淺議長輸管道全位置自動焊接施工技術(shù)

張呈良

【摘 要】長輸管道的大量投入把全位置自動焊接技術(shù)應(yīng)用帶入了新時期，本文闡述了長輸管道全位置自動焊接技術(shù)的技術(shù)特點、較傳統(tǒng)手工焊的優(yōu)勢及其應(yīng)用現(xiàn)狀，并常識性提出了其發(fā)展的新趨勢。

【關(guān)鍵詞】長輸管道；全位置；自動焊接；西氣東輸；管道口

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源的需求越來越大，世界各地開展了新一輪的管道建設(shè)熱潮，為適應(yīng)長距離、大運(yùn)量的要求，油氣管道也逐漸向大口徑和長距離的趨向發(fā)展。我國地域遼闊，能源分布不均，對能源大量需求的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)大多自身能源蘊(yùn)藏量極低，而且我國地形地貌復(fù)雜，使得我國對于油氣管道的布置要求特別高。為適應(yīng)我國油氣輸送的特點，輸送管道不僅要求口徑大、距離長， 而且布置復(fù)雜，對管壁的厚度和材料強(qiáng)度都要求很高，這使得施工的難度極大。尤其對于長輸管道，焊接是其中十分之關(guān)鍵的工序，焊接的質(zhì)量直接關(guān)系到管線以后的使用安全和效率。而對于國內(nèi)長輸管道的高要求，傳統(tǒng)的手工焊接方法已經(jīng)難以適應(yīng)，亟需尋找一種更優(yōu)質(zhì)、高效的焊接工藝來適應(yīng)時代的發(fā)展，于是長輸管道全位置自動焊接技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1.長輸管道全位置自動焊接技術(shù)的概念

全位置自動焊接技術(shù)是近些年發(fā)展起來的一種比較先進(jìn)的管道施工工藝，在世界各地都有應(yīng)用。這種工藝的技術(shù)特點就是通過將管道固定不動，讓焊接小車帶動焊槍沿著管道壁軌道轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)管道的全位置自動焊接。實現(xiàn)這個過程的基本裝置有焊接小車、行走軌道和自動控制系統(tǒng)。保護(hù)氣體一般用二氧化碳或二氧化碳和氬氣的混合氣體。為保證焊接質(zhì)量，可通過修改送絲速度、擺動頻率、焊接速度等參數(shù)，以使得每臺焊機(jī)和焊口焊接工藝參數(shù)一致來實現(xiàn)。

全位置自動焊接技術(shù)的優(yōu)點主要有以下幾方面：

（1）工作效率高。相比于傳統(tǒng)的手工焊接技術(shù)，全位置自動焊接技術(shù)實現(xiàn)了焊絲的連續(xù)送進(jìn)，加快了焊絲的熔敷速度，避免了焊工換條時時間的浪費(fèi)，而且焊接時層間的雜物清理也更方便，其效率因而大大提高。

（2）焊接質(zhì)量更好。由于在焊接時有藥芯和惰性氣體的雙重保護(hù)，焊道成型更好，各種人為的缺陷也更少，并且，實現(xiàn)自動焊接后，焊接質(zhì)量就不再受到焊接工人水平的限制，焊接質(zhì)量更好，尤其對于大口徑、大壁厚的管道，比人工焊接的技術(shù)優(yōu)勢更為明顯。

（3）大大降低了工人的勞動強(qiáng)度。眾所周知，焊接是一項勞動強(qiáng)度大、勞動環(huán)境惡劣、費(fèi)神費(fèi)力的工作，而全自動焊接技術(shù)由于實現(xiàn)了焊接的機(jī)械化，所以對于工人的勞動強(qiáng)度大大降低，并且，在焊接過程中，全自動焊接技術(shù)焊接更為穩(wěn)定，飛濺現(xiàn)象比較少，煙塵也少，這也改善了工人的勞動環(huán)境。

2.施工過程

長輸管道全位置自動焊接的施工過程主要包括管口清理、管口休整和組對及焊接管道的安裝、焊接參數(shù)輸入、焊接和檢修幾個過程。下面一一進(jìn)行概述：

2.1管口清理

由于長輸管道的管徑大、壁厚，在應(yīng)用全位置自動焊接技術(shù)時，為適應(yīng)其流水作業(yè)的方式，要先進(jìn)行管口組對，所以就需要對管口進(jìn)行清理。一般清理范圍為管口附近100mm內(nèi)，要求將該范圍內(nèi)的塵土、油污、鐵銹等污垢全部細(xì)心清理至管壁呈現(xiàn)金屬光澤為止。

