未來十年長輸管道焊接技術(shù)展望

尹長華，閆　臣，郭瑞杰

（中國石油天然氣管道科學(xué)研究院，河北廊坊065000）

未來十年長輸管道焊接技術(shù)展望

尹長華，閆臣，郭瑞杰

（中國石油天然氣管道科學(xué)研究院，河北廊坊065000）

介紹國內(nèi)外長輸管道正在或?qū)⒁_展的前沿焊接技術(shù)研究進(jìn)展情況及其各自的特點(diǎn)，展望未來十年自保護(hù)藥芯焊絲自動(dòng)焊、雙絲自動(dòng)焊接、激光/電弧復(fù)合自動(dòng)焊、多焊炬自動(dòng)焊外焊、管道視覺焊接系統(tǒng)、攪拌摩擦焊接、等離子焊接、帶外對口器功能的焊接等技術(shù)的發(fā)展前景，旨在為廣大從事長輸管道施工的技術(shù)人員和管理人員提供更為高效、高質(zhì)量的焊接技術(shù)信息，同時(shí)為國內(nèi)科研院所或相關(guān)研究機(jī)構(gòu)結(jié)合自身特點(diǎn)和工程實(shí)際需求開展長輸管道前沿焊接技術(shù)研究提供技術(shù)參考。

長輸管道；焊接技術(shù)；展望

0　前言

隨著長輸管道工程向著高鋼級、大口徑、厚壁化方向的發(fā)展，一些新的、高效率的自動(dòng)焊技術(shù)將會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。據(jù)了解，國內(nèi)即將開工建設(shè)的一些大型長輸管道工程將在適合的地段推行全自動(dòng)焊焊接技術(shù)，對其他地段在設(shè)計(jì)階段就開始通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，盡可能采取降坡取直或彈性敷設(shè)，減少彎頭和彎管數(shù)量，以適應(yīng)自動(dòng)焊技術(shù)應(yīng)用的要求。

考慮到自動(dòng)焊高焊接效率、高焊縫質(zhì)量、低勞動(dòng)強(qiáng)度等特點(diǎn)，預(yù)計(jì)今后十年，長輸管道焊接技術(shù)將會(huì)有新的進(jìn)展和突破，能夠大幅提高焊接效率和增強(qiáng)管道施工復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力。

1　未來長輸管道焊接技術(shù)展望

1.1自保護(hù)藥芯焊絲自動(dòng)焊技術(shù)

自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)具有抗風(fēng)能力強(qiáng)（風(fēng)速小于等于8 m/s時(shí)不使用防風(fēng)棚）、焊接效率高、焊縫質(zhì)量好、成形美觀，焊口合格率高等特點(diǎn)。自1996年在庫鄯線成功應(yīng)用后在國內(nèi)廣泛使用，至今仍是長輸管道焊接施工的主要焊接方法。

盡管如此，隨著長輸管道逐漸向著大口徑、厚壁化方向發(fā)展，自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊焊工勞動(dòng)強(qiáng)度逐漸增大，長時(shí)間操作已嚴(yán)重影響焊接接頭的內(nèi)在質(zhì)量、外觀成型及施工效率。

從減輕焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步提高自保護(hù)藥芯焊絲焊接效率和接頭質(zhì)量、省去降效的防風(fēng)棚裝置和保護(hù)氣體、縮短自動(dòng)焊培訓(xùn)周期的角度出發(fā)，研制開發(fā)適合長輸管道焊接的自保護(hù)藥芯焊絲全位置自動(dòng)焊技術(shù)有著很好的未來前景。

