長輸管道全自動焊接工藝技術(shù)研究

姚寒木 劉堂亮 劉川

摘 ?要：近年來，長輸管道焊接從手工焊接向自動焊接發(fā)展越來越快，長輸管道全自動焊接越來越重要。當(dāng)管道相對牢固時，由焊接車帶動焊條，管道周圍的管線移動，實現(xiàn)全自動焊接。一般自動焊接裝置由焊接小車、試驗臺車和自動控制裝置組成。研究全自動焊接工藝的目的是提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率，并且降低工作強度。

關(guān)鍵詞：長輸管道;全自動焊接;工藝技術(shù)

前言

目前，我國對于普通材質(zhì)輸油輸氣管道的焊接方法已經(jīng)從傳統(tǒng)的手工焊提升到成熟的半自動、全自動焊工藝，但是對于高含硫管道的焊接，我國尚未形成指導(dǎo)施工的全自動焊工藝，當(dāng)前仍以手工氬電聯(lián)焊為主。傳統(tǒng)的手工氬電聯(lián)焊，對于焊接人員的能力要求較高，受外界環(huán)境影響因素大，焊接質(zhì)量及焊道外觀成形難以保證。針對目前技術(shù)現(xiàn)狀，通過對焊接方法、焊接設(shè)備、焊接材料、焊接工藝參數(shù)、熱處理工藝、現(xiàn)場試驗等一系列研究，實現(xiàn)了高含硫管道的全自動焊。文中重點從焊接方法選擇、焊接工藝、焊材、熱處理工藝及配套機具、現(xiàn)場應(yīng)用等方面進行介紹。

1長輸管道全自動焊技術(shù)概述

1.1長輸管道全自動焊技術(shù)概念及現(xiàn)狀

全自動焊接技術(shù)是國際管道建設(shè)中的先進焊接技術(shù)，其過程是固定管道，轉(zhuǎn)動焊條，在鋼管周圍涂膠，實現(xiàn)管道所有部分的自動焊接。由焊接小車、軌道和自動控制組成自動焊接裝置，采用二氧化碳和混合氣體兩種氣體進行保護，通過改變焊接速度和振動次數(shù)，保證焊機與焊接接頭焊接參數(shù)的一致性，進而保證焊接質(zhì)量。但是關(guān)于焊接參數(shù)的自我調(diào)節(jié)功能不是很完善，當(dāng)前的自動焊接裝置中，所有數(shù)據(jù)都是基于焊接前大量測試所得的，建立的數(shù)學(xué)模型與實際情況相比有很大出入，這不僅使焊接前的準(zhǔn)備工序復(fù)雜化，還降低自動焊接裝置的適應(yīng)性，而且不能保證焊接過程中限制參數(shù)的合理性，即焊接質(zhì)量。

1.2長輸管道全自動焊技術(shù)特點

（1）工作效率高。管道厚度和半徑越小，全自動焊接工藝效率越快。以某管道工程為例，手動焊接兩個管道接頭需1h，但使用全自動焊接技術(shù)時，兩個管道之間焊接部分的焊接時間會縮短到35min。自動焊接的效率遠高于手動焊接，提高大約40%。再以西氣東輸項目中管道為例，相同兩個焊口，同一個焊工用自動焊接技術(shù)用時45min，使用手動焊接技術(shù)則花費6h。對比兩種焊接可得全自動焊接效率明顯更高。（2）保證質(zhì)量。由于焊絲和氣體保護，焊接缺陷少，焊接質(zhì)量不受焊接工藝水平的限制，焊接質(zhì)量優(yōu)良，尤其適用于大口徑、厚壁管道。（3）減少工人的勞動力。在焊接過程中可以實現(xiàn)穩(wěn)定的連接，減少灰塵散布，不僅減少工人的勞動力，而且改善勞動者的勞動環(huán)境。

2焊接方法

2.1焊接方法選擇

長輸管道材質(zhì)常用焊接方法主要為手工氬電聯(lián)焊。手工氬電聯(lián)焊焊接速度慢，抗風(fēng)性差，不適合大口徑長輸管道施工。而實心焊絲氣體保護自動焊具有焊接生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量高且穩(wěn)定、勞動強度低、經(jīng)濟性好、具有對焊工操作技能水平要求低，人為因素對焊接過程影響小等優(yōu)點。適用于大口徑、厚壁管道的施工。因此，實心焊絲氣體保護自動焊方法在高含硫管道焊接方面具有較大優(yōu)勢。因此，對于高含硫管道選用實心焊絲氣體保護自動焊相較于氬電聯(lián)焊在施工效率、施工質(zhì)量、施工成本方面具有較強的優(yōu)勢。

