埋弧自動(dòng)焊機(jī)在大口徑厚壁管道焊接中的應(yīng)用

趙紅忠

中石化第五建設(shè)有限公司

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埋弧自動(dòng)焊機(jī)在大口徑厚壁管道焊接中的應(yīng)用

趙紅忠

中石化第五建設(shè)有限公司

摘 要：本文介紹了利用埋弧自動(dòng)焊機(jī)采用手工氬弧焊打底+埋弧自動(dòng)焊蓋面的焊接工藝進(jìn)行大口徑厚壁管道預(yù)制階段的焊接工作，在整個(gè)焊接及管理過程中摸索了一套管理和施工方法，這種應(yīng)用自動(dòng)焊設(shè)備采用新工藝的施工方法是將制造廠焊接工藝結(jié)合現(xiàn)場施工特點(diǎn)、難點(diǎn)，通過分析、實(shí)施、改進(jìn)后的焊接施工方法。

關(guān)鍵詞：埋弧自動(dòng)焊機(jī)；手工氬弧焊打底+埋弧自動(dòng)焊蓋面焊接；厚壁管道；提高；焊接效率；焊接質(zhì)量

1.概述

隨著石油化工裝置產(chǎn)能不斷擴(kuò)大和化工行業(yè)的飛速發(fā)展，新建高溫高壓設(shè)備容積不斷擴(kuò)大，大口徑厚壁管道也越來越廣泛的應(yīng)用于石油精制及合成化工業(yè)，能否解決大型裝置大口徑厚壁管道的焊接質(zhì)量和焊接效率成為施工項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵。某石化廠新建的整合甲醇裝置中就有大量的高溫高壓反應(yīng)設(shè)備采用大口徑厚壁管道輸送介質(zhì)，其中最大管徑DN900mm，壁厚δ=46mm，我單位承擔(dān)此部分管道的施工任務(wù)，在此工程采用了手工氬弧焊打底+埋弧自動(dòng)焊蓋面的焊接工藝，編制了操作性強(qiáng)的自動(dòng)焊生產(chǎn)管理流程，為自動(dòng)焊機(jī)焊接工藝到流水線施工過程的質(zhì)量控制得到有效的保證，解決了甲醇裝置的施工難點(diǎn)，使本裝置在保證質(zhì)量的前提下按期中交。

2.焊接難點(diǎn)

普通管道的焊接技術(shù)已相當(dāng)成熟，然而，對于大口徑、厚壁管道的焊接，難度依舊比較大。管徑大、管壁厚，焊接工作量大，采用手工電弧焊焊接勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且焊工在高強(qiáng)度的勞動(dòng)作業(yè)下難以保證焊接質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定，若出現(xiàn)返修，打磨量大，返修困難，此外，焊工在管道內(nèi)焊接，作業(yè)條件受限焊接技能很難施展，不利于焊工的身體健康。

3.埋弧自動(dòng)焊工藝

3.1 焊接工藝的選擇

鑒于上述大口徑、厚壁管道的焊接難點(diǎn)，由于埋弧自動(dòng)焊具有生產(chǎn)效率高、焊縫質(zhì)量好、節(jié)約原材料和電能以及改善勞動(dòng)條件的優(yōu)點(diǎn)，我單位采用手工氬弧焊打底，埋弧自動(dòng)焊蓋面的生產(chǎn)工藝。

3.2 埋弧自動(dòng)焊生產(chǎn)線組成

一整套埋弧自動(dòng)焊生產(chǎn)線應(yīng)包括：原材料切斷機(jī)、坡口加工機(jī)、重型彎管焊接機(jī)及起重用行車（2臺10T單梁橋式起重機(jī)）組成，此外，在施工現(xiàn)場附近建造一個(gè)18.5m*60m的預(yù)制廠房，整個(gè)系統(tǒng)布置在廠房內(nèi)（如下圖所示）

3.3 埋弧自動(dòng)焊人員配備情況

施工隊(duì)長1名；工程師1名；質(zhì)量檢查員1名；焊工（氬弧打底）4名；焊工（埋弧自動(dòng)焊操作）4名；焊工（埋弧自動(dòng)焊操作）4名，每臺生產(chǎn)線配2名；管工4名；起重工2名。

