周学深 杨泽亮 黄超 方海波 马东山 陈超

1.概述

该项目海底天然气管道起于海岛西海岸的首站，向西北方向铺设至联络站，线路长度约30km，路由区最大水深约50m，设计压力9.7MPa。路由海域条件十分复杂，涉及到6种表层地质条件，5个斜坡，17段硬质障碍物，海流流速较大，全线采用铺管船法进行海底管道的铺设。

考虑到海底管道施工投入高，风险大的特点，在保证工程质量的前提下，最大限度缩减海上工期，以减少工程投入。管材的选择和焊接工艺的制定，是保证工程质量和施工进度的先决条件。

2.海底管道焊接工艺技术

为了避免海底环境对管道产生影响，故选择合适的管材并制定相应的焊接工艺，以确保焊缝的力学性能达到API1104技术规范的质量要求。施工前，选定管材的钢级并编制焊接工艺规程。

（1）管材的确定 根据管道的设计压力、海流对管道的冲击和增加配重平衡浮力，钢管钢级选用X65，φ610mm×22.2mm，并增加混凝土配重层85mm/95mm。

（2）焊接设备的选择 该工程海底段全线选用Fronius TPS 3200型CRC管道全位置自动焊接设备（见图1）。

该自动焊接系统包括内焊机/对口器（见图2），在管道内部固定管道端头并对正管口，两个焊机在管道外部同时进行打底焊，平均速度为570mm/min，焊接效率约是焊条电弧焊的6倍。通过远程遥控系统，焊接小车从管外进行其他焊道的焊接，焊接工艺主焊道采用熔化极气体保护焊（GMAW）打底、热焊、填充及盖面，焊缝返修选用焊条电弧焊（SMAW）打底+自保护药芯半自动焊（FCAW）热焊、填充、盖面。

（3）焊材的匹配 选择与焊接设备及管材相匹配的焊接材料进行焊接，如表1所示。

图1 Fronius TPS 3200型CRC管道全位置自动焊接设备

图2 用内对口器进行管道对接

（4）焊接坡口设计 该项目以水平固定（5G位置）方式，对相同直径及壁厚钢管进行对接，为获得较好的焊接质量及成形效果，主焊道选用U形坡口（见图3a），钝边（1.5±0.2）mm，根部间隙0～0.5mm，焊缝余高0～2mm，盖面焊缝宽度在坡口上每侧增加0.5～2.0mm。返修选用V形坡口（见图3b），钝边厚度（1.6±0.8）mm，根部间隙2～3.5mm，焊缝余高0～2mm，盖面焊缝宽度在坡口上每侧增加0.5～2.0mm。

（5）焊接参数 管材在焊接之前需要进行80～150℃预热处理，选用火焰加热或中频电阻加热方式。并选用内对口器固定钢管的位置。焊接过程中，需要保证环境湿度＜90%RH。如果环境温度＜5℃，需要采用有效的保护措施，以避免过度的快速冷却。环境风速要求＜2m/s。焊接参数如表2所示。

3.焊接工艺评定

依照国际标准API1104评价焊接工艺的可靠性。

（1）无损检测试验 焊后对焊缝进行水冷降温。24h后试件经外观检查合格，其内部质量经X射线探伤达到API1104《管道及有关设施的焊接》中无损探伤验收标准，评定合格。

（2）力学测试结果 第一，拉伸试验。抗拉强度为576MPa，断裂位置位于母材，符合标准要求。

第二，弯曲测试。试样弯曲180°后未产生裂纹，结果合格。

第三，刻槽试验。试样拉断后，每个刻槽锤断试样的断裂面完全焊透和熔合。

第四，硬度试验。测试最大硬度为256HV，符合标准要求。

无损检测和力学性能试验均符合标准要求，确保了该焊接工艺的焊接质量和可靠性，因此可以在实际工程项目中广泛使用。

4.工程进展情况

中石油管道建设者克服诸多不利条件，艰苦奋战，最终该项目海底管道工程顺利完成海上连头，实现海底管道的完美对接，管线被平稳安放到海床上。

该项目的顺利完成，除了依靠部门间的通力合作，更依靠焊接工艺规程编制合理，保证了施工安全和工程质量，也提高了工作效率，缩减了工期，大大加快了海底管道铺设进程，为陆管设计施工提供了保障，极大地降低了施工成本，向世界证明了中国海洋工程建设的技术实力。

5.结语

按照API1104要求，针对X65管道用钢进行焊接性分析，编写焊接工艺规程，形成一套适合于海底管道工程的焊接工艺技术。

针对工程的特殊性和难点选择合适的管材并编制了相应的焊接工艺，不仅保证了该项目管道工程海底管道段的管道强度及焊接质量，而且提高工作效率，缩短了工期，降低了成本。

表1 焊接所选焊材

表2 焊接参数

图3 试件坡口形式