低温焊接技术的研究

杨朝举

摘 要：本研究简单介绍了低温下的焊接技术，对于钢结构低温下的焊接工艺研究，不仅可以满足管道工程建设的需要，延长工程的施工期；为低温环境下的管道建设提供技术支持；并且为管道建设带来重大的经济效益和重大的社会效益。

关键词：低温；焊接技术；工程标准；准备工作

低温焊接性研究课题是从管道工程施工中提出的实际课题。一个中等长度的管道工程，施工期都要一年以上。因此，必然要遇到将近冬季时，何时才把施工队伍撤下来？也就是在什么环境温度下，才停止焊接施工？而且，在来年开春时，何时才能开工？由于没有具体的技术标准规定，所以，在制定具体工程计划表示，是不确定的因素。如果能够将可以焊接施工的环境温度减低10度，可以施工的工期就会延长10天，有的工程可能就可以在冬季来临之前完成了工程任务。不必为工程的结尾工作担心，开春后再派大队人员、设备重返工地继续工作。造成的工期延长及生产成本增加。此外，在管线建成以后，也往往会有维修及抢修的焊接任务。这也需要低温焊接性研究成果技术的支持。

随着国民经济的发展，我国能源的需求量越来越大，特别是与民生和国家安全直接关系的石油、天然气的需求量更是增长迅速。管道运输由于具有高效、节能、安全、经济等诸多优点，已经成为输送石油、天然气的首选方式。由于管道运输的安全与不间断性，使得管道运输业在世界范围内获得了快速发展。目前世界石油、天然气管道的总长度为300×104km，并以每年2%至3%的速度增加。我国管道建设起步较晚，现在已建成管线 6×104km因此，与国民经济的要求相差较大。近年来举世瞩目的西气东输重点工程和正在建设的西气东输二线工程就是落实国家西部大开发的战略部署。

1 焊接学科基础研究的需要

从焊接学科的基础研究方面，也需要进行低温焊接研究工作。我国地域辽阔，南北方的纬度跨度很大，约为49度，而且地势的海拔变化也很大，从焊接学科的基础研究来看，也应当研究低温环境下，对于焊接工作的影响。只有这样，才能了解低温条件下焊接工艺的可行性；焊接接头的优劣情况；以及焊接材料、焊接设备在低温条件下焊接施工时表现出的性能如何。这一系列规律，都要通过低温焊接研究，才能发现，才能进行探索与总结。

2 焊接工程技术标准工作的需要

对于在什么环境温度下，应当停止焊接工作？在目前的国内外技术标准中，没有统一的规定。我国在20实际60年代，刚刚使用合金高强度钢时，在钢结构焊接规范中，规定了当环境温度低于5摄氏度时，应当停止焊接。随着科学技术的进步，钢铁材料的行性能指标也在大大的提高。一些行为，在十一焊接的环境温度上，都放宽了下限温度。列如，有些材质定为5摄氏度、0摄氏度或者—10摄氏度等作为焊接的最低环境温度。

3 焊接性研究的目的和意义

根据我国国民经济的总体规划，以及我国能源工作的战略思考，国家制定并实施了西部大开发政策战略部署。近年来启动了举世瞩目的西气东输重点工程、西气东输二线管道工程。这不仅对于我国的国民经济发展起了重要的推动作用，而且对于开发西部地区，建设边疆地区，提高边远地区的人民生活水平都有着重要的显示意义以及保证西部地区人民的奔向小康、边疆地区的长治久安具有重要的社会意义。

当前，世界范围内的石油、天然气资源形势是：油气资源分布在环境恶劣的偏远地区，列如我国的西起和北方油气田多在边疆荒漠地区；俄罗斯、西伯利亚、远东地区；美国石油资源在阿拉斯加的北坡。这些地区均属于高寒地带、冻土带，气温可达零下80摄氏度。因此，高压输送和严酷的环境对管线钢，及管线的焊接施工建设与运营都提出了严格的技术性能要求。从油气输送钢管的发展趋势、管线的服役条件、主要失效形式和失效原因的综合评价，提出了对高强管线钢的主要性能是高强度、高韧性、良好的焊接性和很强的耐腐蚀。其中的重点和难点是高韧性，对于低温下的焊接接头，更要考核其低温焊接性及低温的力学性能。

以前对于管线速出的低温和穿过冻土、湿地、沼泽、森林等地带的管道焊接研究的较少。在焊接材料、焊接方法、焊接工艺、施工措施等研究上缺乏经验。一次必须深入开展本课题的研究，确保保證这些地区管线施工和运行的安全性.冬季，环境温度较低，如果没有防护措施进行钢构件焊接作业，对钢构件的焊接质量会产生重大影响，如在低温下焊接，会使钢材脆化，也会使焊缝和母材热影响区的冷却速度加快，易于产生淬硬组织，脆性增大，这对于建筑钢结构常用的低合金钢（如Q345）的焊接危害性很大。因此，冬季焊接施工必须要严格按照工艺要求实施，不得盲目焊接。焊材要求：严格焊材库的管理，焊条必须按标准进行烘干，烘干次数不得超过2次在空气中的暴露时间不得超过2小时。如现场没有烘箱必须及时申请配备，并安排专人焙烘、发放。焊工持保温桶领取焊条，一次领用不得超过半天用量；焊接过程必须盖好保温桶盖，并使保温桶保持通电状态；定位焊时一次只能取用1根；焊接时一次取用不得超过3根。严禁焊材外露受潮，如发现焊材受潮不得再次使用。焊丝如在四小时内未用完，应退回焊材一级库保存，不允许留在送丝盘上。气体保护焊采用的二氧化碳，气体纯度不宜低于99.9%（体积比），含水量不得超过0.005%（重量比）。新瓶气体使用时，必须倒置24小时后打开阀门把水放尽方可使用，防止冻结。瓶内气体高压低于1MPa时应停止使用。焊接前要先检查气体压力表上的指示，然后检查气体流量计并调节气体流量。使用时瓶口必须接加热装置。气瓶必须存放在0℃以上的环境里。使用瓶装气体时，瓶内气体压力低于1N/mm2时应停止使用。在零度以下使用时，要检查瓶嘴有无冰冻堵塞现象。焊前一般要求清除待焊处钢材表面的水、氧化皮、锈、油污。焊接作业区的相对湿度不得大于90%。当焊件表面潮湿或有冰雪覆盖时，应采取加热去湿除潮措施。总之，对于钢低温下的焊接工艺研究，不仅可以满足管道工程建设的需要，延长工程的施工期；为低温环境下的管道建设提供技术支持；并且为管道建设带来重大的经济效益和重大的社会效益。