長輸管道全位置自動焊接工藝分析

　　摘要：在我國各類石油化工長輸管道工程建設中，長輸管道工程建設朝著“更長距離、更節能、更安全環保”的方向發展。管道全位置自動焊具有焊接效率高、焊接質量高、勞動強度低等特點，已逐漸成為焊接施工的主要工藝。文章針對長輸管道全位置自動焊施工情況進行總結對比，形成不同管徑和材質的性價比最優、操控性最強的管道全位置自動焊工藝選擇。

　　關鍵詞：管道全位置自動焊;根焊;性價比;一次合格率

　　1.概述

　　管道全位置自動焊是一種借助于機械、電氣等方法，使整個焊接過程實現自動化、程序化的焊接施工技術，具有效率高、質量穩定、焊縫成形美觀、勞動強度低、焊接速度快、焊接過程受人為因素影響小等優點，在歐美發達國家得到了廣泛的應用。

　　而在我國各類石油化工管道工程中，管道全位置自動焊應用的比例相對較低，隨著大口徑、厚壁鋼、高鋼級長輸管道的大量建設，管道全位置自動焊已逐漸成為我國管道施工的主要焊接方法。本文針對目前國內施工的長輸管道典型管徑采用的管道全自動焊工藝及設備進行性價比分析，形成不同管徑和材質的管道采用最優的管道全自動焊工藝匹配。

　　2.管道全位置自動焊工藝使用案例

　　自2016年開始，中俄原油管道二線、陜京四線、中靖聯絡線和中俄天然氣東線的開工建設，除中俄天然氣東線(φ1422mm)正在建設中，其余三條長輸管道已全部施工完畢。已建設完畢的三條長輸管道自動焊施工及工藝情況可以看出，管道全位置自動焊綜合使用比例達到50%以上，根據目前長輸管道焊接工程對管道全位置自動焊的使用要求，不僅可在主線路施工中進行應用，同時也可在支線管道進行大面積推廣應用。

　　其一，提升工作效率，自動焊接技術的焊絲熔敷速度更快，進而縮短了焊工換條的時間，有效雖短工作時間達到原先的三到四倍。

　　其二，焊接質量更為穩定，通常意義上的管道焊接很大程度上受到技工水平的影響。隨著科技的氣體的保護，在大口徑厚管壁的施工作業上更能夠保證工程質量。

　　其三，緩解施工現場工作強度。管道焊接作為一項復雜的施工，運用自動焊接技術能夠減少飛濺、控制煙塵。降低了工程人員的工作強度，改善施工現場環境。

　　3.管道全位置自動焊工藝特點

　　目前采用的工藝按照根焊方式分為兩大類，一是內焊式根焊，二是外焊式根焊，其中外焊式根焊分為自動和半自動焊兩種。填充蓋面時采用單焊炬或雙焊炬焊接。本文僅對根焊方式的區別進行對比分析，結合填充蓋面時采用的工藝進行性價比對比。

　　(1)內焊式根焊內焊式根焊采用內焊機進行管內部根焊，根據管徑不同，內焊機的焊炬數量存在不同。φ1219mm和φ1422mm內焊機為8焊炬。內焊機具有以下優缺點。優點：①焊接效率高，完成根焊純焊接時間為1.5〜2.0min。②操作簡單，對焊接操作人員要求不高。③成形美觀，焊接一次合格率高，不受人為因素干擾。④對口間隙要求0.5mm以內，對口效率相對較高。⑤坡口角度小，焊材使用量少。缺點：①適用范圍小，僅適用于單一管徑的管材焊接。②設備一次投入高。③設備復雜，維修及保養難度及成本高。④需配套坡口機進行坡口加工，增加了施工工序，同時對坡口質量要求較高。

　　(2)外焊式根焊自動式

　　外焊式根焊是采用單焊炬自動焊接小車在管外部進行根部焊縫焊接，填充蓋面采用單焊炬實芯向下焊接或雙焊炬實芯向下焊接。優缺點如下所述：優點：①適用范圍大，可適用于管徑≥508mm以上管道的根焊焊接。②設備投資較內焊機相比，節省投資約50%以上，同時根焊設備可作為熱焊、填蓋設備使用，進一步降低設備投資。③根焊成形美觀。④對口間隙要求0.5mm以內，對口效率相對較高。

