海底管线铺设焊接中新技术的应用探究

2015-10-21韩锋林

建筑工程技术与设计 2015年8期

韩锋林

【摘要】海底管线的布置应符合国家现行标准的有关规定。直埋管道穿越海底的覆土深度应根据水流冲刷条件和管道稳定性条件确定。海底管线上的阀门应能承受管道的轴向荷载，宜采用钢制阀门及焊接连接。直埋管道变径处或壁厚变化处，应设补偿器或固定墩，固定墩应设在大管径或壁厚较大一侧。直埋海底管线的补偿器，变径管等关键应采用焊接连接。本文从海底管线敷设中的新技术的应用和海底管线焊接中新技术的应用介绍，分析了海底管线铺设焊接的技术应用，并通过例子详细介绍了海底管道铺设自动焊接工艺介绍以及海底管道铺设自动焊接海上试验。

【关键词】海底管线铺设焊接应用

一、海底管线敷设中的新技术的应用

1、管材的选择

海底管线内压一般都比较低，由内压引起的总体一次薄膜应力一般高于允许值。发生直接爆破破坏的可能性很大。因此，在选择管材时，应主要从抗疲劳性能来考虑。这就要求选择塑形比较好，易焊接的材质。同时轴向温度应力与管壁横截面积的大小无关，增加壁厚并不能降低管壁内的轴向应力。相反，它可能增加对固定墩的推力和过渡段的热伸长量。因此，管壁应尽可能选择较薄的规格。在实际工程中有时由于供货条件的原因，同一直径的管子可能有两种以上的规格。此时，应注意避免不同规格的管子混合使用。

2、管道的铺设

海底管线的布置应符合国家现行标准的有关规定。直埋管道穿越海底的覆土深度应根据水流冲刷条件和管道稳定性条件确定。海底管线上的阀门应能承受管道的轴向荷载，宜采用钢制阀门及焊接连接。直埋管道变径处或壁厚变化处，应设补偿器或固定墩，固定墩应设在大管径或壁厚较大一侧。直埋海底管线的補偿器，变径管等关键应采用焊接连接。海底管线的高处宜设放气阀，低处宜设放水阀。管道应利用转角自然补偿，100-60°的弯头不宜用作自然补偿。从干管直接引出分支管时，在分支管上应设固定墩或抽象补偿器或弯管补偿器，并应符合下列规定：第一，分支点至支线上固定墩的距离不宜大于5m。第二，分支点至轴向补偿器或弯管的距离不宜大于20m。第三，分支点有干线轴向位移时，轴向位移量不宜大于50mm。三通、弯头等应力比较集中的部位，应进行验算，验算不通过时可采取设固定墩或补偿器等保护措施。当需要减少管道轴向力时，可采取设置补偿器或对管道进行预处理等措施。当地基软硬不一致时，应对地基做过渡处理。埋地固定墩处应采取可靠的防腐措施，钢管、钢架不应该裸露。轴向补偿器和管道轴线应一致，距补偿器12m范围内管段不应有变坡和转角。

二、海底管线焊接中新技术的应用

1、焊接材料的选择

当前合金结构钢的发展，满足了焊接结构多方面的要求，如高强度、耐高温、耐低温及耐腐蚀等，并在海底管线焊接领域得到了广泛的应用。上述合金结构钢的优越性能是靠调整钢中碳及合金元素的含量或配以适当的热处理来实现的，碳及合金元素的增加往往会给钢的焊接性带来不利的影响。不同钢种所出现的焊接性问题不同，在合金结构钢中，随着碳及合金元素含量增多，势必会引起结构的脆化、软化及裂纹倾向增大。这些焊接性问题的出现，往往会降低焊接结构安全运行的可靠性，造成焊接结果的早起破坏。国内从80年代就从冶炼入手开始研制并生产焊接性良好的微合金控轧钢，并开始研究下一代超细晶粒钢。

2、焊接的设备

当前自动CRC焊接系统得到了广泛的应用，其包括具有4把焊枪的内焊机、P260热焊系统、P600双焊枪焊接系统。4把焊枪内焊机的显著特点是集对口器和根焊机于一体，根焊在管口的内圆周完成，焊接速度快、质量高。该系统操作简单，除了电弧电压外，所有重要焊接参数的控制均由固定在小车上的控制箱完成，其中包括各种操作、故障诊断及解除、控制焊机行走、摆动、送丝、保护气体和电流所需的控制电路。其编程、操作、实时修改参数等都采用计算机技术，不但可以降低焊工劳动强度，保证焊接质量，提高焊接生产效率，还降低了对焊工操作技能的要求。其中P600型双焊枪焊接系统采用水冷式焊枪、外挂推丝式送丝和带有熔滴过渡控制单元cDT的脉冲焊接电源。焊接参数可编程，适用于窄间隙叠焊或宽间隙排焊，焊接效率与单焊头自动外焊机相比提高50%以上。P600型双焊枪焊接系统具有根据弧压来调节焊枪的上下和左右位置的功能，以保证整个焊接过程中焊枪始终处于焊道的正中间位置，保证焊口的质量。

三、海底管道铺设自动焊接工艺介绍

1、工艺总体方案

海底管道铺设对于焊接的基本要求是：在保证焊接质量的前提之下，要求尽可能高的焊接效率。

采用高效率的双丝焊接完成根焊、填充焊和盖面焊的完整过程。采用带钢衬垫的内对口器进行根焊，衬垫的使用使得在保证背面焊透的前提下，能够采用较大的焊接规范获得较高的焊接效率。采用坡口角度为4～5°的窄坡口，对于壁厚为12.7mm的管道而言，管道两端对口之后外表面距离仅为7.0mm左右，大幅度提高了焊接效果率、减少了金属填充量。

2、工艺实验

焊接试验管道为API5LX65无缝钢管，外径为323.9mm，壁厚为12.7mm，角度为4°窄坡口，钝边厚2mm，不留组对间隙。选用的焊丝型号为AWS A5.18ER70S-6，焊丝直径1.0mm。焊接保护气体为50%CO2和50%Ar的混合气体。

采用内对口器进行管道组对，测量相对偏差，将偏差控制在容许范围之内。焊接之前采用感应电加热进行管道预热。管道左右2个半圆各自采用1台焊接小车，其焊接过程均是双炬焊接，根焊1遍、填充2遍、盖面1遍。

焊接电源TPS4000采用一元化控制，通过设定送丝速度，焊接电流和焊接电压自动与之匹配。半个圆周从平焊位置到仰脸焊位置分为12个区域，即P0～P12，每个15°为1个区域，按照区域设置相应的焊接参数。

以管道根焊为例，焊车速度109～113cm/min，焊枪摆动速度80～110cm/min，摆动宽度1.6mm，坡口两侧滞留时间0.1s，前枪送丝速度为11.8～13.0m/min，后枪送丝速度为10.0～11.2m/min。

3、管道焊接接头性能检验

管道接头性能试验包括拉伸、弯曲、刻槽断裂、冲击等力学性能试验，试验结果也都符合规定的要求。

四、海底管道铺设自动焊接海上试验

1、建造场地模拟试验

自动焊接设备在海上试验之前，先在建造场地进行了模拟试验，焊接管道接头通过了超声检验。

2、海上试验

试验风速为8m/s，风向NW，流速17cm/s，水深5m，温度-6℃。自动焊接试验在焊接作业线工棚内进行，风速小于1.5m/s，温度同外部环境温度。