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摘要：通过对低温环境条件下管道焊接施工措施的研究，并经工程实验，得出在低温环境条件下，影响焊接质量的因素更多的在于施工机具、焊接设备的适应性、焊工劳动防护措施的保暖性和轻便性等因素。选择适合于低温环境的施工机具、焊接设备，或者创造适合的存放和使用条件，可以提高施工机具、焊接设备的适应性；再采取有效的预热、层间保温和焊后缓冷措施后，低温环境条件下得到的焊接接头性能与常温下的相比没有明显的差别。
关键词：低温焊接；预热温度；加热宽度；焊后保溫
中图分类号：TE 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2011)0220013－01
0、前言
中俄原油管道漠大线为国家重点工程，为保护大兴安岭生态环境和永冻土层，要求永冻土地区在寒季施工，其中漠河县年平均气温－4℃，最低温度达到－52.3℃，是首次在高纬度及高寒地区进行冬季施工，如何保障低温环境下焊接施工成为工程一大难点。本文主要从采取有效的预热、层间保温和焊后缓冷措施，提高施工机具、焊接设备的适应性等方面叙述了低温环境下焊接施工采取的保障措施。通过以上技术手段的应用，提升了低温环境下焊接施工能力，积累了宝贵的施工经验。
1、低温环境下管道焊接技术
低温环境下管道焊接施工应采取有效措施，保证焊接质量，主要有提高预热温度、增加加热宽度、焊后保温以及合理安排焊接施工时间等措施。
2、主要焊接技术措施
2.1管口处理
组对前去除管外端距管口1m范围内的冰霜及管内的积水或冰霜；用棉纱将管口边缘75－100mm范围内的泥土、油污、浮锈等清除干净。然后采用钢丝刷或电动钢丝刷打磨，直至露出金属本色，同时将管口内侧50mm范围清理干净；使用烤把加热管端300－500mm范围内加热，以去除管壁水汽，防止焊接时产生焊接缺陷。
2.2管口组对
采用两台吊管机进行管线组对，管口组对过程中禁止强力组对，管口组对应优先采用内对口器。
2.3焊接方法
焊接方法应针对不同区域和地形条件进行选择，一般原则是对于地形地貌比较平坦的地区采用沟上焊施工，对于特殊地段采用沟下焊施工。
2.4选择加热设备
采用电磁感应加热带或电加热带对管口进行焊前预热及层间加热保温。电磁感应加热带具有体积小、野外施工时安全可靠、经久耐用、操作简单和输出稳定，输出能通过面板旋钮或远程控制开关控制等特点，而且加热时加热带本身不发热，不影响焊工操作。电加热带加热是将两条电加热带分别固定在组对的两个管口的端部，固定后利用焊接电源给电加热带通电。由于环境温度低，造成焊缝金属的冷却速度过快，影响焊接质量和焊缝金属的力学性能，因此施工中应提高预热温度20－30℃，但不应大于170℃，预热宽度以坡口两侧各75－100mm为宜。
2.5测温
为了抵消低温环境下的热量散失效应，在对焊口预热时，应达到预热温度要求的上限，温度控制采用红外测温仪测量，沿圆周均测4点。
2.6根焊
测温合格后应立即根焊，为保证管口温度不致于降低过快，根焊时应采取以下三项措施：
1)先将加热带移到距管口20－30mm处，在焊接过程中应用加热带继续加热。
2)焊接应在大型带盖可移动式保温防风棚内进行。与普通焊接防风棚不同的是，它具有保温功能。棚壁采用复合板材材料，底部垫有隔热板，防止热量向地面快速散失。棚上部开一排烟口排烟尘。焊接挡风保温棚内设置两组5－10kw远红外电加热器，以提高焊接环境温度，为保证防风棚内的照明，设顶部照明灯两盏，地面照明灯两盏，灯具均带有防爆灯罩。加热器具、照明等供电均由焊接综合作业车提供。
3)为避免焊接时管内有过堂风，在焊接前应用特制管端封堵器将管道另一端管口封堵。
2.7填充、盖面焊
1)测量焊道层间温度，焊道层间温度达不到要求时，用加热带重新加热，满足要求后，方可继续施焊。
