本发明涉及石油天然气的焊接领域，特别地，涉及一种石油天然气长距离输送管道的焊接方法。
背景技术：
石油天然气长距离输送管道的焊接重点是防止焊缝金属及热影响区氧化，以防止其抗腐蚀性能的降低；线路连头焊接时，如何对连头焊口进行内充氩保护是焊接成功与否的关键。目前常用的工艺是设置一个氩气进入口和一个排气口，由于存在两个气体进出口，焊接的保护效果不是十分的理想，在焊接过程中，空气会涌入管内，造成焊缝根部氧化严重，导致焊缝不合格及割口重焊，会造成工期延长和人力物资浪费。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种石油天然气长距离输送管道的焊接方法，所述焊接方法可包括以下步骤：在所述长距离输送管道的待焊接端的内部构筑气坝；将两个内部已构筑气坝的待焊接端进行组对，形成焊口，用密封带对焊口进行密封，形成密封层，按照钟点位置，在密封层的y点钟位置设置出气口，在密封层的x点钟位置设置进气口，其中，10≤x＜12或0＜x≤2，y点钟位置的高度不低于x点钟位置的高度，优选的，y点钟位置的高度高于x点钟位置的高度；通过所述进气口向焊口内部的空间通入保护气体，使焊口内部空间的空气从所述出气口排出；按照钟点位置，对y点钟-6点钟-x点钟之间的焊口进行根焊，形成打底焊层，该步骤持续通入所述保护气体；将打底焊层温度降至100℃以下，进行填充焊，打底焊层上形成填充焊层，该步骤持续通入所述保护气体；将填充焊层温度降至100℃以下，进行盖面焊，填充焊层上形成盖面层，该步骤持续通入所述保护气体；在继续通入保护性气体的条件下将盖面层温度降至100℃以下，停止通入保护气体，对焊口未进行焊接的部分依次进行根焊、填充焊和盖面焊，最终完成对整个焊口的焊接。
根据本发明基于的一个示例性实施例，所述长距离输送管道包括数百米至数十千米的管道，进一步地，包括数千米至数十千米的管道。
根据本发明基于的一个示例性实施例，两个内部已构筑气坝的待焊接端进行组对后，所述气坝与焊口之间的距离为30～120mm。
根据本发明基于的一个示例性实施例，所述构筑气坝的材料可包括易排除的材料。
根据本发明基于的一个示例性实施例，所述密封带可包括黏胶带或铝箔胶带。
根据本发明基于的一个示例性实施例，所述易排除的材料包括直径等于或略大于所述长距离输送管道内径的橡胶圆片，所述橡胶圆片厚度为2mm～5mm。
根据本发明基于的一个示例性实施例，按照钟点位置，对y点钟-6点钟-x点钟之间的焊口进行根焊的步骤包括：按照钟点位置，对z点钟-x点钟之间的焊口进行根焊，对z点钟-y点钟之间的焊口进行根焊，其中，5≤z≤7。
根据本发明基于的一个示例性实施例，所述进行填充焊的步骤包括：按照钟点位置，对z点钟-x点钟之间的焊口进行填充焊，对z点钟-y点钟之间的焊口进行填充焊。
根据本发明基于的一个示例性实施例，所述进行盖面焊的步骤包括：按照钟点位置，对z点钟-x点钟之间的焊口进行盖面焊，对z点钟-y点钟之间的焊口进行盖面焊。
根据本发明基于的一个示例性实施例，所述通过所述进气口向焊口内部的空间通入保护气体的步骤包括：通过所述进气口，将能够输送所述保护气体的弯管插入所述焊口内部空间的底部，通过弯管通入所述保护气体，其中，所述弯管的出气端为扁平状并包括两个扁平面，两个扁平面上各设置有一个出气孔，两个出气孔可相面对。
根据本发明基于的一个示例性实施例，在所述构筑气坝的步骤之前，所述焊接方法还包括：在所述长距离输送管道内紧挨所述待构筑的气坝、远离所述焊口的位置，堆积淀粉类食物。
根据本发明基于的一个示例性实施例，在根焊之前，所述焊接方法还包括步骤：对所述焊口内部的空间的氧气含量进行检测。
