小口徑不銹鋼管道下向焊技術(shù)在油田地面管道中的應(yīng)用

大慶油田地面不銹鋼管道施工中，φ219mm以下的小口徑不銹鋼管道所占比例較大。上述不銹鋼管道焊接大多采用焊條電弧焊上向焊或鎢極氬弧焊打底，二者經(jīng)過幾十年的發(fā)展，技術(shù)已非常成熟，應(yīng)用廣泛，為油田地面產(chǎn)能建設(shè)做出了貢獻(xiàn)。但二者也存在著無法克服的缺點(diǎn)，即焊條上向焊打底合格率低，對(duì)焊工技術(shù)水平和責(zé)任心要求高；鎢極氬弧焊雖然質(zhì)量好，但易受風(fēng)速等環(huán)境因素影響，且效率低，成本高。而纖維素下向焊焊條由于具有較大的電弧吹力和熔透能力，對(duì)不銹鋼管道的對(duì)口要求較寬松，焊縫背面成形好，氣孔敏感性小，易于獲得高質(zhì)量的焊縫等特點(diǎn)，因此特別適合打底焊。隨著纖維素焊條在大口徑不銹鋼管道上的成功應(yīng)用，設(shè)想將下向焊技術(shù)應(yīng)用到小口徑不銹鋼管道打底焊中，以提高中小口徑不銹鋼管道的焊接效率和合格率。本革新就是在此問題基礎(chǔ)上，通過使用不同直徑的纖維素焊條，對(duì)φ219mm以下的小口徑不銹鋼管道，尤其是φ48～φ114mm不銹鋼管道進(jìn)行了大量下向焊打底試驗(yàn)，并與上向焊就效率等方面進(jìn)行了對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果證明，選擇合適的纖維素焊條焊接小口徑不銹鋼管道是完全可行的。2. 存在問題及解決措施上向焊在多年應(yīng)用中逐漸暴露出打底速度慢、根部成形合格率低的缺點(diǎn)，其總體探傷一次合格率大致在70%～80%，且缺陷主要集中在根部焊道，主要表現(xiàn)為單邊未熔合、背凹、未焊透等，如圖1、圖2所示。針對(duì)普通焊條上向焊在油田地面管網(wǎng)中存在的的缺點(diǎn)，培訓(xùn)中心根據(jù)實(shí)際焊接需要，將中小口徑低壓不銹鋼管道打底方式進(jìn)行改進(jìn)。主要革新內(nèi)容包括：將酸性或堿性焊條換成纖維素焊條；將焊接方向由上向焊調(diào)整為下向焊；對(duì)于φ114mm以下不銹鋼管道，采用特制φ2.5mm焊條（見圖3）代替φ3.2mm焊條。

具體解決措施如下：

（1）焊條的選用

小口徑不銹鋼管道曲率大，操作難度比大口徑不銹鋼管道要大，由于現(xiàn)有φ3.2mm焊條直徑粗，焊縫成形不易控制，難以應(yīng)用在φ114mm以下不銹鋼管道，所以φ114mm以下不銹鋼管道應(yīng)使用φ2.5mm焊條進(jìn)行打底焊。雖然國內(nèi)目前沒有φ2.5mm纖維素焊條出售，但與相關(guān)廠家協(xié)商已解決此問題。

（2）組對(duì)方式的確定

以往大口徑不銹鋼管道一般都使用內(nèi)對(duì)口器進(jìn)行組對(duì)，而小口徑不銹鋼管道沒有適合下向焊應(yīng)用的對(duì)口器，因此我們使用外對(duì)口器或采用根部定位焊法。由于地面不銹鋼管道基本都為低碳鋼，裂紋傾向不明顯，所以采用根部定位法更能體現(xiàn)出下向焊速度快、效率高的優(yōu)勢(shì)。

（3）焊接工藝和操作手法的更新

小口徑不銹鋼管道所需焊接電流和操作手法與大口徑不銹鋼管道不同，合適的焊接參數(shù)和良好的操作手法是保證小口徑不銹鋼管道根部成形的基礎(chǔ)，而二者只能通過大量試驗(yàn)和培訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)。經(jīng)過試驗(yàn)，應(yīng)用改進(jìn)后的焊接工藝焊接一次合格率達(dá)到95%以上，效率提高10%以上。