2.2焊接設(shè)備的選擇

管道全位置自動焊按照其軌道樣式，目前主要分為三大類，分別為軌道式、磁力式、卡盤式。全自動焊具有通用性好、適用范圍廣的優(yōu)點，多適用于φ219mm以上管徑自動焊接。磁力式自動焊是在焊接行走機構(gòu)加裝強磁，焊接運行過程中，在強磁場的作用下，焊接行走機構(gòu)沿管道進行180°/360°焊接，具有通用性好、設(shè)備輕便、安裝方便，一種設(shè)備可用于所有管徑，無需軌道。但吸附方式行走對管道圓度要求較高，焊接管道有螺旋或直縫，焊接過程中易發(fā)生卡頓或偏移，影響焊接質(zhì)量，并且對于有外防腐層的管道，無法直接進行吸附。卡盤式自動焊一般配備氬弧焊、氣體保護焊設(shè)備，可以實現(xiàn)周向360°全位置焊接，因卡盤尺寸及工藝特性，一般情況下用于直徑較小的管道焊接，不適宜中大口徑管道應(yīng)用。結(jié)合3種樣式的優(yōu)缺點，創(chuàng)新采用磁力+軌道復(fù)合式，解決了焊接時容易滑車脫落、損壞設(shè)備、砸傷操作人員等問題，還解決了行車時的直線度。齒輪全自動焊接小車卡在配套的軌道上行走，可以克服管道上的防腐保溫層、螺旋焊管的焊縫等影響，確保精確行走焊接，保證焊縫合格率。該設(shè)備具有安裝便捷、自身質(zhì)量小、集成度高的特點。全功能管道焊接電源的寬電壓、抗沖擊、防水、耐低溫、耐高溫等性能優(yōu)秀。精致小車可以平擺、角擺、焊縫方向擺動調(diào)節(jié)、焊槍提槍下槍調(diào)節(jié)，真正實現(xiàn)了全位置調(diào)節(jié)。有線遙控器具有高靈敏度、高操作精度，方便一只手操作，30套焊接參數(shù)存儲、每5°更新焊接參數(shù)，以確保智能焊接。

3長輸管道全自動焊應(yīng)用中常遇到的問題

（1）在建設(shè)過程中也有經(jīng)過自動焊接后不合格的接頭，主要缺陷是缺乏滲透和融合，一方面由于這段時間內(nèi)的工藝和裝置，焊機不能盡快適應(yīng)大直徑管線的焊接;另一方面，管口的質(zhì)量、螺母加工和安裝質(zhì)量不適合自動焊接，因此在這種情況下采用手工焊接。（2）經(jīng)過將全自動焊接工藝應(yīng)用于管道試驗后，可以進一步改進以下幾個方面：①為了使自動焊接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，謀求自動焊接技術(shù)的推廣;②為了確保自動焊接過程的質(zhì)量，建議使用斜面機處理管道上的溝槽;③在高強度X70鋼中，做好焊接后的熱保存工作;④復(fù)合型對提高大壁管線的焊接質(zhì)量有效果，建議使用;⑤自動焊接裝置適用于高梯度的管槽和接合接頭在5.5%以下的緩慢傾斜的斜坡或在平地上的長距離、大口徑和大壁厚的管道上;⑥X射線檢測器和超聲波探測器等非破壞性檢查裝置，應(yīng)具備動態(tài)焊接結(jié)構(gòu)，在管道焊接的同時進行非破壞實驗，確保焊接的質(zhì)量和效率。經(jīng)過多年的努力，全自動焊接機的合格率在西向東燃?xì)獾妮旊娪媱潪?9.8%。從這一點來看，在中國自動焊接第一嘗試就取得了巨大的成功。

結(jié)束語

自動焊接法可將長輸管道的施工效率提高2～5倍，在縮短工期、降低人工成本、降低設(shè)備材料成本、降低返工成本等方面具有很大優(yōu)勢。同時，作業(yè)模式從手工焊直接跨越到全自動焊，高含硫管道全自動焊接技術(shù)的應(yīng)用，在降低勞動強度、提高焊接施工質(zhì)量、降低施工成本、確保安全等方面，具有傳統(tǒng)手工氬電聯(lián)焊無法比擬的優(yōu)勢，適用于油氣田高含硫L360QS材質(zhì)管道的焊接，能取代80%～90%手工氬電聯(lián)焊。

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