与现有技术相比，本发明的石油天然气长距离输送管道的焊接方法的焊接质量好，成本低，在焊接过程中保护气体(例如氩气)保护效果好。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了根据本发明另一个示例性实施例的焊口的径向截面示意图。
图2示出了根据本发明另一个示例性实施例的焊口内部空间的轴向剖面示意图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的石油天然气长距离输送管道的焊接方法。
根据本发明示例性实施例的石油天然气长距离输送管道的焊接方法可包括以下步骤：
在所述长距离输送管道的待焊接端的内部构筑气坝；所述气坝与所述待焊接端口的距离可为30～120mm，可根据管径的大小来确定具体的距离，所述构筑气坝的材料可包括易排除的材料，例如，溶于水的材料或在通球测试中易排除的材料，在通球测试中易排除的材料可包括直径等于或略大于所述长距离输送管道内径的橡胶圆片，橡胶圆片厚度可为2mm～5mm，优选地，为3mm。
将两个内部已构筑气坝的待焊接端进行组对，形成焊口，用密封带对焊口进行密封，形成密封层，密封层内部为密封空间，按照钟点位置，在密封层的y点钟位置设置出气口(又称为排气口)，在密封层的x点钟位置设置进气口，其中，10≤x＜12或0＜x≤2，y点钟位置的高度不低于x点钟位置的高度；优选的，x为11或1，y为12，当出气口设置在12点钟位置，可以充分将空气排出。焊口的宽度可为1.5～80mm，进一步地，可为1.5～50mm，例如30±10mm，当然本发明焊口的宽度不局限于这些范围，可根据焊接管道厚度及坡口的形式来确定。密封带可包括黏胶带或铝箔胶带。
由于通常所采用的保护气密度大于空气密度，为保证管道内空气置换干净，要求出气口或者排气口高于进气口，例如，出气口设置在最高点。
通过所述进气口向焊口内部的空间通入保护气体，将焊口内部空间的空气从所述出气口排出，这样可以防止或减少焊接根部发生氧化，焊接根部发生氧化将会导致焊缝不合格及割口重焊。其中，焊口内部的空间是由气坝、管道的待焊接端和密封带形成的气体保护室；保护气体可包括惰性气体(例如氩气)、二氧化碳、氮气等不易反生氧化反应，且密度大于空气的的气体。
按照钟点位置，对y点钟-6点钟-x点钟之间的焊口进行根焊，形成打底焊层，该步骤持续通入保护气体。其中，所述y点钟-6点钟-x点钟之间的焊口包括从y点钟出发、经6点钟、到x点钟的焊口，或从x点钟出发、经6点钟、到y点钟的焊口；在该步骤中，根焊可分2～3分段进行，分段焊接是可以降低焊缝金属温度，另外在分段的间断焊接过程中还可以进一步置换空气，以保证焊接质量。
将打底焊层温度降至100℃以下，例如90±5℃，进行填充焊，打底焊层上形成填充焊层，该步骤持续通入所述保护气体。在该步骤中，填充焊可分2～3分段进行，分段焊接是可以降低焊缝金属温度，另外在分段的间断焊接过程中还可以进一步置换空气，以保证焊接质量。
将填充焊层温度降至100℃以下，例如90±5℃，进行盖面焊，形成盖面层，该步骤持续通入所述保护气体。在该步骤中，盖面焊可分2～3分段进行，分段焊接是可以降低焊缝金属温度，另外在分段的间断焊接过程中还可以进一步置换空气，以保证焊接质量。
在继续通入保护性气体的条件下将盖面层温度降至100℃以下，停止通入保护气体，对焊口未进行焊接的部分依次进行根焊、填充焊和盖面焊，最终完成对整个焊口的焊接。其中，每完成一层的焊接，可及时冷却降温，以保证质量。