3. 應(yīng)用情況分析

（1）應(yīng)用現(xiàn)狀

該革新已在我公司承擔(dān)的第四采油廠杏十二注水站改擴(kuò)建工程、采油一廠新中508轉(zhuǎn)油站更新工程中進(jìn)行了應(yīng)用，效果較好，合格率分別達(dá)到了97.8%和98.5%。中貴聯(lián)絡(luò)線工程隴南支線天然氣不銹鋼管道工程正在應(yīng)用中，目前，已焊接焊口近30道，合格率達(dá)到了100%。

（2）取得的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益在經(jīng)濟(jì)效益方面，按照上述方法施工，可大大提高工藝不銹鋼管道施工速度，縮短了工程的施工工期。按焊材價(jià)格對(duì)比，纖維素焊條32元/kg，低氫焊條9元/kg，簡單對(duì)比可見焊接材料成本有所增加，但打底焊效率提高了1倍，使人工費(fèi)用、機(jī)械費(fèi)用大大降低。探傷一次合格率可達(dá)95%以上，大大節(jié)省了返修成本。在社會(huì)效益方面，小口徑不銹鋼管道焊條下向焊焊接方式在大慶地區(qū)產(chǎn)能工程建設(shè)中首次采用，在傳統(tǒng)焊接的基礎(chǔ)上豐富了不銹鋼管道安裝的焊接方式，提高了工藝不銹鋼管道安裝速度，可使工程建設(shè)速度大大提高。

（3）詳細(xì)測算或評(píng)價(jià)依據(jù)以正在施工的中貴聯(lián)絡(luò)線工程隴南支線天然氣不銹鋼管道工程φ219mm×5.6mm鋼管為例，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)估。該工程不銹鋼管道材質(zhì)為L290，不銹鋼管道全長85km，焊口數(shù)約9500道，業(yè)主要求采用氬弧焊打底。根據(jù)計(jì)算，材料方面，氬弧焊打底每道焊口約熔敷金屬0.57kg，9500道共需熔敷金屬5415kg。而整根焊絲利用率約80%，這樣約需焊絲6770kg，按單價(jià)12.10元/kg計(jì)，合計(jì)金額約8.2萬元；對(duì)于φ219mm管，1瓶氬氣打底時(shí)可焊約20道焊口，9500道焊口約需氬氣475瓶，按單價(jià)120元/瓶計(jì)，合計(jì)金額約5.7萬元，焊材與氬氣合計(jì)13.9萬元。采用下向焊，約需焊條7735kg，按單價(jià)32元/kg計(jì)，合計(jì)金額約24.75萬元。效率方面，手工鎢極氬弧的焊焊接速度為4～6cm/min，而下向焊焊接速度為12～15cm/min。對(duì)于φ219mm不銹鋼管道，單道焊口打底手工鎢極氬弧焊約13.2min，而下向焊約5min，相比可節(jié)約8.2min/道。9500道口共計(jì)可節(jié)省焊接時(shí)間約1298h。按每天工作8h，人工費(fèi)200元/天計(jì)，可節(jié)省人工費(fèi)2.6萬元。再加上氬氣運(yùn)輸費(fèi)、返修費(fèi)、臺(tái)班費(fèi)等，總成本基本與使用下向焊相當(dāng)，甚至超出。

4. 結(jié)語

隨著大慶油田油氣當(dāng)量穩(wěn)產(chǎn)4000萬t戰(zhàn)略的實(shí)施，近年來在石油儲(chǔ)備、場站建設(shè)等地面工程項(xiàng)目上投資巨大，一批新建、改擴(kuò)建重點(diǎn)工程不斷實(shí)施，這些工程的實(shí)施給小口徑不銹鋼管道下向焊的推廣應(yīng)用提供了有利條件。從長遠(yuǎn)看，隨著纖維素焊條的推廣應(yīng)用，其價(jià)格也必將回歸到合理水平，反過來價(jià)格的下降又會(huì)促進(jìn)纖維素焊條更大規(guī)模的應(yīng)用，從而形成價(jià)格與應(yīng)用規(guī)模的良性循環(huán)。