長(zhǎng)輸管道全位置自動(dòng)焊接工藝分析

　　摘要：在我國(guó)各類石油化工長(zhǎng)輸管道工程建設(shè)中，長(zhǎng)輸管道工程建設(shè)朝著“更長(zhǎng)距離、更節(jié)能、更安全環(huán)保”的方向發(fā)展。管道全位置自動(dòng)焊具有焊接效率高、焊接質(zhì)量高、勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)，已逐漸成為焊接施工的主要工藝。文章針對(duì)長(zhǎng)輸管道全位置自動(dòng)焊施工情況進(jìn)行總結(jié)對(duì)比，形成不同管徑和材質(zhì)的性價(jià)比最優(yōu)、操控性最強(qiáng)的管道全位置自動(dòng)焊工藝選擇。

　　關(guān)鍵詞：管道全位置自動(dòng)焊;根焊;性價(jià)比;一次合格率

　　1.概述

　　管道全位置自動(dòng)焊是一種借助于機(jī)械、電氣等方法，使整個(gè)焊接過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、程序化的焊接施工技術(shù)，具有效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、焊縫成形美觀、勞動(dòng)強(qiáng)度低、焊接速度快、焊接過(guò)程受人為因素影響小等優(yōu)點(diǎn)，在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用。

　　而在我國(guó)各類石油化工管道工程中，管道全位置自動(dòng)焊應(yīng)用的比例相對(duì)較低，隨著大口徑、厚壁鋼、高鋼級(jí)長(zhǎng)輸管道的大量建設(shè)，管道全位置自動(dòng)焊已逐漸成為我國(guó)管道施工的主要焊接方法。本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)施工的長(zhǎng)輸管道典型管徑采用的管道全自動(dòng)焊工藝及設(shè)備進(jìn)行性價(jià)比分析，形成不同管徑和材質(zhì)的管道采用最優(yōu)的管道全自動(dòng)焊工藝匹配。

　　2.管道全位置自動(dòng)焊工藝使用案例

　　自2016年開(kāi)始，中俄原油管道二線、陜京四線、中靖聯(lián)絡(luò)線和中俄天然氣東線的開(kāi)工建設(shè)，除中俄天然氣東線(φ1422mm)正在建設(shè)中，其余三條長(zhǎng)輸管道已全部施工完畢。已建設(shè)完畢的三條長(zhǎng)輸管道自動(dòng)焊施工及工藝情況可以看出，管道全位置自動(dòng)焊綜合使用比例達(dá)到50%以上，根據(jù)目前長(zhǎng)輸管道焊接工程對(duì)管道全位置自動(dòng)焊的使用要求，不僅可在主線路施工中進(jìn)行應(yīng)用，同時(shí)也可在支線管道進(jìn)行大面積推廣應(yīng)用。

　　其一，提升工作效率，自動(dòng)焊接技術(shù)的焊絲熔敷速度更快，進(jìn)而縮短了焊工換條的時(shí)間，有效雖短工作時(shí)間達(dá)到原先的三到四倍。

　　其二，焊接質(zhì)量更為穩(wěn)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(hù)，在大口徑厚管壁的施工作業(yè)上更能夠保證工程質(zhì)量。

　　其三，緩解施工現(xiàn)場(chǎng)工作強(qiáng)度。管道焊接作為一項(xiàng)復(fù)雜的施工，運(yùn)用自動(dòng)焊接技術(shù)能夠減少飛濺、控制煙塵。降低了工程人員的工作強(qiáng)度，改善施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

　　3.管道全位置自動(dòng)焊工藝特點(diǎn)

　　目前采用的工藝按照根焊方式分為兩大類，一是內(nèi)焊式根焊，二是外焊式根焊，其中外焊式根焊分為自動(dòng)和半自動(dòng)焊兩種。填充蓋面時(shí)采用單焊炬或雙焊炬焊接。本文僅對(duì)根焊方式的區(qū)別進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合填充蓋面時(shí)采用的工藝進(jìn)行性價(jià)比對(duì)比。

　　(1)內(nèi)焊式根焊內(nèi)焊式根焊采用內(nèi)焊機(jī)進(jìn)行管內(nèi)部根焊，根據(jù)管徑不同，內(nèi)焊機(jī)的焊炬數(shù)量存在不同。φ1219mm和φ1422mm內(nèi)焊機(jī)為8焊炬。內(nèi)焊機(jī)具有以下優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：①焊接效率高，完成根焊純焊接時(shí)間為1.5〜2.0min。②操作簡(jiǎn)單，對(duì)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(duì)口間隙要求0.5mm以內(nèi)，對(duì)口效率相對(duì)較高。⑤坡口角度小，焊材使用量少。缺點(diǎn)：①適用范圍小，僅適用于單一管徑的管材焊接。②設(shè)備一次投入高。③設(shè)備復(fù)雜，維修及保養(yǎng)難度及成本高。④需配套坡口機(jī)進(jìn)行坡口加工，增加了施工工序，同時(shí)對(duì)坡口質(zhì)量要求較高。

　　(2)外焊式根焊自動(dòng)式

　　外焊式根焊是采用單焊炬自動(dòng)焊接小車在管外部進(jìn)行根部焊縫焊接，填充蓋面采用單焊炬實(shí)芯向下焊接或雙焊炬實(shí)芯向下焊接。優(yōu)缺點(diǎn)如下所述：優(yōu)點(diǎn)：①適用范圍大，可適用于管徑≥508mm以上管道的根焊焊接。②設(shè)備投資較內(nèi)焊機(jī)相比，節(jié)省投資約50%以上，同時(shí)根焊設(shè)備可作為熱焊、填蓋設(shè)備使用，進(jìn)一步降低設(shè)備投資。③根焊成形美觀。④對(duì)口間隙要求0.5mm以內(nèi)，對(duì)口效率相對(duì)較高。

