CRC全自动焊接在中俄原油管道二线工程中的应用

（大庆油田工程建设有限责任公司 管道工程公司，黑龙江 大庆 163712）

0 前言

中俄原油管道二线工程起始于黑龙江省漠河县，止于黑龙江省大庆市，管道全长941.8 km，管径813 mm，设计压力为9.5～11.5 MPa。全线采用X65（L450M）螺旋缝埋弧焊钢管和直缝埋弧焊钢管。工程于2016年8月22日开工，2017年底建成投产通油，工期之短，任务之重，寒季施工气温之低，在国内工程中实属罕见。为了保质保量按期完工，结合施工现场特点，必须使用快速、高效的焊接工艺，保证焊接进度和一次焊接合格率，尽量避免返工返修。为此，大庆油田工程建设公司多次组织专家评审、论证，最终确定了采用以自动焊为主，半自动焊为辅的焊接工艺，其中CRC全自动焊工艺就是线路最主要的焊接施工工艺之一。

1 CRC全自动焊的特点

CRC管道全自动焊系统包括具有8把焊枪的32″内焊机（CW、CCW 各有 4个）、P260热焊系统和P625双焊枪焊接系统。

1.1 CRC内根焊系统

内焊机集对口器和根焊机于一体。根焊在管口的内圆周完成，焊接速度快、效率高，质量保证。以X65钢、φ813 mm管材为例，用32″内焊机打底，先进行CW（顺时针）焊接，CW方向的4个焊枪同时施焊；完毕后再进行CCW（逆时针）焊接，CCW方向的4个焊枪同时施焊，根焊完成仅需60 s，焊接参数在施工前设定，焊接过程中不需修改。

图1 CRC内焊机

1.2 CRC P260单焊炬系统

P260单焊炬系统由计算机控制系统、焊机机头组件、焊接电源和保护气系统等组成。单焊炬系统简单、轻便，易于操作，配备φ0.9 mm×2.7 kg实心焊丝，约90 s即可完成半圈的热焊焊接。设备自带垂直跟踪技术，具有32个可编程通道，可为每个焊道的焊接参数进行编程。安全数据密钥防止未授权的焊接参数变量被更改。当技术人员通过数据钥匙设定好焊接参数后，焊工在焊接过程中只需保持焊枪处于中心位置即可。

1.3 CRC P625双焊炬系统

P625型双焊炬系统采用脉冲MIG和过弧跟踪，加上全数字监控和控制，最大限度地提高焊接速度，同时又保证焊接质量。蓝牙连接允许焊接参数在任何地方进行编程，然后通过无线方式将其下载到机器上。因此可以动态地修改参数，并上传性能数据以供分析，机载计算机确保精确控制焊接参数，如电压、电流、行程速度、振荡、停顿时间等，并以Excel格式存储所有重要焊缝数据的实时日志以便进一步处理。适用于窄间隙叠焊或宽间隙排焊，焊接效率与单焊头自动外焊机相比提高50%以上。P625型双焊枪焊接系统能自动跟踪焊道，可以根据弧压反馈来调节焊枪的上下和左右位置，以保证整个焊接过程中焊枪始终处于焊道的正中间位置，保证焊口的质量，具有自动化程度高、焊接速度快、全天候作业等特点。

图2 P260系统和P625系统

2 CRC全自动焊工艺

采用IWM（内焊机根焊）+GMAW（P260热焊+P625填充/盖面）工艺。

2.1 焊材

中俄原油管道二线工程CRC全自动焊工艺评定和现场用焊材如表1所示。

2.2 接头设计

坡口采用CRC-EVANS公司推荐的窄间隙坡口形式，如图3所示。采用对接接头，坡口形式为复合U型，无背垫；盖面焊时坡口两侧焊缝宽度0.5～2.0 mm。

表1 CRC全自动焊工艺焊材及气体

图3 接头设计

焊道数量及顺序如图4～图6所示。错边量及最小焊层（焊道）数量如表2所示。

2.3 工艺参数

根焊工艺参数如表3所示，热焊/填充/盖面焊工艺参数如表4所示。

2.4 工艺评定试验

外观检查：焊缝外观整齐、均匀，无裂纹、未焊透和烧穿，符合外观检查标准要求。

射线检测：无超标缺陷，符合标准要求。

图4 T=12.5 mm焊道顺序

图5 T=14.2 mm焊道顺序

图6 T=16～17.5 mm焊道顺序

表2 错边量及最小焊层（焊道）数量

表3 根焊焊接工艺

表4 热焊/填充/盖面焊接工艺

AUT检测：无超标缺陷，符合标准要求。

力学性能试验：按照GB/T31032-2014《钢制管道焊接及验收》要求取样和试验。

4个拉伸试件均断裂于母材，抗拉强度值均高于X65钢的最小抗拉强度535MPa；刻槽锤断试验和弯曲试验均未见明显缺陷；在-20℃进行冲击试验，焊缝中心和热影响区的冲击吸收功均不小于35 J；宏观金相无明显缺陷，在母材、热影响区、焊缝中心共取16个硬度点进行硬度试验，焊缝和热影响区均不大于260 HV10，满足标准规范要求。说明该焊接工艺所焊接头性能优良，可以在中俄原油管道二线工程施工现场推广和应用。

3 现场口检验

2016年10月开工之初，在中俄原油管道二线工程第一标段漠河施工段进行了现场口取样检验，力学试验项目如表5所示。试件室温拉伸试验（Rm、断裂位置）、-20℃夏比冲击试验（KV2）、刻槽锤断试验、弯曲试验、金相检验的检测结果符合GB/T31032-2014《钢制管道焊接及验收》的要求。

表5 CRC全自动焊工艺现场口力学试验项目

检验结果表明，现场口力学性能优于焊接工艺评定时力学性能，中国石油天然气管道科学研究院材料测试中心出具了中俄原油管道二线工程现场口检验报告和结论。结论指出，CRC全自动焊工艺完全符合相关管道焊接施工规范要求，完全可以在中俄原油管道二线工程上应用、推广。

4 现场应用情况

自2016年8月22日开工，截至2017年5月30日中俄原油管道二线工程主体焊接完毕，CRC全自动焊机组率先完成焊接任务，并在寒季极端温度条件下创下了单日50道口的记录，一次焊接合格率达96.7%。CRC全自动焊机组配置如表6所示。

5 质量保证措施

（1）因地制宜，根据施工现场环境合理布置施工机组。（2）焊工培训合格，并取得中俄原油管道二线工程焊工上岗证方可从事现场焊接作业。（3）严格要求焊工按照《中俄原油管道二线工程焊接工艺规程》操作。（4）每日作业前检查设备及配件，焊接完毕后做好设备维护工作。（5）CRC全自动焊工艺采用的是气体保护，抗风能力差，现场组对焊接要在防风棚中进行，并且在管道端部加装盲板。（6）大兴安岭地区冬季气温低，防风棚内增设浴霸、小太阳、电暖器、暖风机等取暖措施，保证焊接时的环境温度符合焊接工艺规程的要求。

表6 CRC全自动焊机组配置

6 结论

CRC全自动焊接工艺在中俄原油管道二线工程成功应用，为后续的中俄天然气东线工程中高寒地区CRC全自动焊接施工积累了宝贵的施工经验。同时由于CRC全自动焊接工艺速度快、效率高，使得中俄原油管道二线工程提前一个月完成了主体焊接任务，为实现2018年1月1日正式投产通油奠定了基础。