在本实施例中，石油天然气长距离输送管道可包括奥氏体不锈钢(例如316、316l、304)、双相不锈钢(例如saf2205、saf2507)或镍基合金(例如n08825、n06625)等具备由于抗腐蚀性能的合金管道或者由以上至少两种构成的复合管。
在本实施例中，由于不锈钢、镍基合金等这一类耐腐蚀材料在485～850℃区间存在热敏化现象，会产生有害相，降低材料本身性能，主要是降低材料抗腐蚀特性。因此在焊接过程中需快速降温，缩短485～850℃区间停留时间，因此在焊接过程中要确保焊层间温度小于100℃，以加速下道焊缝金属冷却。
在本实施例中，气坝与焊口之间的距离为30～120mm，例如80±10mm，具体可根据管径的大小来确定。
在本实施例中，所述长距离输送管道可包括几千米至几十千米的长输管线，所述长距离输送管道可由数十甚至上百个短管道焊接组成(通常管道出厂的长度约为11.5～12.5m)，一条完整的石油天然气输送管道的焊接过程是：从起点位置(即待形成的完整输送管道一端)向终点位置(即待形成的完整输送管道另一端)依次将各个短管道进行组装焊接；但由于施工周期、焊接效率、施工设备、材料到场时间等诸多因素制约，需要分n个小段同时施工，再将各段连接(称为连头焊)。本发明主要针对管材为不锈钢、镍基合金以及上述材料组成的复合管道连头焊时管道内部保护，尤其是长度为数百米至几千米的长距离输送管道焊接时的内部保护。
在本实施例中，按照钟点位置，对y点钟-z点钟-x点钟之间的焊口进行根焊的步骤可包括：按照钟点位置，对z点钟-x点钟之间的焊口进行根焊，对z点钟-y点钟之间的焊口进行根焊，其中，5≤z≤7，优选的，z为6，两段的焊接可不分先后顺序。例如，可按照钟点位置，从所述焊口的z点钟位置至x点钟位置进行根焊，从所述焊口z点钟位置至y点钟位置进行根焊。
进行填充焊的步骤可包括：按照钟点位置，对z点钟-x点钟之间的焊口进行填充焊，对z点钟-y点钟之间的焊口进行填充焊，其中，5≤z≤7，优选的，z为6，两段的焊接可不分先后顺序。例如，可按照钟点位置，从焊口z点钟位置至x点钟位置进行填充焊，从焊口z点钟位置至y点钟位置进行根焊，两段的焊接可不分先后顺序。
进行盖面焊的步骤可包括：按照钟点位置，对z点钟-x点钟之间的焊口进行盖面焊，对z点钟-y点钟之间的焊口进行盖面焊，其中，5≤z≤7，优选的，z为6，两段的焊接可不分先后顺序。例如，可按照钟点位置，从焊口z点钟位置至x点钟位置进行盖面焊，按照钟点位置，从焊口z点钟位置至y点钟位置进行盖面焊。另外焊接过程中为控制焊接缺陷，应尽量减少接头。
在本实施例中，通过进气口向焊口内部的空间通入保护气体的步骤包括：将弯管伸入管道底部，通入保护气体，保护气自下而上充满需要保护的空间，空气从顶部出气口排出。在插入弯管后，需保证除进气口和出气口以外所有的位置是密封状态，然后再开始通入保护气体。
如图1所示，弯管包括依次连接并呈一定角度的两段，例如第一段和第二段其中，第一段深入焊口空间的内部，第二段位于焊口的外部，两者之间的角度可根据实际通气情况来确定，例如，可为60～150度，130±10度等。第一段的端头为弯管的出气端，出气端为扁平状，并包括两个扁平面，两个扁平面上各设置有一个出气孔，两个出气孔可相面对，保护气体从出气孔中喷出的方向与扁平面垂直。
弯管的材质为不锈钢弯管，且不能采用碳钢管，因为碳钢与不锈钢或镍基材料接触，会污染焊缝金属，弯管的宽度可为4mm～7mm，优选的，为6mm，弯管第一段的长度以所焊接管道直径来确定，例如，第一段的长度不易超过20mm；弯管的出气口设置为扁平状，这是由于焊接间隙仅有2.5～3.5mm宽，扁平状有利于顺利深入管内，同时方便在扁平处开出气孔，弯管出气端扁平处的两个对称出气孔，更有利于将焊缝两侧的管道内空气排出管道，确保焊接合格率。该弯管制作简单、方便，材料可以使用尺寸合适的仪表管余料即可，经济适用。