3.4 埋弧自動(dòng)焊系統(tǒng)工作流程

管道進(jìn)入預(yù)制場后，先根據(jù)管道單線圖確定管段尺寸，后經(jīng)過切割機(jī)切割，切割后的管段運(yùn)至坡口機(jī)上進(jìn)行坡口加工，坡口加工好后進(jìn)行人工組對及打底焊工作，打底焊完成后，進(jìn)行埋弧自動(dòng)焊填充蓋面，焊接完成后運(yùn)至焊后檢驗(yàn)、返修區(qū)，進(jìn)行最終處理，整個(gè)過程中2臺行車負(fù)責(zé)材料運(yùn)送工作，流程如下圖：

3.4.1 原材料定尺切斷

原材料定尺切斷是整個(gè)生產(chǎn)的第一步，我單位采用1臺全自動(dòng)卡盤式定長火焰切割機(jī)（型號：AUTO PCM1000 I-A），適用管徑范圍：DN250～DN950mm，切割厚度12～75mm，此設(shè)備有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式。

（1）手動(dòng)方式：根據(jù)管道圖中的管段尺寸，在原材料管子上畫出尺寸線，將管子吊上切割機(jī)的卡盤上卡死，等管道運(yùn)行到尺寸線處停止，后人工調(diào)節(jié)切割參數(shù)再進(jìn)行切割，由于手動(dòng)方式切割效率不高，定尺精度不高，故很少應(yīng)用；

（2）自動(dòng)方式：相對于手動(dòng)方式，自動(dòng)方式的切割速度及定尺精度都相當(dāng)高，與手動(dòng)方式相同，先將原材料管子吊上切割機(jī)的卡盤上卡死，然后打開切割機(jī)的人機(jī)界面，進(jìn)入主界面，進(jìn)行管件數(shù)據(jù)及參數(shù)設(shè)置［1］，參數(shù)設(shè)置完成后啟動(dòng)切割裝置。

3.4.2 坡口加工

坡口加工采用數(shù)控高速坡口機(jī)（AUTO PBM950A-A），適用管徑DN250～DN950mm，該坡口機(jī)采用切削加工工藝，坡口面一次加工成型，由于其采用數(shù)控技術(shù)及PLC控制程序及觸摸屏人機(jī)界面操作，使其參數(shù)設(shè)置及加工的自動(dòng)化程度大幅提高，其工作流更加簡潔，首先，將管件吊至滾道上，設(shè)定管徑，按“對中”按鈕使管件自動(dòng)對中加緊，后在控制界面設(shè)置坡口加工參數(shù)［2］，參數(shù)設(shè)置好后，開始加工，加工完成后自動(dòng)退刀。加工后坡口的管子根據(jù)組對、打底焊區(qū)的工作量狀況，分送到區(qū)1和區(qū)2，同時(shí)進(jìn)行組對、打底焊。

3.4.3 焊前預(yù)熱及打底焊

將加工好坡口的管子和管件吊至組對、打底焊區(qū)，進(jìn)行人工組對，對于厚壁管道的焊接一定要控制后預(yù)熱溫度，打底焊前可采用加熱片進(jìn)行電加熱，待預(yù)熱溫度達(dá)到規(guī)范及設(shè)計(jì)要求時(shí)開始進(jìn)行打底焊，采用手工氬弧焊打底焊接，焊接過程進(jìn)行充氬保護(hù)，由于管徑較大，整管充氬成本太高，因此，可采用局部充氬的方式，在焊口兩側(cè)1000mm處采用巖棉封堵，即可滿足要求。

