管道建设的主体是管线，管线由大量钢管焊接而成，焊接质量的优劣很大程度上将决定管线的使用性能和安全可靠性。已建和即将建设的西一线、西二线、西三线等国家重点管道工程都是西起新疆的霍尔果斯，受地理环境的制约，为了保证管道施工的焊接质量，管道施工大多集中在从春季到秋季的这一段时间，有效施工时间只有8个月，停工时间约占全年的三分之一。
“十二五”期间，中国石油天然气集团公司将在新疆建成全国最大的油气生产基地、重要的炼油化工基地、石油储备基地和工程技术服务基地。南疆天然气利民工程，是中国石油贯彻落实中央新疆工作座谈会精神的一项重要举措，是全面履行经济、政治和社会责任，推进资源开发更直接惠及新疆各族群众的一项重点工程。南疆天然气利民工程规划投资62亿元，管网建设包括6条主干管道和6条支线管道，总长2556km建设环塔里木盆地的4条干线管道及19条支线管道，总长2480公里，实现喀什、和田、克州地区和沿线所有县（市）及21个农牧团场全部气化。鉴于工程量、工期、施工成本等方面的要求，该工程必须在冬季施工。因此，在低温环境条件下采取何种技术措施进行焊接施工以保证焊接质量成为全体建设者们亟待解决的难题。
2、相关标准规定
目前，国内不少标准就钢制管道焊接施工允许的最低环境温度都给出了具体规定，但规定的温度值不尽一致：
GB 50369-2006《油气长输管道工程施工及验收规范》第10.1.5条规定：当环境温度低于焊接工艺规程中规定的温度时，如未采取有效防护措施不得进行焊接。
GB 50236-2011《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》第3.0.5条规定：焊接的环境温度应符合焊件焊接所需的温度，并不得影响焊工的操作技能。
SY/T 4103-2006《钢制管道焊接及验收》第7.5条当恶劣气候条件影响焊接质量时，应停止焊接。
Q/SY GJX 0110-2007《西气东输二线管道工程线路焊接技术规范》第7.1条规定：当自然环境温度低于5℃时，若无有效的防护措施，不应施焊。
在西气东输一线、二线等国家重点管道工程用焊接工艺规程中都明确规定：在环境温度低于5℃时停止焊接施工。如继续施工，则需采取必要的防护措施来避免焊缝金属冷却速度过快，防止裂纹，保证焊缝金属的性能和焊接质量。
3、焊接施工特点
在低温环境下进行焊接施工，影响焊接质量的主要因素是：不利于形成熔合良好的接头，易使接头出现熔合不良和未熔合现象；由于焊缝金属冷却速度过快，易使接头产生脆硬组织，增加焊缝金属的硬度，产生脆性断裂；降低焊缝金属中氢的逸出速度，增加焊缝金属中的氢含量，导致焊缝金属的冲击韧性降低，产生裂纹。同时，与焊接过程相关施工设备的使用、维护、保养以及人员的安全防护等方面也是保证管道工程冬季焊接施工顺利进行的关键。
4、焊接技术措施
为了保证焊接质量，根据工程实际，我们针对低温环境制定的技术措施主要包括以下几方面：
（1）一般要求
参加施焊的焊工应按TS/G Z6002-2010《特种设备焊接操作人员考核细则》规定进行培训考核，并持有国家质量技术监督检验检疫总局颁发的、在有效期范围内的、与其焊接项目相适应的《特种设备作业人员证》资格证书，在施工过程中应严格按已批准的焊接工艺规程执行。
在进行冬季焊接施工前，应对参与冬季施工的所有人员进行有关操作步骤、机具设备、注意事项等方面的专项培训，经考核合格后，方可进行上岗操作。
管道焊接施工应在相对较封闭的焊接防风（保温）棚内进行。防风（保温）棚采用∠50的角钢焊制而成，内、外包白铁皮，内补一层牛毛毡，两侧设有机玻璃窗，顶棚设排气孔，下面铺一层防潮层。棚内采用电暖气取暖的方式进行加温，以提高施焊环境温度并降低棚内的湿度，使之达到焊接工艺规程要求的环境温度，如图1所示。
图1 防风（保温）棚
（2）焊前准备