在本实施例中，在构筑气坝的步骤之前，焊接方法还可包括：在所述长距离输送管道内紧挨所述待构筑的气坝、远离所述焊口的位置，堆积淀粉类食物，例如馒头等，这样可以防止焊口内部空间的压强过大从而使气坝倒塌，导致保护气体的泄露。
在本实施例中，在根焊之前，所述焊接方法还包括步骤：对焊口内部的空间的氧气含量进行检测；当氧气含量小于200ppm，可进行后续的焊接步骤，这样可以防止或减少焊口内部空间的氧气对焊接的影响。在该步骤中，可通过设置一个测氧仪来进行检测氧气含量。
在本实施例中，在焊接完成之后，所述焊接方法还可包括步骤：及时进行外观检查，外观检查合格后按照主线路焊口无损检测要求进行检查。
在本发明的另一个示例性实施例中，通过将充氩位置设置在“11点钟”，将充氩时间从仅在根焊阶段充氩保护调整至99％以上环焊缝焊接保护，同时采用自制的充氩弯管轻松实现对整个管道焊接保护，确保了管道焊接质量。图1示出了根据本发明一个示例性实施例的焊口的径向截面示意图，从图中可知，通过弯管向焊口内部空间充入保护气体(例如氩气)，排出空气，同时，可对焊口内部空间内氧气含量进行检测，焊口分为了1段、2段和3段3个部分。图2示出了根据本发明的焊口内部空间的轴向剖面示意图，图中p1为密封带，p1为气坝，密封带、气坝和部分管道组成了密闭室，保护气体(例如氩气)可通过气体进出口进入焊口内部空间室。
在本实施例中，石油天然气长距离输送管道的焊接方法可包括以下步骤：
(1)如图2所示，管道组对前先采用密封垫p2(例如3mm厚橡胶皮)构筑气坝，再进行焊口组对，组对完成后采用粘胶带或者铝箔胶带p1进行环焊缝密封。
(2)采用6mm不锈钢弯管进行充氩，充氩位置位于环焊缝11-y点钟范围内(长度不超过20mm)，y点钟位置排气，同时进行管道内氧浓度检测。
(3)管道内氧浓度检测合格后，如图1所示，首先根焊焊接“1段”，即6点至11点钟范围，再焊接“2段”，即逆时针6点至12点钟范围，“3段”范围内的焊缝暂时不焊，用于向管道内持续充氩。
(4)待层温将至100℃以内后进行填充焊，如图1所示，即按照“1段”、“2段”的顺序施焊；填充焊完成后及时降温，降温后再按照同样的顺序完成盖面焊；
(5)待“2段”、“1段”焊缝金属温度降至100℃以后，拔出充氩管道，完成“3段”范围内的根焊、填充和盖面焊焊缝的施焊，但每完成一层，均需及时降温，以保证质量。
在本实施例中，焊接完成后，应及时进行外观检查，外观检查合格后按照主线路焊口无损检测要求进行检查。
在本实施例中，构筑气坝的材料应是是溶于水或者在通球测试过程中易于排除的材料。
在本实施例中，石油天然气长距离输送管道可包括n08825镍基管道。
现场切割一道焊口需要2～3个小时(机械冷切割)，增加不短于500mm长短接，再加工坡口，重新焊接，全程需要两个管工、一个焊工配合，配置发电机等，本发明的焊接一次的成本在2000元左右，如果是在国外，成本将5000元以上。可见，本发明的焊接成本低。
综上所述，本发明的石油天然气长距离输送管道的焊接方法的优点包括：焊接过程中保护气体(例如氩气)保护效果好，可以避免或减少氧气对焊接质量的影响，焊接部分的焊接质量好，整个焊接方法所需的成本低。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。