3.4.4 埋弧自動(dòng)焊蓋面

焊接蓋面是整個(gè)自動(dòng)焊過程的重要組成部分，是焊接質(zhì)量的重要控制部分，采用2臺重型彎管焊接機(jī)（型號為AUTO PPAW950-A和AUTO PPAW750-A），前者工作直徑為DN250～DN950mm，后者工作直徑為DN250～DN750mm，2臺焊機(jī)主要由滾輪架、機(jī)體、立柱、壓緊裝置、焊接系統(tǒng)等組成，唯一不同的就是二者的壓緊方式不同，前者采用液壓壓緊，后者采用純機(jī)械壓緊，但其作用是相同的，都是為防止焊接跳動(dòng)，加強(qiáng)焊件在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的平穩(wěn)度，并且 2臺焊機(jī)均采用埋弧焊焊槍，因而可根據(jù)焊件管徑及工作量的的不同，分別選擇合適的焊機(jī)。

焊接材料的選擇：焊材的選擇應(yīng)保證焊縫金屬的成分盡可能接近母材的原則，在此次的大口徑、厚壁管道焊接生產(chǎn)中，主要材質(zhì)有P11、A106、20#和20G，為了保證焊接質(zhì)量，在經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)后，制定出合理的焊接工藝，確定焊接材料，然后進(jìn)行大規(guī)模焊接生產(chǎn)。

（2）自動(dòng)焊焊前預(yù)熱：采用埋弧自動(dòng)焊蓋面，焊接前的預(yù)熱分兩種情況，一種是打底焊完成后立刻進(jìn)行蓋面焊，可不進(jìn)行預(yù)熱，因?yàn)樵诖虻缀傅倪^程中加熱片一直在管件上，用于保持適當(dāng)?shù)膶娱g溫度，另一種是打底焊完成后不能立刻進(jìn)行蓋面焊，應(yīng)將焊口用保溫棉包好，并將管口兩端用巖棉封堵，保溫緩冷，防止產(chǎn)生裂紋，在后續(xù)進(jìn)行蓋面焊時(shí)應(yīng)將保溫棉及巖棉去掉，先清理完焊口上的鐵銹及其它雜物，然后用加熱片進(jìn)行電加熱，待溫度稍大于預(yù)熱溫度后，拆除加熱片，立刻進(jìn)行蓋面焊。

（3）焊后熱處理：根據(jù)材質(zhì)及焊件厚度的不同，應(yīng)選擇相應(yīng)的熱處理方式及溫度，保證焊接質(zhì)量。

3.4.5 質(zhì)量檢驗(yàn)

質(zhì)量檢驗(yàn)是整個(gè)焊接生產(chǎn)的最后一步，也是質(zhì)量控制的重要一環(huán)，對于碳鋼材質(zhì)焊接完成后，冷卻后即可進(jìn)行無損檢測，對于P11等容易出現(xiàn)延遲裂紋的管段焊口，在焊后24小時(shí)方可進(jìn)行無損檢測，將焊接完成的管件吊至檢驗(yàn)、返修區(qū)（根據(jù)工作量分別放在1區(qū)和2區(qū)），經(jīng)過相應(yīng)的無損檢測，若有不合格，及時(shí)對不合格焊口進(jìn)行處理，對于不合格的焊口應(yīng)采用人工打磨，磨出缺陷，然后對缺陷處進(jìn)行補(bǔ)焊，焊后重新進(jìn)行無損檢測待合格后，方可辦理交接出廠，另外，合金鋼管道焊口返修次數(shù)不應(yīng)超過2次，避免因重復(fù)加熱造成的晶粒粗大，形成裂紋。

4.結(jié)論

經(jīng)過現(xiàn)場施工的實(shí)踐，在60天的時(shí)間內(nèi)過預(yù)制焊接DN500 δ≥28mm以上焊口328道，焊接一次合格率達(dá)到98.3%，埋弧自動(dòng)焊接采用以上焊接工藝在本套裝置大口徑厚壁管道焊接過程中沒有增加大量焊工的基礎(chǔ)上，提高了焊接效率，保證了焊接質(zhì)量，解決了此套裝置焊接施工量大，作業(yè)面小的難點(diǎn)，為裝置實(shí)體質(zhì)量得到保證起到了作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 南京AUTO電氣公司，《卡盤式自動(dòng)定長火焰切割機(jī)說明書》；

［2］ 南京AUTO電氣公司，《數(shù)控高速坡口機(jī)說明書》；

［3］ 戈兆文，龍 紅，嚴(yán)國華等，JB/T4708-2000，《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》；