① 管口清理
冬季施工时，由于农田段空气环境湿度大，管端内外表面有积雪，凝结后在钢管表面会有冰霜出现。因此，在管口组对前，首先应采用环形火焰加热器对管端不小于300mm范围内进行加热，以去除管端内外表面上的积雪和冰霜；然后采用棉纱等材料将管端内外表面上的泥土、油污、浮锈、霜冻及管内的积雪或冰霜等清除干净；最后再采用钢丝刷、角向磨光机等电动工具进行打磨，直至露出金属光泽。加热时不应破坏钢管的防腐层。
② 管口组对
应优先采用内对口器进行管口组对。采用内对口器时，当根部焊道承受辅设
应力比正常情况高，且有可能发生裂纹的情况下，应在完成热焊道后方可撤离对
口器；采用外对口器时，对口支撑和吊具则应在根焊道全部完成后方可撤除。
严禁采用任何形式的强力组对。
③ 预热
管口预热宜采用感应加热或电加热的方法进行。在冬季环境下热量损失较大，故施工中的实际预热温度应高于焊接工艺规程规定的预热温度下限值20℃左右，但加热温度上限不得超过管体防腐层所许可的容限温度。预热宽度应大于等于坡口两侧各100cm，且保证预热均匀。预热时不应破坏钢管的防腐层。
④ 测温
预热完成后，应采用测温笔、红外线测温仪等测温工具测量管口预热温度，在距焊口两侧各50mm处沿圆周均匀测量6～8个点，符合要求后方可进行根焊部道的焊接。
⑤ 层间温度
在低温环境下焊接，每道工序必须衔接紧凑，以确保层间温度符合焊接工艺规程的要求。在整个焊接过程中，层间温度不得低于预热温度。当层间温度低于焊接工艺规程规定的预热温度下限时，应按照预热程序重新预热，待符合要求后方可继续进行焊接。
⑥ 焊接材料质量控制
焊接材料的储存、使用和烘干应按照生产厂家产品说明书的要求执行。凡有损坏或变质迹象的焊接材料禁止用于焊接。烘干后的焊条应放在保温筒内，防止受潮，随用随取。
（3）设备管理
① 冬季到来前，应对设备进行一次全面的检修、保养、维护，采取有效的防冻、防火、防滑措施，以保证设备工作正常运转。
② 按要求需要添加防冻液的设备，添加前必须检查防冻液是否适应设备使用及当地最低气温的要求。不需要添加防冻夜的设备，在每天启动设备前，操作者必须先添加冷却水后再启动设备；工作完成后，待确认水放净后方可离开。
③ 润滑系统用油，应按各自设备自身的要求，必须使用、更换相应牌号的润滑用油，以确保各润滑系统的正常运行。
④ 使用柴油作为燃料的施工设备、车辆，必须根据当地气温变化及时更换、使用相应标号的柴油。
⑤ 使用蓄电池的设备，必须检查、校对、调整蓄电池电解液，使其达到蓄电池冬季使用的要求。
⑥ 在冬季气温较低启动设备时，必须按设备使用操作规程进行预热后方可启动设备。严禁采用明火烘烤以及进气管用明火引火加温形式来启动设备。
⑦ 设备启动后，必须对设备预热，待水温、润滑油温度达到40℃以上才能使设备平稳、匀速带负荷工作。严禁设备在发动后立即加速预热和立即加速带负荷运转工作。
⑧ 冬季施工用的设备、电气仪表盘柜应及时入库，不得露天放置。露天使用的电焊机、砂轮机、搅拌机、电气设备等应放置在搭设的防风（保温）棚内，以防止受潮。
⑨ 所有带电设备都要有接地保护。使用前应对所有带电设备、设施的电缆、电线、闸刀、插座等进行仔细检查，确认无破损现象。使用带电设备的操作者，由于地面潮湿，要穿绝缘胶鞋和戴绝缘手套操作，防止触电，并采取防滑措施。
⑩ 有薄冰、积雪等地段施工的设备，要加装防滑链，车辆停放时，要停在修筑的平台上。在无条件修筑平台的地方，对停放车辆要打木楔防止车辆发生溜坡等现象。
（4）管道焊接
焊接过程应连续对管道进行加热，以确保层间温度不低于焊接工艺规程的规定。
在根部焊道焊接前，应对定位焊缝进行检查。当发现缺陷时，应处理后方可继续施焊。
焊接完成后，应采用测温笔、红外线测温仪等测温工具沿圆周均匀测量温度，且应在保证不低于焊接工艺规程规定的层间温度后方可进行下一层的焊接施工，其余焊层同理。