　　缺點(diǎn)：①焊接操作較內(nèi)焊機(jī)復(fù)雜，操作人員需具備一定焊接基礎(chǔ)，并經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的培訓(xùn)方可熟練掌握設(shè)備的焊接。②焊接效率為內(nèi)焊機(jī)的70%左右，以焊接φ813mm管徑為例，根焊純焊接時(shí)間約為4~5min。③設(shè)備復(fù)雜，維修及保養(yǎng)難度及成本高。④需配套坡口機(jī)進(jìn)行坡口加工，增加了施工工序，同時(shí)對(duì)坡口質(zhì)量要求較高。⑤焊接一次合格率相比較低。半自動(dòng)外焊式根焊是采用RMD或STT在管外部進(jìn)行根部焊縫焊接，是長(zhǎng)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(dòng)焊工藝，優(yōu)缺點(diǎn)如下所述。

　　優(yōu)點(diǎn)：①適用范圍大，可適用于任意管徑的長(zhǎng)輸管道的根焊焊接。②與自動(dòng)焊根焊相比大大降低設(shè)備一次性投資。③可用管道原始坡口進(jìn)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(shè)備操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，焊接一次合格率高。缺點(diǎn)：①根焊為半自動(dòng)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(shù)，并經(jīng)過(guò)不少于一個(gè)月的培訓(xùn)方可熟練掌握工藝操作。③內(nèi)部成形不如其他工藝美觀，但滿足施工技術(shù)要求。對(duì)以上三種根焊方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)對(duì)比。

　　4.控制方式

　　在焊接過(guò)程中焊接小車的行走速度、送絲速度以及焊槍的左右振動(dòng)頻率是三個(gè)主要的參數(shù)焊槍的上下調(diào)節(jié)可以不考慮在內(nèi)。用一條垂線將管子的圓周分為左右兩個(gè)半圓然后將兩個(gè)半圓順時(shí)針、逆時(shí)針?lè)较虻确侄ǔ龊附庸?jié)點(diǎn)。通過(guò)大量的試驗(yàn)可以在寒風(fēng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)處獲取理想的焊接參數(shù)。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(dòng)頻率等一系列參數(shù)然后將這些參數(shù)輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)擬合、運(yùn)算這樣就實(shí)現(xiàn)了從$79)"$7的自動(dòng)焊接。

　　但實(shí)際焊接與試驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù)不會(huì)完全相同在焊接過(guò)程中可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)焊接參數(shù)加送絲速度、振動(dòng)頻率等參數(shù)。但這些參數(shù)的調(diào)節(jié)是相互關(guān)聯(lián)的送絲速度調(diào)節(jié)合適了振動(dòng)頻率、焊車速度卻不一定合適只有通過(guò)一定時(shí)間的摸索才能將幾個(gè)參數(shù)調(diào)節(jié)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(dòng)頻率作為三個(gè)因變量置于一個(gè)空間坐標(biāo)系中以時(shí)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(dòng)頻率之間的關(guān)系即空間坐標(biāo)方程。在實(shí)際焊接時(shí)每一次調(diào)節(jié)均是上述三個(gè)參數(shù)同時(shí)調(diào)節(jié)從而確保調(diào)節(jié)過(guò)程的準(zhǔn)確性。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　根據(jù)對(duì)內(nèi)焊機(jī)根焊、自動(dòng)式外焊式根焊和半自動(dòng)外焊式根焊三種管道全位置自動(dòng)焊工藝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)對(duì)比分析，結(jié)合采用管道全位置自動(dòng)焊工藝的長(zhǎng)輸管道施工情況，綜合性價(jià)比、操作性及焊接效率等要素進(jìn)行工藝對(duì)比分析，結(jié)果表明，半自動(dòng)外焊式根焊綜合性價(jià)比最高，依次為自動(dòng)式外焊式根焊和內(nèi)焊機(jī)根焊。但由于自動(dòng)式外焊式根焊焊接一次合格率較低，在長(zhǎng)輸管道施工中應(yīng)用較少，故長(zhǎng)輸管道全位置自動(dòng)焊施工中可針對(duì)不同材質(zhì)、管徑按照以下建議進(jìn)行選擇。

　　機(jī)械論文投稿刊物：《裝備制造技術(shù)》以中共十六大闡述的“用高新技術(shù)和先進(jìn)適用技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，大力振興裝備制造業(yè)”精神為指導(dǎo)思想，秉持促進(jìn)裝備制造技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為振興裝備制造業(yè)服務(wù)的宗旨，刊載具有創(chuàng)新性、導(dǎo)向性、實(shí)用性、探索性和交流研究?jī)r(jià)值的技術(shù)及管理等方面內(nèi)容的文稿，還將以較大篇幅發(fā)布裝備制造業(yè)科進(jìn)步成果和企業(yè)介紹等信息，刊登相關(guān)廣告。

　　(1)對(duì)于管徑>813mm，材質(zhì)為X70及更高鋼級(jí)管線鋼的主線路焊接，因管徑大且壁厚，可優(yōu)先采用內(nèi)焊機(jī)根焊，單槍或雙槍實(shí)芯氣保焊絲向下自動(dòng)焊。

　　(2)對(duì)于管徑≤813mm，材質(zhì)為X65及低鋼級(jí)管線鋼的主線路焊接，可優(yōu)先采用半自動(dòng)外焊式根焊，單槍藥芯氣保焊向上自動(dòng)焊。

　　參考文獻(xiàn)：

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

　　[2]任國(guó)強(qiáng),張先龍,郭建明.長(zhǎng)輸管道全位置自動(dòng)焊工藝對(duì)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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