目前，國內(nèi)僅中國石油天然氣管道局于2009年開始了自保護(hù)藥芯焊絲自動(dòng)焊設(shè)備及配套焊接技術(shù)的研究工作，2011年研制出了一臺樣機(jī)，如圖1所示。該焊機(jī)正在進(jìn)行升級和完善，相信不久能應(yīng)用于長輸管道工程。經(jīng)調(diào)研，自保護(hù)藥芯焊絲全位置自動(dòng)焊的應(yīng)用，國外未見相關(guān)報(bào)道。美國米勒公司于2010年也開始進(jìn)行相應(yīng)設(shè)備和焊接技術(shù)的研究工作，目前處于保密中。

圖1　自保護(hù)藥芯焊絲自動(dòng)焊過程

1.2雙絲焊焊接技術(shù)[1]

一般而言，雙絲焊就是單弧雙絲焊，包括單焊炬雙絲焊和雙焊炬雙絲焊，相應(yīng)的焊炬如圖2所示。對于雙絲焊接技術(shù)的研究，國內(nèi)外都是從雙絲埋弧焊開始的，該技術(shù)已經(jīng)在生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，后來又逐漸推廣到窄間隙焊。

早期的雙絲焊是將兩根焊絲通過同一個(gè)導(dǎo)電嘴施焊，其特點(diǎn)是兩根焊絲的電位相同，只是送絲速度不同，無法對兩個(gè)電弧分別進(jìn)行控制，焊接參數(shù)難以調(diào)節(jié)。近幾年來對雙絲熔化極電弧焊的研究成為熱點(diǎn)。20世紀(jì)90年代，在長期進(jìn)行雙絲焊技術(shù)的研究應(yīng)用實(shí)踐中，德國CLOOS公司開發(fā)出了單弧雙絲（TANDEM）焊焊接技術(shù)，該技術(shù)是兩根焊絲呈前后串列分布、使用獨(dú)立的導(dǎo)電嘴、穿過同一個(gè)焊炬，形成同一個(gè)熔池，目前該技術(shù)已得到現(xiàn)場應(yīng)用。如2004年，在加拿大采用單焊炬雙絲焊技術(shù)焊接了一條管徑610 mm的X80管道，采用雙焊炬雙絲焊焊接技術(shù)焊接了一條管徑914 mm的X100管道，合格率高達(dá)93％，焊接效率明顯提高。在管道激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)成熟之前，單弧雙絲焊被公認(rèn)為是最能有效提高管道焊接效率的焊接方法。

圖2　單弧雙絲焊焊炬實(shí)物

單弧雙絲焊技術(shù)是將兩根焊絲按一定的角度放在一個(gè)特別設(shè)計(jì)的焊炬里，兩根焊絲分別由各自的電源獨(dú)立供電，相互絕緣，送絲速度及其他參數(shù)都彼此獨(dú)立。兩根焊絲的直徑、材質(zhì)，甚至用不用脈沖電源，都可以不同。這樣就可以更好地控制電弧，在保證每個(gè)電弧穩(wěn)定燃燒的前提下，將兩個(gè)電弧的相互干擾降到最低，實(shí)現(xiàn)了某一時(shí)間點(diǎn)只有一個(gè)電弧，只形成一個(gè)熔池。

當(dāng)采用單絲焊時(shí)，如果焊接速度較高，電弧的熱量沒有向母材充分?jǐn)U散，形成的熔池小，周圍母材的溫度梯度大，熔池凝固快，熔化金屬來不及和母材充分熔合，因此，焊縫余高大，容易產(chǎn)生咬邊甚至難以成型。單弧雙絲焊時(shí)，前絲焊接電流較大，有利于形成較大的熔深，后絲電流稍小，起到填充蓋面的作用。兩根焊絲互為加熱，充分利用了電弧的熱量，能夠?qū)崿F(xiàn)較大的熔敷率，并保證熔池里有充足的熔融金屬與母材金屬充分熔合，因此焊縫成形美觀。一前一后兩個(gè)電弧大大拉長了熔池的幾何尺寸，熔池中氣體有充足的時(shí)間析出，氣孔傾向極低。這種焊接方法雖然電流大，但焊接速度很快，因而熱輸入量不大，焊接變形也很小。與其他焊接技術(shù)相比，單弧雙絲焊的熔敷速度快，焊接效率高，焊接質(zhì)量好，飛濺少。