2)每道焊口宜连续焊接，在工休时至少完成三层焊道并不低于壁厚的50％，且采取保温缓冷措施。重新焊接时，需将焊道两侧各300－500mm范围内重新加热至50℃以上，去除管壁水汽，再用加热带加热至焊接温度，方可继续焊接。
2.8焊后保温
整个焊道焊接完成后，应立即用经火焰加热器加热到80℃以上的岩面保温被将整个焊道包裹上，达到焊后保温缓冷作用。
2.9返修
环境温度较低情况下的返修焊接非常困难，尤其是全壁厚返修，由于拘束应力大，容易在焊缝中心开裂。为了改善返修质量，返修前应将焊口整体预热至正常管道焊接温度，并在返修处上下100mm范围内提高预热温度50℃左右，根焊焊条采用低氢焊条进行返修焊接。
3、施工现场管理要求
1)焊工劳动防护用品，如焊工手套、焊工鞋以及棉衣等的保暖性、轻便性和灵活性，将使焊工操作技术水平和焊接效率受到较大影响，从而影响半自动焊和手工焊的焊接质量，改进措施是选择适合的防护用品。
2)寒冷环境中焊工面罩聚集哈气，影响对熔池的观察，也会影响焊接质量和施工进度。改进措施是使用玻璃防雾剂。
3)进入冬季之后，早晚气温较低，难以保证焊接质量，应避免早晚施工，将焊接时间尽量安排在每天中午气温较高时间内进行。
4)在焊接过程中和每天收工前，要求管口封堵，有利于保温和保持管内清沽。
5)冬季焊接应尽量使用冷弯弯管，减少弹性敷设，避免焊口承受的应力过大。
6)环境温度降至－20℃以下时，焊接工程车、发电机组的准备、启动至正常工作时间延长；对口器的电磁阀被压缩空气中的水冻住，涨紧机构失灵；监测仪器仪表的液晶显示失常或无显示。这些是影响施工进度的主要因素。
7)露天作业电焊机必须设有防雪等安全措施。
8)工作结束时，仔细认真地检查工作现场，清除火灾隐患，当确认无安全隐患后，方可离开现场。
4、结论
随着焊接环境温度的降低，焊缝金属的硬度值增大。采取有效的预热、层间温度和焊后缓冷措施以降低焊缝金属的冷却速度，从而改善焊缝金属的硬度值。热温度不足的情况下，根焊缝产生裂纹的倾向性增加，但增加预热温度和改进预热方式，可明显提高焊缝质量。创造适合的施工环境和焊接条件，保证焊工劳动防护措施的保暖性和轻便性，焊接过程中使用自制的可移动式保温防风棚和管端封堵器等。选择适合于低温环境的施工机具、焊接设备，采取必要的保证措施确保低温环境下施工机具、焊接设备正常运转使用，是保证工程施工顺利进行的前提。
关键词：低温焊接；预热温度；加热宽度；焊后保溫
中图分类号：TE 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2011)0220013－01
0、前言
中俄原油管道漠大线为国家重点工程，为保护大兴安岭生态环境和永冻土层，要求永冻土地区在寒季施工，其中漠河县年平均气温－4℃，最低温度达到－52.3℃，是首次在高纬度及高寒地区进行冬季施工，如何保障低温环境下焊接施工成为工程一大难点。本文主要从采取有效的预热、层间保温和焊后缓冷措施，提高施工机具、焊接设备的适应性等方面叙述了低温环境下焊接施工采取的保障措施。通过以上技术手段的应用，提升了低温环境下焊接施工能力，积累了宝贵的施工经验。
1、低温环境下管道焊接技术
低温环境下管道焊接施工应采取有效措施，保证焊接质量，主要有提高预热温度、增加加热宽度、焊后保温以及合理安排焊接施工时间等措施。
2、主要焊接技术措施
2.1管口处理
组对前去除管外端距管口1m范围内的冰霜及管内的积水或冰霜；用棉纱将管口边缘75－100mm范围内的泥土、油污、浮锈等清除干净。然后采用钢丝刷或电动钢丝刷打磨，直至露出金属本色，同时将管口内侧50mm范围清理干净；使用烤把加热管端300－500mm范围内加热，以去除管壁水汽，防止焊接时产生焊接缺陷。
2.2管口组对
采用两台吊管机进行管线组对，管口组对过程中禁止强力组对，管口组对应优先采用内对口器。
2.3焊接方法
焊接方法应针对不同区域和地形条件进行选择，一般原则是对于地形地貌比较平坦的地区采用沟上焊施工，对于特殊地段采用沟下焊施工。
2.4选择加热设备