　　缺點：①焊接操作較內焊機復雜，操作人員需具備一定焊接基礎，并經過近一個月的培訓方可熟練掌握設備的焊接。②焊接效率為內焊機的70%左右，以焊接φ813mm管徑為例，根焊純焊接時間約為4~5min。③設備復雜，維修及保養難度及成本高。④需配套坡口機進行坡口加工，增加了施工工序，同時對坡口質量要求較高。⑤焊接一次合格率相比較低。半自動外焊式根焊是采用RMD或STT在管外部進行根部焊縫焊接，是長輸管道目前最常用的根焊焊接方式，填充蓋面采用藥芯氣保向上焊接，是中俄原油管道二線中X65管線鋼焊接合格率最高的管道全位置自動焊工藝，優缺點如下所述。

　　優點：①適用范圍大，可適用于任意管徑的長輸管道的根焊焊接。②與自動焊根焊相比大大降低設備一次性投資。③可用管道原始坡口進行焊接，減少坡口加工工藝和工序，大大降低了施工成本。④外焊可采用藥芯氣保向上焊工藝，設備操作簡單、價格低廉，焊接一次合格率高。缺點：①根焊為半自動焊，焊接效率較其他根焊方式低50%以上。②操作人員需具備較好的焊接技術，并經過不少于一個月的培訓方可熟練掌握工藝操作。③內部成形不如其他工藝美觀，但滿足施工技術要求。對以上三種根焊方式的優缺點進行總結對比。

　　4.控制方式

　　在焊接過程中焊接小車的行走速度、送絲速度以及焊槍的左右振動頻率是三個主要的參數焊槍的上下調節可以不考慮在內。用一條垂線將管子的圓周分為左右兩個半圓然后將兩個半圓順時針、逆時針方向等分定出焊接節點。通過大量的試驗可以在寒風的每個節點處獲取理想的焊接參數。例如在選取了合適的焊接工藝之后理想的焊接電流、電弧電壓、送絲速度、小車行走速度、焊槍振動頻率等一系列參數然后將這些參數輸入到計算機內進行自動擬合、運算這樣就實現了從$79)"$7的自動焊接。

　　但實際焊接與試驗時的數據不會完全相同在焊接過程中可以根據實際情況調節焊接參數加送絲速度、振動頻率等參數。但這些參數的調節是相互關聯的送絲速度調節合適了振動頻率、焊車速度卻不一定合適只有通過一定時間的摸索才能將幾個參數調節匹配。若采用另一種控制方法情況則大不相同。將送絲速度、焊車行走、焊槍振動頻率作為三個因變量置于一個空間坐標系中以時間作為自變量以焊接電流、電弧電壓作為邊界條件最后得出送絲速度、焊接小車行走速度、焊槍振動頻率之間的關系即空間坐標方程。在實際焊接時每一次調節均是上述三個參數同時調節從而確保調節過程的準確性。

　　5 結語

　　根據對內焊機根焊、自動式外焊式根焊和半自動外焊式根焊三種管道全位置自動焊工藝的優缺點進行總結對比分析，結合采用管道全位置自動焊工藝的長輸管道施工情況，綜合性價比、操作性及焊接效率等要素進行工藝對比分析，結果表明，半自動外焊式根焊綜合性價比最高，依次為自動式外焊式根焊和內焊機根焊。但由于自動式外焊式根焊焊接一次合格率較低，在長輸管道施工中應用較少，故長輸管道全位置自動焊施工中可針對不同材質、管徑按照以下建議進行選擇。

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　　(1)對于管徑>813mm，材質為X70及更高鋼級管線鋼的主線路焊接，因管徑大且壁厚，可優先采用內焊機根焊，單槍或雙槍實芯氣保焊絲向下自動焊。

　　(2)對于管徑≤813mm，材質為X65及低鋼級管線鋼的主線路焊接，可優先采用半自動外焊式根焊，單槍藥芯氣保焊向上自動焊。

　　參考文獻：

　　[1]黃龍鵬.長輸管道全位置自動焊接工藝研究[J].裝備制造技術,2020(04):25-30.

　　[2]任國強,張先龍,郭建明.長輸管道全位置自動焊工藝對比分析[J].金屬加工(熱加工),2018(12):32-34.

　　作者：朱良蒙 陳兆飛 任海濤

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