中國石油天然氣管道局于2011年研制出了單焊炬雙絲焊焊接設(shè)備，如圖3所示。目前正在進(jìn)行雙焊炬單弧雙絲焊焊接設(shè)備的研制工作。

圖3　管道局研制的單弧雙絲自動(dòng)焊焊機(jī)

1.3激光-電弧復(fù)合自動(dòng)焊技術(shù)[3]

與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比，激光-電弧復(fù)合自動(dòng)焊既利用了激光焊高焊速、深熔透、無坡口的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了電弧焊熔深不足的問題，具有能量密度高、熱輸入量小、焊縫深寬比大、變形小等優(yōu)點(diǎn)。

單純應(yīng)用激光源進(jìn)行焊接時(shí)，如何解決激光焊工藝對管道對口精度要求極高的難題成為激光焊在長輸管道全位置焊接應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。激光焊在電弧的輔助作用下，橋接能力得到提高，使上述難題得到了有效解決。將激光用于管線鋼焊接的另一個(gè)比較突出的問題是焊縫組織為粗大的柱狀晶，沖擊韌性很差。光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)可以克服這個(gè)問題，原因在于電弧具有預(yù)熱作用，同時(shí)由于電弧的熱影響區(qū)較大，使復(fù)合焊焊縫的冷卻速度低于純激光焊焊縫的冷卻速度，從而降低了焊縫硬度，改善了焊縫韌性；另外，電弧焊的填充金屬可控制焊縫性能，起到降低熱裂紋敏感性和提高焊縫金屬韌性的作用。激光復(fù)合焊接過程示意如圖4所示。

圖4　激光復(fù)合焊接過程示意

目前激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)在汽車、造船工業(yè)領(lǐng)域已被廣泛使用，國外也有科研機(jī)構(gòu)正在開展應(yīng)用于長輸管道領(lǐng)域的研發(fā)工作，如英國焊接研究所（TWI）、美國愛迪生焊接研究所（EWI）、美國CRCEvans公司和德國VIETZ等專業(yè)化管道焊接技術(shù)公司。美國PHMSA公司投入巨資和龐大的研究機(jī)構(gòu)及科研人員，已經(jīng)開發(fā)了實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)，正在積極將該技術(shù)推向工程施工現(xiàn)場應(yīng)用。

管道局作為國內(nèi)唯一的管道科研、設(shè)計(jì)、施工為一體的專業(yè)化隊(duì)伍，正著手研究這一位于管道科技前沿的新技術(shù)，并于2012年研制出一臺樣機(jī)，國內(nèi)尚無其他有關(guān)報(bào)道。

管道全位置激光-電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)典型樣機(jī)如圖5所示。

圖5　管道全位置激光-電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)樣機(jī)

1.4多焊炬自動(dòng)焊外焊技術(shù)[1]

多焊炬管道自動(dòng)焊機(jī)最早由法國Serimax（即原來的Serimer Dasa）、荷蘭Vermaat Technics公司進(jìn)行研發(fā)。多焊炬管道自動(dòng)焊機(jī)采用全自動(dòng)焊接控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)多個(gè)焊炬同時(shí)工作；采用液壓、機(jī)械聯(lián)合定位，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，并配備多點(diǎn)焊縫跟蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了真正高效的焊接施工。該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，能夠保證組對管口準(zhǔn)確定位；其焊接部分采用彈性轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)不同管徑；焊接過程中還采用了電弧跟蹤技術(shù)，能夠保證焊縫質(zhì)量。

法國Serimax公司于2003年成功研制了8焊炬焊接系統(tǒng)（見圖6），采用4個(gè)焊接小車，每個(gè)焊接小車上安置2個(gè)焊炬，適應(yīng)于管徑36"～48"的管道焊接。