每条焊缝宜一次连续焊接完成。如因故中断焊接时，必须保证已完成的焊缝金属厚度不低于钢管壁厚的2/3，且未完成的焊缝应根据焊接工艺规程要求采取保温缓冷或后热等防止产生裂纹的措施。重新焊接前，应检查焊道表面，确认无裂纹后，必须将焊道两侧各不小于300mm范围内加热到不小于焊接工艺规程规定的最低预热温度后方可继续焊接施工。
（5）焊后保温缓冷
焊接完成后，应立即用经加热到80℃以上、保温性能好、耐高温的保温被将焊缝金属及裸露钢管的母材表面整体包裹上并盖上毛毡，用橡皮带捆紧，以防止焊缝金属急骤降温，实现焊后保温缓冷的作用，如图2所示。保温时间30min～40min。当温度降至环境温度及以下时，方可将保温被拆除。
保温被应设专人保管，具体负责保温被的烘烤、发放、回收工作。严禁使用保温性能不能满足要求、破损以及未经烘烤的、带雪的、潮湿的保温被。
5、工程应用
我公司承建的南疆天然气利民工程喀什至泽普段管道全长256Km，途经地区主要为农田、草地、丘陵、谷地地貌单元，农田、河流穿越较多，环境湿度大，施工质量要求高、难度大，由于项目工程量大，大部分工程需要在冬季进行施工。
施工单位技术人员结合工程实际，针对新疆冬季时间长，温度低，且昼夜温差大的气候特征，依据上述焊接技术措施编制冬季焊接工艺预规程，利用冬季寒冷的自然低温条件，在-10℃～-25 ℃的不同温度环境下进行低温焊接工艺试验，依据合格的焊接工艺评定报告编制焊接工艺规程指导现场焊接施工。自当年12月20日至次年3月15日，在不低于-15℃的环境温度下，八个机组共焊接X52/φ508×7.1～9.5mm管线24.56Km计2028道焊口。为了防止焊后延迟裂纹漏检，明确规定无损检测工作必须在焊接工作结束后不少于24小时方可按照SY/T 4109-2005《石油天然气钢质管道无损检测》进行，其中RT检测1630道焊口，一次合格1545道焊口，一次检测合格率94.787%；UT检测778道焊口，一次合格778道焊口，一次检测合格率100 %。次年4月又进行5%RT抽检，未发现延迟裂纹等缺欠。
实践证明，在低温环境下进行焊接施工，只要在整个焊接过程中，能够保证被焊区域有足够温度就可顺利地进行焊接，并获得合格焊接接头。
6、施工中的注意事项
（1）在进入冬季施工前,对所有参战人员要进行一次冬季施工的全面教育,包括施工质量、各道工序的施工程序及注意事项、设备操作注意事项、现场施工的HSE管理要求及其他注意事项。
（2）加强焊工的个人劳保防护。焊工劳保用品应齐全有效，且不得妨碍焊工正常作业。为防止焊工冻伤，施工现场应设置暖房或带取暖设施的车辆，以保证焊工能每工作一段时间就可以进行轮换休息。
（3）根据实物工程量应提前组织有关机具、设备、材料进场。进入冬季施工前，应对现场所有设备进行检修保养工作，检查各种设备是否符合冬季施工作业要求，购置并更换设备的机油、润滑油、防冻液、燃油，以保证冬季设备的正常运转。
（4）冬季环境下，钢管表面防腐层的脆性明显增大，容易被损伤,故在钢管装卸、运输及布管作业中，必须小心轻起轻落，与钢管接触及可能接触的部位（如车箱板、吊钩、吊管机大臂、垫管土堆等），必须捆绑上软质物。
（5）冬季由于气温较低，早上设备的表面很容易产生霜冻，表面较滑，在每天早上上班之前必须将设备表面霜冻清除干净，以防止人员打滑而受伤。
（6）为防止穿堂风对根焊道焊接质量的影响，在焊接前应用特制管端封堵器将焊接、预热另一端管口封堵。焊接完成的管线两端用盲板封住，防止风雪、泥砂等杂物进入管内。
（7）冬季施工时，早晚气温较低、湿度较大，有效施工时间短，要充分利用每天中午环境温度相对较高的时间段进行焊接作业。
（8）质量保证体系各工序责任人员应加强现场监督检查，认真落实工艺纪律，对不符合质量要求的焊口应坚决进行割除。
