程中焊絲自動送進，焊接機械化焊接：在焊接過程中焊絲自動送進，焊接小車自動行走，人工操作工件的移動。小車自動行走，人工操作工件的移動。半自動焊：在焊接過程中焊絲自動送進，人工操半自動焊：在焊接過程中焊絲自動送進，人工操作電弧沿焊縫的行走和工件的移動。作電弧沿焊縫的行走和工件的移動。手工焊：在焊接過程完全由人工操作完成。手工焊：在焊接過程完全由人工操作完成。根焊：第一層焊道。根焊：第一層焊道。熱焊：根焊完成后立即進行的第二層焊道。熱焊：根焊完成后立即進行的

60、第二層焊道。填充焊：根焊、熱焊后，蓋面焊道前的焊道。填充焊：根焊、熱焊后，蓋面焊道前的焊道。立填焊：下向焊時，在立焊位置補填的焊道。立填焊：下向焊時，在立焊位置補填的焊道。蓋面焊：最外面的一層成型焊道。蓋面焊：最外面的一層成型焊道。多道焊：同一層中焊接一道以上的焊道。多道焊：同一層中焊接一道以上的焊道。 缺欠缺欠: :焊縫的不連續性、不完整性。焊縫的不連續性、不完整性。缺陷缺陷: :達到拒絕驗收標準的缺欠。達到拒絕驗收標準的缺欠。修補修補: :對表面非裂紋缺陷進行的修復。對表面非裂紋缺陷進行的修復。返修：對不符合無損檢測要求的焊縫缺陷進行的返修：對不符合無損檢測要求的焊縫缺陷進行的 修復焊接。