圖6　Serimax公司研制的8焊矩自動(dòng)外焊系統(tǒng)

焊接過程中，8個(gè)焊炬同時(shí)工作，每個(gè)焊接小車管圓周的1/4。該8焊炬自動(dòng)焊機(jī)采用往復(fù)旋轉(zhuǎn)定位技術(shù)、焊縫跟蹤技術(shù)等，并采用焊接專家系統(tǒng)控制焊接過程和復(fù)雜的焊接工藝參數(shù)，與現(xiàn)有自動(dòng)焊接技術(shù)相比，可提高焊接效率50％以上。該成果應(yīng)用于挪威奧門藍(lán)格氣田到奈漢姆納加工廠、英格蘭藍(lán)格勒的1 200 km海底管線，焊接施工效率很高（6 min/口）。

美國J.Ray Mcdermott公司將JAWS焊接系統(tǒng)升級為6焊炬系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用先進(jìn)的伺服控制以及計(jì)算機(jī)控制，每個(gè)JAWS焊接系統(tǒng)有14個(gè)伺服軸，主控單元可完成焊接電源、運(yùn)動(dòng)控制及過程控制的實(shí)時(shí)協(xié)同控制及管理。系統(tǒng)可配備單矩激光跟蹤器完成焊縫跟蹤功能。美國埃索石油公司曾將該套系統(tǒng)應(yīng)用于馬來西亞海管鋪設(shè)工程中，鋪管線配備5個(gè)工作站，6個(gè)均勻布局的焊炬裝卡在一個(gè)固定軌道上并同時(shí)焊接。針對管徑762mm、壁厚20mm的鋼管焊接，創(chuàng)下日焊329道環(huán)焊接頭的記錄。

韓國現(xiàn)代最近研制的焊接系統(tǒng)可以裝配6個(gè)雙焊炬的焊接小車（其中左側(cè)3個(gè)小車，右側(cè)3個(gè)小車），帶有激光視覺傳感器和電弧傳感器，用于海洋管道的焊接。

相信不久的將來，考慮到陸上管道建設(shè)的特殊性，多焊炬管道自動(dòng)焊技術(shù)也會(huì)應(yīng)用于陸上管道建設(shè)。

1.5管道視覺焊接系統(tǒng)[2]

美國CRC公司研制出一套新型的管道自動(dòng)焊接系統(tǒng)集成了激光視覺焊接和檢測技術(shù)。該系統(tǒng)主要包括以下組件：在坡口加工站應(yīng)用的坡口視覺檢測設(shè)備（見圖7a），在焊接工作站應(yīng)用的根焊道視覺檢測設(shè)備（見圖7b），用于控制和監(jiān)視清理艙室參數(shù)的視覺清渣設(shè)備（見圖7c），以及具有自適應(yīng)焊接控制技術(shù)的視覺外焊機(jī)（見圖7d）。四種組件均采用激光視覺技術(shù)，將管道自動(dòng)焊接工藝的質(zhì)量和速度提高到很高的水平。

坡口視覺檢測設(shè)備在視覺系統(tǒng)工藝中，坡口檢測是第一步。該智能設(shè)備可以在坡口加工完成后，精確地測量坡口尺寸。如果檢測到不符合要求的坡口，可以立即進(jìn)行坡口再加工，避免進(jìn)入施工場地后對口不合格才發(fā)現(xiàn)問題。

視覺清渣設(shè)備應(yīng)用于焊接耐腐蝕合金的鋼管，背面清理是其中的一個(gè)必需工序，可以防止快速氧化并確保焊縫性能。該設(shè)備全自動(dòng)化，可以實(shí)時(shí)控制和監(jiān)視清理艙室內(nèi)的參數(shù)，重要參數(shù)超出限定值時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。這樣就替代了以前必須移出清渣機(jī)，然后再投入一個(gè)獨(dú)立的檢測工具。

