朱曉臣 郭存杰 楊萬里 曹延雙 趙恒宇

北京天然氣管道有限公司維搶修中心

摘要：為解決長輸管道動火連頭作業(yè)打底焊接封口過程中遇到的氣流問題，設(shè)計(jì)了一種打底焊接平壓器，有效減少了氣流影響，保障了連頭作業(yè)進(jìn)度及焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：長輸管道；動火連頭；打底焊接封口平壓器；氣流

北京天然氣管道有限公司（以下簡稱北京管道）維搶修中心每年完成換管動火任務(wù)30余次、動火連頭焊口130余道。為解決打底焊接封口過程中氣流干擾，介紹一種可削減氣流影響的方法，以提高焊接作業(yè)效率，保障焊接質(zhì)量。

1  打底焊接封口存在問題

換管動火作業(yè)打底（根焊）焊接一般采用手工鎢極氬弧焊（TIG），作業(yè)前長輸管道需經(jīng)放空、氮?dú)庵脫Q。裸露管道經(jīng)太陽暴曬造成管內(nèi)氣體膨脹，置換后低溫氮?dú)庖蚓徛�升溫（大地溫度、太陽暴曬）膨脹，使管線內(nèi)部壓力高于大氣壓力，導(dǎo)致氬弧焊打底焊接時(shí)封口處會有氣體流出，削弱氬氣對焊接熔池的保護(hù)效果，降低焊接速度，還會產(chǎn)生焊接氣孔，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。一般采取以下削減措施。

（1）囊式封堵術(shù)。采用囊式封堵器進(jìn)行封堵時(shí)，打底焊接封口處無氣流流出，但由于焊接工藝要求限制了封堵術(shù)的使用，有較大的局限性。

（2）靜置。靜置使管道內(nèi)氣體壓力自然下降，待打底焊接封口處不再有氣體流出才能進(jìn)行最后焊接封口作業(yè)，需要較長時(shí)間等待。

（3）放空。通過放空使管道內(nèi)氣體壓力降低，但會有呼吸氣發(fā)生，需要等待與外界壓力慢慢平衡，影響作業(yè)速度。

2  打底焊接平壓器設(shè)計(jì)及應(yīng)用

2.1  打底焊接平壓器設(shè)計(jì)

（1）打底焊接平壓器設(shè)計(jì)。北京管道維搶修中心工匠室根據(jù)封口時(shí)氣流的特點(diǎn)，依據(jù)氣體力學(xué)原理，在管道最后封口處設(shè)計(jì)加裝一個(gè)密閉箱體，使箱體與管線外壁嚴(yán)密貼合，形成焊縫的管內(nèi)和箱內(nèi)連通，管道與箱體形成氣壓平衡，達(dá)到管道內(nèi)外壓力平衡狀態(tài)，削減氣流的影響[1,2]，抑制焊縫封口處氣體流動。同時(shí)，箱體上開設(shè)焊縫操作窗口，便于開展焊接作業(yè)。這一箱體即連頭打底焊接平壓器的雛形。

后期綜合考慮溫度、壓力等影響氣體流動因素，調(diào)整打底焊接平壓器設(shè)計(jì)并開展試驗(yàn)，最終結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

1.操作箱體；2.與管線外壁面相匹配的弧形型面；3.第一操作孔；
4.密封容置孔；5.第二操作孔；6.氣壓表；7.泄壓閥；8.硅膠墊。
圖 1 平壓器示意圖

（2）打底焊接平壓器構(gòu)成。在操作箱體的下端面開設(shè)與管道外壁面相匹配的弧形型面，將打底焊接平壓器的箱體安裝于焊縫打底封口處，弧形型面上布設(shè)密封墊[3]，以將操作箱體緊壓在管道上，操作箱體上設(shè)置封車帶，環(huán)繞箱體與管道一周，通過拉緊器對箱體施加壓力，實(shí)現(xiàn)打底焊接平壓器箱體的密封， 建立管內(nèi)腔通過焊道封口處與操作箱體的連通，隨著氣流流進(jìn)操作箱體，達(dá)成氣壓平衡，抑制封口焊縫內(nèi)的氣體流動，此時(shí)可以開始焊接作業(yè)。

為保證焊接人員不影響操作箱體的密封性能，操作箱體開設(shè)第一操作孔、第二操作孔及密封容置孔。第一操作孔和第二操作孔分別連接密封手套，從箱體外側(cè)將密封手套伸入箱內(nèi)，執(zhí)行焊接操作，并保證過程中箱體內(nèi)外隔離。密封容置孔內(nèi)設(shè)置焊接設(shè)備密封件，箱外側(cè)設(shè)置焊槍密封管，用于密封氬弧焊槍或者附屬線纜等。第一操作孔箱體外側(cè)和第二操作孔箱體外側(cè)分別設(shè)置過渡管，密封手套尾部通過環(huán)箍固定在過渡管上，穩(wěn)定固定，可在高密封條件下順利實(shí)現(xiàn)焊接操作。為準(zhǔn)確把握焊接時(shí)機(jī)和便于拆卸，操作箱體上設(shè)置了氣壓表和泄壓閥。

（3）存在問題及解決辦法。試驗(yàn)前期，使用空壓機(jī)給管道短節(jié)充氣，打底焊接平壓器與管道接觸處密封良好，能實(shí)現(xiàn)壓力平衡不再產(chǎn)生氣流[1]。由于空壓機(jī)輸出氣體壓力接近0.6 MPa，高于氬弧焊把的輸出氣體壓力0.2 MPa，經(jīng)過打底焊接平壓器罩體的壓力和管道內(nèi)壓力都能達(dá)到0.6 MPa，有效減緩了封口處氣流影響，打底焊接順利進(jìn)行，焊接成型良好。  

試驗(yàn)后期，考慮到現(xiàn)場環(huán)境，管內(nèi)壓力僅略高于大氣壓，在空壓機(jī)上再安裝一只泄壓閥，使其輸出氣體壓力低于0.1 MPa，由于氬弧焊把的輸出氣體壓力高于空壓機(jī)給管道內(nèi)施加的壓力[2]，焊接時(shí)液態(tài)熔池塌陷形成焊瘤。解決方案是在罩體上安裝壓力表與泄壓閥，通過閥門開合釋放一部分壓力，調(diào)節(jié)罩體內(nèi)的壓力略高于管道內(nèi)壓力，實(shí)現(xiàn)正常焊接。

2.2  打底焊接平壓器應(yīng)用

在某Φ1016 mm×22 mm管道焊接封口時(shí)，使用打底焊接平壓器，5分鐘內(nèi)封口處內(nèi)外氣壓平衡，不再有氣流流出，打底焊接順利完成，使用效果良好。 但一個(gè)打底焊接平壓器無法滿足全口徑管線使用，需要制作不同曲率的打底焊接平壓器，根據(jù)管徑選擇使用。

3  結(jié)語

北京管道維搶修中心工匠室設(shè)計(jì)制作的管線連頭打底焊接平壓器，氣壓平衡建立速度快，相對于現(xiàn)有自然冷卻解決方案，有效減緩了打底焊接封口時(shí)的氣流影響，縮短了整體焊接操作時(shí)間，極大地提升了焊接效率和焊接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：朱曉臣，1988年生，北京天然氣管道有限公司維搶修中心焊工，現(xiàn)主要從事天然氣管道維搶修工作。聯(lián)系方式：18635693275，499424769@qq.com。