2.2管口修整、組對及安裝焊接管道

在清理完管口后，由于管口的坡口角度或者鈍邊厚的硬度太硬都會造成軌道的損傷，所以在焊接作業(yè)前，要對管口的一些集合參數(shù)進(jìn)行測量，包括坡口角度、鈍邊厚度、管口橢圓度和垂直度等，如果測得的結(jié)果不符合要求則應(yīng)進(jìn)行休整，以便后續(xù)焊接軌道的安裝。管口組對并預(yù)熱后安裝焊接軌道時，所用的安裝工具要求硬度不高于焊接軌道的硬度，以免對軌道造成損傷。要求安裝的焊接軌道與管道表面的距離不大于3mm，與管口端面的距離應(yīng)小于2mm。

2.3輸入焊接參數(shù)

焊接軌道安裝完畢后，將焊機(jī)安裝在軌道上，之后要做的就是按照焊接指導(dǎo)書上的要求調(diào)整焊槍位置和角度。然后根據(jù)現(xiàn)場焊接的要求得出恰當(dāng)?shù)暮附訁?shù)并將其輸入到計算機(jī)中。

2.4焊接

在上述幾個步驟完成之后，接下來就是關(guān)鍵的焊接了。直接啟動焊接按鈕，焊機(jī)就會自動沿著焊接軌道對管道進(jìn)行焊接施工了。而工人需要做的只是在一旁監(jiān)視即可，當(dāng)焊接過程中出現(xiàn)斷弧、跑偏等現(xiàn)象時，及時停機(jī)并采取糾正措施，直到焊接工序的完成。

2.5檢驗

焊接工序完成后，拆卸掉焊接裝置，然后對焊接的成果進(jìn)行外觀檢驗，若有不合格的地方，則對其進(jìn)行手工焊返修或手工焊退修。檢修完成后，對現(xiàn)場進(jìn)行清理，焊接結(jié)束。

3.長輸管道全位置自動焊接技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國正式將全自動焊接技術(shù)應(yīng)用到長輸管道是在2001年5月的西氣東輸工程上。我國西部地區(qū)冬季嚴(yán)寒，夏季酷熱，晝夜溫差也大，且多為戈壁和荒漠；西北部地區(qū)海拔高，氣壓低；中部地區(qū)山勢陡峭，地形起伏大；動、南部地區(qū)則氣溫高、多雨潮濕，這些都大大提高了西氣東輸工程的難度。針對西氣東輸工程高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，我國石油行業(yè)的專業(yè)研究所和中國石油管道局共同對大口徑、大壁厚、高強(qiáng)度的管道布置技術(shù)進(jìn)行了深入研究，提出采用全位置焊接技術(shù)，并對該技術(shù)的施工工藝和工藝性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究和測試，為我國的西氣東輸工程打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

近年來，我國長輸管道焊接技術(shù)通過引進(jìn)、吸收和創(chuàng)新，已經(jīng)取得了不少的成就。尤其在西氣東輸一線、二線、陜京三線等重點工程中的實踐研究后，我國已有了自己比較成熟的技術(shù)。比如APW-1型管道全位置自動焊機(jī)已累計完成了大慶、遼河等油建施工單位合計100多公里的焊接任務(wù)，并且焊接一次合格率達(dá)到了98%。

4.全位置自動焊接技術(shù)目前存在的問題

全位置自動焊接技術(shù)并非沒有缺陷，在施工過程中，最常見的問題是未焊透和未熔合。這一方面是由于在工藝和設(shè)備磨合期內(nèi)，焊工不能很快的適應(yīng)坡口和大口徑的管道焊接。另一方面是坡口的加工質(zhì)量和組對質(zhì)量不怎么適合自動焊機(jī)施工。遇到這類情況，建議采用手工施焊。

目前，從整體上看，我國長輸管道全位置自動焊接技術(shù)跟世界先進(jìn)水平還有一定的差距，但中國目前一些重大的項目，如西氣東輸三線、四線、中緬油氣管道等，都開工在即，為了更好地完成這些項目的建設(shè)，我們需要加緊研究新的焊接材料、新的焊接工藝與方法，以努力趕超世界先進(jìn)水平。

5.工程實例

2011年，某公司采用10套APW-R-I 型管道全位置自動焊接機(jī)設(shè)備組成自動焊作業(yè)班，然后對20名焊工進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)并考核通過后投入到西氣東輸施工建設(shè)中去。施工中累計完成1252處焊口，包括1016×146管道915道口，1016×175管道337道口，累計長度一千多公里，最終統(tǒng)計所得的焊接一次合格率達(dá)到98%，取得了相當(dāng)好的效果。 [科]

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