根焊道視覺檢測設(shè)備可以集成到對口器上，當(dāng)使用內(nèi)焊機(jī)時(shí)可以在線檢測根焊道。它安裝了一套激光傳感器和高分辨率的彩色照相機(jī)，可以獲取根焊道的輪廓和圖像并可存儲(chǔ)。因此發(fā)現(xiàn)的任何缺陷都可以在同一個(gè)工作站內(nèi)立即修復(fù)，避免了更多焊道完成并經(jīng)檢測不合格后再進(jìn)行修復(fù)。

管道激光視覺自動(dòng)外焊機(jī)首次實(shí)現(xiàn)了油氣管道施工的自適應(yīng)焊接，有效提高了根焊焊道質(zhì)量。這是一個(gè)重大的技術(shù)突破，設(shè)備向坡口內(nèi)發(fā)射一束激光條紋，非常詳盡地讀出焊縫區(qū)的特征，分析判斷出對口的錯(cuò)邊量和間隙大小，然后指導(dǎo)雙焊炬焊機(jī)根據(jù)對口情況在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行自適應(yīng)控制。該系統(tǒng)允許在更高速度下實(shí)時(shí)跟蹤；實(shí)時(shí)閉環(huán)控制；調(diào)整運(yùn)動(dòng)速度、送絲速度和擺動(dòng)寬度，從而實(shí)現(xiàn)管道全位置焊接的自適應(yīng)控制；對工藝的控制可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化焊道厚度，確保穩(wěn)定的填充量。該焊機(jī)采用脈沖MIG和電弧跟蹤，在提高焊縫質(zhì)量的同時(shí)，提高了窄間隙坡口管子接頭的焊接效率，現(xiàn)場的適應(yīng)性非常強(qiáng)。而且，全數(shù)字的監(jiān)視和控制確保了每一道質(zhì)量。PDA交互界面實(shí)現(xiàn)了在任何地點(diǎn)都能對焊接參數(shù)進(jìn)行編程，然后無線下載到現(xiàn)場應(yīng)用的焊機(jī)，可以在焊接過程中改變焊接參數(shù)。也可以上傳性能數(shù)據(jù)，用于QC分析和判斷焊縫是否符合規(guī)范。

圖7　管道視覺焊接系統(tǒng)

該系統(tǒng)可以檢測坡口和根焊道，而不用等待超聲波檢測的結(jié)果，通過這種焊前和焊后的在線檢測報(bào)告，缺陷可以立即返修，將停工時(shí)間縮至最短，這對于海洋工程極其重要，確保工程比以前更快完工，進(jìn)而降低焊接費(fèi)用。而且還可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輸出所有焊縫和檢測報(bào)告，便于施工方和業(yè)主的永久保存。將激光視覺技術(shù)應(yīng)用于管道自動(dòng)焊機(jī)，通過對焊縫跟蹤，實(shí)現(xiàn)了管道自動(dòng)焊接的自適應(yīng)控制，提高了焊接效率和焊縫質(zhì)量；縮短了焊工調(diào)整焊炬的時(shí)間，還可以有效提高焊縫質(zhì)量，減少返修焊接的次數(shù)。

1.6攪拌摩擦焊接技術(shù)[3]

攪拌摩擦焊FSW（Friction Stir Welding）是攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)并與被焊工件摩擦，產(chǎn)生熱量形成熱塑性層，攪拌頭與工件相對運(yùn)動(dòng)，在攪拌頭前面不斷形成的熱塑性金屬轉(zhuǎn)移到攪拌頭后面，填滿后面的空腔，從而形成連接的方法。

