石油長輸管道自動焊連頭工藝的研究

刁鳳東，孫國瀚，牛志勇，張 倩

1中國石油管道局工程有限公司國際事業(yè)部，河北 廊坊

2中國石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊

3中國石油天然氣管道科學研究院有限公司，河北 廊坊

1.引言

傳統(tǒng)長輸管道施工過程中，管道連頭焊接通常采用手工或半自動焊接方法完成，焊接速度慢且焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。對長輸管道的失效原因研究表明，失效焊口多發(fā)生在地形較差的連頭，因此提高連頭焊接質(zhì)量成為改善管線整體質(zhì)量的重點[1] [2]。開展管道自動焊連頭工藝研究，最大程度改善連頭口焊接質(zhì)量，對提高長輸管道的安全可靠性至關重要。

2.自動焊連頭工藝的選擇

對于管道連頭根焊，全自動外根焊無法保證管道連頭不均勻組對間隙的焊接質(zhì)量，故采用手工電弧焊(LB52U焊條)根焊 + 全位置自動焊填充蓋面的焊接方式進行連頭根焊。常用的管道自動焊連頭工藝有氣保護實心焊絲下向焊、氣保護金屬粉芯焊絲下向焊和氣保護藥芯焊絲上向焊等3種。表1為各種焊接工藝的特點對比情況，可以看出，氣保護藥芯焊絲上向焊具有設備造價低，可操作性強，坡口適應性強，熔池大、熔深大、電弧穩(wěn)定，對焊工操作要求低等特點[3]，結(jié)合對比結(jié)果和現(xiàn)場經(jīng)驗，確定采用氣保護藥芯上向焊工藝進行管道連頭焊接。

Table 1.The comparison of technical characters of conventional automatic welding joint表1.常規(guī)自動焊連頭工藝特點對比

3.焊接設備的選擇

國內(nèi)施工常用的自動焊設備主要有PAW2000 [4]、CRC P-600以及CRC P-260 [5]，各設備參數(shù)綜合比對情況見表2。結(jié)合對比結(jié)果和設備的實際使用情況，確定采用CRC P-260進行管道自動焊連頭。

Table 2.The comparison of parameters of conventional automatic welding equipment表2.常用自動焊設備參數(shù)對比

4.CRC P-260的改造

CRC P-260原有裝載支持2.7 kg重的焊絲向下爬行，需要將其改裝成能夠裝載5 kg焊絲平穩(wěn)向上爬行的小車。通過多方面論證表明：可以完成對CRC P-260自動焊小車的改裝，實現(xiàn)小車底盤裝載5 kg的焊絲平穩(wěn)可靠向上爬行。

將焊接小車原有的焊絲支架整體去除，設計用于安裝5 kg包裝焊絲的支架，將支架合理安裝到焊接小車上，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，絕緣良好。設計與原送絲機相匹配的藥芯焊絲專用齒狀送絲輪并安裝到送絲機上，保證送絲順暢有力。更改小車的軟件設置，使其滿足焊接的工藝要求。對焊接小車原有的通用參數(shù)部分進行修改(如Travel Weld Direction、Adjustable Width Enable等)。

5.焊接試驗與參數(shù)調(diào)節(jié)

采用手工電弧焊(LB52U焊條)在試驗管段上進行根焊，根焊完成后清理焊道，利用改造完成的CRC P-260自動焊機加裝氣保護藥芯焊絲，進行填充、蓋面焊接工藝參數(shù)調(diào)試。從焊道底部依次完成熱焊、填充、蓋面各層的焊接，最后整合焊接參數(shù)，形成均勻組對間隙焊縫的全位置焊接參數(shù)。此外，施焊管材、坡口、焊材應符合要求，坡口及組對要求見表3，焊接材料要求見表4。

Table 3.The requirement of welding grooves and groups表3.坡口及組對要求

Table 4.The requirement of the welding materials表4.對焊接材料的要求

在管圈上由根焊焊工按照常規(guī)連頭焊接工藝完成根焊之后，裝卡軌道，分別進行平焊、立焊、仰焊不同位置的焊接，經(jīng)過多次試驗，最終得出最優(yōu)化的平焊、立焊、仰焊位置焊接參數(shù)。對焊接參數(shù)進行匯總，并編輯錄入焊接小車，進行連續(xù)試焊，得到從上到下自動連續(xù)的轉(zhuǎn)換焊接參數(shù)。組對間隙不均勻的焊縫，采用人工打底焊接，再進行全位置的焊接參數(shù)調(diào)試，以增加焊接參數(shù)對不均勻組對間隙焊縫的適用性。

6.焊接質(zhì)量檢測

焊接試驗焊口25道，經(jīng)檢測，除1道焊口因根焊焊接缺陷不合格外，其余焊口均成型美觀，符合工業(yè)應用標準。

7.結(jié)語

為實現(xiàn)全自動連頭焊接，采用手工電弧焊(LB52U焊條)根焊，利用改造后的CRC P-260自動焊機填充蓋面并執(zhí)行氣保護藥芯自動上向焊工藝，整個焊接過程連續(xù)穩(wěn)定。焊接人員在焊接過程中僅需對焊槍高低、左右狀態(tài)進行簡單調(diào)整即可完成各層焊道的焊接，不僅一次合格率高，焊接效率可達人工焊接的1.5倍，該工藝成功運用于新疆爆破試驗段的連頭口焊接施工，施工效果良好。