采用电磁感应加热带或电加热带对管口进行焊前预热及层间加热保温。电磁感应加热带具有体积小、野外施工时安全可靠、经久耐用、操作简单和输出稳定，输出能通过面板旋钮或远程控制开关控制等特点，而且加热时加热带本身不发热，不影响焊工操作。电加热带加热是将两条电加热带分别固定在组对的两个管口的端部，固定后利用焊接电源给电加热带通电。由于环境温度低，造成焊缝金属的冷却速度过快，影响焊接质量和焊缝金属的力学性能，因此施工中应提高预热温度20－30℃，但不应大于170℃，预热宽度以坡口两侧各75－100mm为宜。
2.5测温
为了抵消低温环境下的热量散失效应，在对焊口预热时，应达到预热温度要求的上限，温度控制采用红外测温仪测量，沿圆周均测4点。
2.6根焊
测温合格后应立即根焊，为保证管口温度不致于降低过快，根焊时应采取以下三项措施：
1)先将加热带移到距管口20－30mm处，在焊接过程中应用加热带继续加热。
2)焊接应在大型带盖可移动式保温防风棚内进行。与普通焊接防风棚不同的是，它具有保温功能。棚壁采用复合板材材料，底部垫有隔热板，防止热量向地面快速散失。棚上部开一排烟口排烟尘。焊接挡风保温棚内设置两组5－10kw远红外电加热器，以提高焊接环境温度，为保证防风棚内的照明，设顶部照明灯两盏，地面照明灯两盏，灯具均带有防爆灯罩。加热器具、照明等供电均由焊接综合作业车提供。
3)为避免焊接时管内有过堂风，在焊接前应用特制管端封堵器将管道另一端管口封堵。
2.7填充、盖面焊
1)测量焊道层间温度，焊道层间温度达不到要求时，用加热带重新加热，满足要求后，方可继续施焊。
2)每道焊口宜连续焊接，在工休时至少完成三层焊道并不低于壁厚的50％，且采取保温缓冷措施。重新焊接时，需将焊道两侧各300－500mm范围内重新加热至50℃以上，去除管壁水汽，再用加热带加热至焊接温度，方可继续焊接。
2.8焊后保温
整个焊道焊接完成后，应立即用经火焰加热器加热到80℃以上的岩面保温被将整个焊道包裹上，达到焊后保温缓冷作用。
2.9返修
环境温度较低情况下的返修焊接非常困难，尤其是全壁厚返修，由于拘束应力大，容易在焊缝中心开裂。为了改善返修质量，返修前应将焊口整体预热至正常管道焊接温度，并在返修处上下100mm范围内提高预热温度50℃左右，根焊焊条采用低氢焊条进行返修焊接。
3、施工现场管理要求
1)焊工劳动防护用品，如焊工手套、焊工鞋以及棉衣等的保暖性、轻便性和灵活性，将使焊工操作技术水平和焊接效率受到较大影响，从而影响半自动焊和手工焊的焊接质量，改进措施是选择适合的防护用品。
2)寒冷环境中焊工面罩聚集哈气，影响对熔池的观察，也会影响焊接质量和施工进度。改进措施是使用玻璃防雾剂。
3)进入冬季之后，早晚气温较低，难以保证焊接质量，应避免早晚施工，将焊接时间尽量安排在每天中午气温较高时间内进行。
4)在焊接过程中和每天收工前，要求管口封堵，有利于保温和保持管内清沽。
5)冬季焊接应尽量使用冷弯弯管，减少弹性敷设，避免焊口承受的应力过大。
6)环境温度降至－20℃以下时，焊接工程车、发电机组的准备、启动至正常工作时间延长；对口器的电磁阀被压缩空气中的水冻住，涨紧机构失灵；监测仪器仪表的液晶显示失常或无显示。这些是影响施工进度的主要因素。
7)露天作业电焊机必须设有防雪等安全措施。
8)工作结束时，仔细认真地检查工作现场，清除火灾隐患，当确认无安全隐患后，方可离开现场。
4、结论
随着焊接环境温度的降低，焊缝金属的硬度值增大。采取有效的预热、层间温度和焊后缓冷措施以降低焊缝金属的冷却速度，从而改善焊缝金属的硬度值。热温度不足的情况下，根焊缝产生裂纹的倾向性增加，但增加预热温度和改进预热方式，可明显提高焊缝质量。创造适合的施工环境和焊接条件，保证焊工劳动防护措施的保暖性和轻便性，焊接过程中使用自制的可移动式保温防风棚和管端封堵器等。选择适合于低温环境的施工机具、焊接设备，采取必要的保证措施确保低温环境下施工机具、焊接设备正常运转使用，是保证工程施工顺利进行的前提。