长输管道全自动焊接工艺技术研究

姚寒木 刘堂亮 刘川

摘  要：近年来，长输管道焊接从手工焊接向自动焊接发展越来越快，长输管道全自动焊接越来越重要。当管道相对牢固时，由焊接车带动焊条，管道周围的管线移动，实现全自动焊接。一般自动焊接装置由焊接小车、试验台车和自动控制装置组成。研究全自动焊接工艺的目的是提高焊接质量和生产率，并且降低工作强度。

关键词：长输管道;全自动焊接;工艺技术

前言

目前，我国对于普通材质输油输气管道的焊接方法已经从传统的手工焊提升到成熟的半自动、全自动焊工艺，但是对于高含硫管道的焊接，我国尚未形成指导施工的全自动焊工艺，当前仍以手工氩电联焊为主。传统的手工氩电联焊，对于焊接人员的能力要求较高，受外界环境影响因素大，焊接质量及焊道外观成形难以保证。针对目前技术现状，通过对焊接方法、焊接设备、焊接材料、焊接工艺参数、热处理工艺、现场试验等一系列研究，实现了高含硫管道的全自动焊。文中重点从焊接方法选择、焊接工艺、焊材、热处理工艺及配套机具、现场应用等方面进行介绍。

1长输管道全自动焊技术概述

1.1长输管道全自动焊技术概念及现状

全自动焊接技术是国际管道建設中的先进焊接技术，其过程是固定管道，转动焊条，在钢管周围涂胶，实现管道所有部分的自动焊接。由焊接小车、轨道和自动控制组成自动焊接装置，采用二氧化碳和混合气体两种气体进行保护，通过改变焊接速度和振动次数，保证焊机与焊接接头焊接参数的一致性，进而保证焊接质量。但是关于焊接参数的自我调节功能不是很完善，当前的自动焊接装置中，所有数据都是基于焊接前大量测试所得的，建立的数学模型与实际情况相比有很大出入，这不仅使焊接前的准备工序复杂化，还降低自动焊接装置的适应性，而且不能保证焊接过程中限制参数的合理性，即焊接质量。

1.2长输管道全自动焊技术特点

（1）工作效率高。管道厚度和半径越小，全自动焊接工艺效率越快。以某管道工程为例，手动焊接两个管道接头需1h，但使用全自动焊接技术时，两个管道之间焊接部分的焊接时间会缩短到35min。自动焊接的效率远高于手动焊接，提高大约40%。再以西气东输项目中管道为例，相同两个焊口，同一个焊工用自动焊接技术用时45min，使用手动焊接技术则花费6h。对比两种焊接可得全自动焊接效率明显更高。（2）保证质量。由于焊丝和气体保护，焊接缺陷少，焊接质量不受焊接工艺水平的限制，焊接质量优良，尤其适用于大口径、厚壁管道。（3）减少工人的劳动力。在焊接过程中可以实现稳定的连接，减少灰尘散布，不仅减少工人的劳动力，而且改善劳动者的劳动环境。

2焊接方法

2.1焊接方法选择

长输管道材质常用焊接方法主要为手工氩电联焊。手工氩电联焊焊接速度慢，抗风性差，不适合大口径长输管道施工。而实心焊丝气体保护自动焊具有焊接生产效率高、焊接质量高且稳定、劳动强度低、经济性好、具有对焊工操作技能水平要求低，人为因素对焊接过程影响小等优点。适用于大口径、厚壁管道的施工。因此，实心焊丝气体保护自动焊方法在高含硫管道焊接方面具有较大优势。因此，对于高含硫管道选用实心焊丝气体保护自动焊相较于氩电联焊在施工效率、施工质量、施工成本方面具有较强的优势。

2.2焊接设备的选择

管道全位置自动焊按照其轨道样式，目前主要分为三大类，分别为轨道式、磁力式、卡盘式。全自动焊具有通用性好、适用范围广的优点，多适用于φ219mm以上管径自动焊接。磁力式自动焊是在焊接行走机构加装强磁，焊接运行过程中，在强磁场的作用下，焊接行走机构沿管道进行180°/360°焊接，具有通用性好、设备轻便、安装方便，一种设备可用于所有管径，无需轨道。但吸附方式行走对管道圆度要求较高，焊接管道有螺旋或直缝，焊接过程中易发生卡顿或偏移，影响焊接质量，并且对于有外防腐层的管道，无法直接进行吸附。卡盘式自动焊一般配备氩弧焊、气体保护焊设备，可以实现周向360°全位置焊接，因卡盘尺寸及工艺特性，一般情况下用于直径较小的管道焊接，不适宜中大口径管道应用。结合3种样式的优缺点，创新采用磁力+轨道复合式，解决了焊接时容易滑车脱落、损坏设备、砸伤操作人员等问题，还解决了行车时的直线度。齿轮全自动焊接小车卡在配套的轨道上行走，可以克服管道上的防腐保温层、螺旋焊管的焊缝等影响，确保精确行走焊接，保证焊缝合格率。该设备具有安装便捷、自身质量小、集成度高的特点。全功能管道焊接电源的宽电压、抗冲击、防水、耐低温、耐高温等性能优秀。精致小车可以平摆、角摆、焊缝方向摆动调节、焊枪提枪下枪调节，真正实现了全位置调节。有线遥控器具有高灵敏度、高操作精度，方便一只手操作，30套焊接参数存储、每5°更新焊接参数，以确保智能焊接。

3长输管道全自动焊应用中常遇到的问题

（1）在建设过程中也有经过自动焊接后不合格的接头，主要缺陷是缺乏渗透和融合，一方面由于这段时间内的工艺和装置，焊机不能尽快适应大直径管线的焊接;另一方面，管口的质量、螺母加工和安装质量不适合自动焊接，因此在这种情况下采用手工焊接。（2）经过将全自动焊接工艺应用于管道试验后，可以进一步改进以下几个方面：①为了使自动焊接技术标准化，谋求自动焊接技术的推广;②为了确保自动焊接过程的质量，建议使用斜面机处理管道上的沟槽;③在高强度X70钢中，做好焊接后的热保存工作;④复合型对提高大壁管线的焊接质量有效果，建议使用;⑤自动焊接装置适用于高梯度的管槽和接合接头在5.5%以下的缓慢倾斜的斜坡或在平地上的长距离、大口径和大壁厚的管道上;⑥X射线检测器和超声波探测器等非破坏性检查装置，应具备动态焊接结构，在管道焊接的同时进行非破坏实验，确保焊接的质量和效率。经过多年的努力，全自动焊接机的合格率在西向东燃气的输电计划为99.8%。从这一点来看，在中国自动焊接第一尝试就取得了巨大的成功。

结束语

自动焊接法可将长输管道的施工效率提高2～5倍，在缩短工期、降低人工成本、降低设备材料成本、降低返工成本等方面具有很大优势。同时，作业模式从手工焊直接跨越到全自动焊，高含硫管道全自动焊接技术的应用，在降低劳动强度、提高焊接施工质量、降低施工成本、确保安全等方面，具有传统手工氩电联焊无法比拟的优势，适用于油气田高含硫L360QS材质管道的焊接，能取代80%～90%手工氩电联焊。

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