1、焊接工艺选择

据调研，中国在役管道焊接全部采用手工焊焊接工艺，国外也少有使用自动化装备进行在役油气管道焊接的施工案例。分析其原因：

①针对在役焊接工况，中国缺少该方面的相关技术研究；

②国外高钢级大口径管道建设与维修需求量少，目前的手工焊工艺基本可以满足作业要求。

目前，实芯焊丝气体保护下向焊是管道建设施工常用的自动焊焊接方式，具有焊接效率高的技术优势，但为保证焊接质量，必须对坡口加工、管口组对、根焊、填充盖面等环节提出更高的技术要求。全自动焊接设备要求管道坡度不得大于5°，适用于平原地带或缓坡地带的长距离、大口径、厚管壁的输送管道焊接。在役管道焊接工况与管道建设不同：一方面是由于现场待安装修复套筒、开孔三通的加工情况及在役管道的椭圆度，管件安装后与管道的贴合度不同，导致焊口的组对差异性较大；另一方面是油气管道在役焊接涉及地形复杂。而药芯焊丝气体保护焊工艺对现场坡口加工精度、组对间隙及施工地形的适应性更好，其可操作性更强。针对在役焊接过程中介质流动带走热量使焊接冷却速度快的情况， 与实芯焊丝气体保护焊工艺焊接热输入量小、易出现未熔合的特点相比，药芯焊丝气体保护焊的工艺参数更容易满足焊接热输入的要求。通过以上对比发现， 在技术开发过程中，宜选择药芯焊丝气体保护焊工艺。

2、焊接试验过程

与管道建设时的窄间隙管对管环向对接焊缝不同，在役管道焊接通常涉及的焊缝有开孔三通或修复套筒的横向对接焊缝、修复管件端部与在役管道连接的环向角焊缝两种形式。一般的焊接顺序是首先同时焊接两侧横向对接焊缝，在焊缝缓冷释放应力后，再焊接环向角焊缝，但两道环向角焊缝不应同时焊接。

2、1横缝焊接

开孔三通或修复套筒的横向对接接头通常厚度较大，有的接头厚度超过 80 mm，焊接过程需要完成大量的小幅摆动排焊，合理布置焊道排列，避免出现层间未熔合等缺陷。当对接接头在横焊位置（即 2G 位置）排焊时，铁水容易下坠；尤其是焊接盖面时，应使用较小的摆宽快速焊接，防止熔池下坠，保证焊缝成形美观。在横向对接接头进行自动焊接时，需要足够大的组对间隙，目前设计规定的根部组对间隙为 3~6 mm，无法满足根部自动焊的要求，需要从设计上改进组对间隙尺寸标准，保证焊枪能够实现根部熔合良好。此外，修复管件与管道的贴合度也是影响横缝自动焊的重要因素之一。

2、2环向角焊缝焊接

在役管道环向角焊缝焊接是在役自动焊的难点与关键，焊接过程应避免烧穿、冷裂，管件与在役管道良好的熔合性也很重要。

为避免烧穿，自动焊工艺参数参照手工焊的焊接热输入进行设定，并开展熔深试验。在 X70 管道上焊接环向预堆层后，对不同位置的金相熔深进行测定。

在焊接过程中，为避免冷裂纹，自动焊的工艺措施与手工焊基本一致，主要从低氢焊材选择与处置、焊前预热、焊后保温、合理布置回火焊道顺序、合适的焊接热输入量等多个方面保证焊接质量。在役自动焊时， 还需明确干伸尺寸范围。焊丝的干伸是影响焊缝金属氢含量的一个重要因素。在一定的极限长度内干伸越长，焊缝金属内的氢含量越低。因此，在进行焊接工艺评定时，最小干伸长度也应是一个基本焊接要素。干伸长度一般等于焊丝直径的 10 倍。

现场在役管道安装、修复管件时，在役管道与修复管件通常存在 1~5 mm 的组对缝隙（管道变形严重时缝隙超过 10 mm），合理布置预堆层及根焊能够良好熔合是环角焊缝自动焊的工艺难点。如果预堆层布置不合适，可能会在根焊处形成缺口。

3、焊接材料选择

在役管道焊接除选择合适的焊接参数外，还应重视焊接材料的选择和保管。焊丝选择应从强度匹配、飞溅程度、焊缝成型、氢含量等多个方面考虑。焊丝除满足强度匹配要求外，还应具备以下优点：

①全位置焊接的操作性好；

②飞溅尽可能小；

③多层多道焊过程中，焊缝成形圆滑过渡；

④脱渣性好；

⑤能够很好地实现管件端部与预堆层之间的根焊连接。

在役管道焊接过程中，为避免氢致裂纹的出现， 焊条手工电弧焊选用低氢或超低氢的焊材。同样，采用自动焊焊接工艺时，建议选用的气体保护焊药芯焊丝也是低氢要求的，如选用带有“H4”标识牌号的焊丝，即焊丝的扩散氢含量是在 4 mL/100 g 以内，从而降低了焊接过程中产生氢致裂纹的风险。药芯焊丝的另一特点是容易吸潮，因此，在焊丝使用过程应采取适当的保护措施，如新开封的焊丝应尽快用完，未用完的焊丝应及时包装严实，避免因吸潮导致扩散氢含量升高。

4、保护气体的影响

药芯焊丝气体保护焊工艺采用的保护气体是80％氩气+20％二氧化碳的混合气。选用保护气体时，应选择正规的气体生产厂家，保证保护气体的质量、纯度及含水量等均符合相关标准要求。在焊接试验过程中，大多情况下气孔的产生是由于保护气体的保护效果不良造成的，可能是由于保护气瓶内压力不够或气瓶内保护气体纯度不达标引起的，且不同生产厂家的保护气成分、纯度也存在差别。因此，选用保护气体时，应尽量固定保护气体的生产厂家，避免因保护气的问题影响焊接质量。此外，保护气体的含水量也是需要考虑的重要因素之一，当含水量低于 0.005％ 时，增加的扩散氢含量不超过 0.1 mL/100 g。

5、焊接工艺评定试验

在役自动焊焊接工艺评定试验是在 X80 管道（管径 1 016 mm、壁厚 12.8 mm）上进行的焊接 B 型修复套筒（材质 Q345R、壁厚 70 mm）的动态模拟试验。在试验过程中，施焊管道内充满流动水，能够模拟带走热量较苛刻的施工环境。试验环境温度 10~17 ℃， 流动水温度 10 ℃。用火焰加热方法预热，无后热与保温，进行环角焊缝焊接。根据 GB/T 31032—2014《钢质管道焊接及验收》附录 D 的要求进行焊件取件与破坏性试验，各项试验结果均符合标准验收要求。

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