攪拌頭由特型指棒、夾持器和圓柱體組成。焊接開始時(shí)，攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)，特型指棒迅速鉆入被焊板材的焊縫，與特型指棒接觸處的金屬摩擦生熱，形成了很薄的熱塑性層。當(dāng)特型指棒鉆入工件表面以下時(shí)，部分金屬被擠出表面，軸肩與被焊工件表面摩擦產(chǎn)生熱量。又由于背面墊板的密封作用，不斷地產(chǎn)生熱塑性金屬形成焊縫。在整個(gè)過程中空腔的產(chǎn)生與填滿連續(xù)進(jìn)行，焊縫區(qū)金屬經(jīng)歷著被擠壓、摩擦生熱、塑性變形、轉(zhuǎn)移、擴(kuò)散、再結(jié)晶等過程。攪拌摩擦焊示意如圖8所示。

圖8　攪拌摩擦焊示意

攪拌摩擦焊是英國焊接研究所（TWI）1991年發(fā)明的一種新型固態(tài)連接技術(shù)。與傳統(tǒng)的熔化焊相比，攪拌摩擦焊屬固相焊接，其接頭不會(huì)產(chǎn)生與熔化有關(guān)的一些如裂紋、氣孔及合金元素的燒損等焊接缺陷；焊接過程中無需填充材料、保護(hù)氣體，焊接前無需進(jìn)行復(fù)雜的處理工作、焊后無余高；焊接時(shí)所需能量僅為傳統(tǒng)焊接方法的20％左右，焊后殘余應(yīng)力低，變形??；焊縫為細(xì)晶鍛態(tài)組織，機(jī)械性能好；焊接過程中無弧光輻射、煙塵和飛濺，噪音低。由此看來，攪拌摩擦焊是一種高質(zhì)量、低成本的“綠色焊接方法”。

攪拌摩擦焊已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了在鋁合金結(jié)構(gòu)中的工業(yè)化應(yīng)用，但是在鈦合金、鋼等高熔點(diǎn)材料結(jié)構(gòu)焊接中的應(yīng)用研究仍在進(jìn)行之中，其難點(diǎn)是攪拌頭材料的優(yōu)選（如選用多晶立方氮化硼PCBN）與其攪拌針型體設(shè)計(jì)、加工以及在工程應(yīng)用中的壽命。

美國MEGASTIR公司一直致力于高熔點(diǎn)材料的FSW應(yīng)用開發(fā)，從304不銹鋼（已焊厚度6.4 mm）到普通中碳鋼和高溫合金材料，甚至鈦合金材料等都可以實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊連接。2003年，MEGASTIR公司就把FSW應(yīng)用于X65管線鋼焊接（管徑305 mm），并研發(fā)了用于油氣管道焊接的便攜式FSW設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)13 mm厚管線鋼管的焊接。攪拌摩擦焊設(shè)備與焊縫成型如圖9所示。

圖9　攪拌摩擦焊設(shè)備與焊縫成型

2009年元月，美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）的管道攪拌摩擦焊接項(xiàng)目獲得能源部的支持。研究者希望開發(fā)用于FSW頭的新材料、帶有輔助熱源以降低頂鍛壓力的復(fù)合FSW和用于厚截面的多層多道焊接技術(shù)。最終，該項(xiàng)目將研制一套現(xiàn)場可應(yīng)用的系統(tǒng)，提供現(xiàn)場施工所需要的靈活性和經(jīng)濟(jì)性，并最終用于大型油氣管道。目前研究成果還未進(jìn)一步公開。

2012年底，北京賽福斯特技術(shù)有限公司成功研發(fā)無軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)，與傳統(tǒng)攪拌摩擦焊技術(shù)相比具有諸多優(yōu)勢：焊接過程不受攪拌針長度和軸肩的限制；可實(shí)時(shí)控制焊接厚度，實(shí)現(xiàn)不同厚度的連續(xù)焊接；更換攪拌頭時(shí)，在工件上不留下匙孔；焊接過程中，避免了因人為因素而改變壓入量，可直接調(diào)整焊接深度，無需考慮焊接過程的壓入量；焊接接頭攪拌區(qū)內(nèi)組織均勻，無分層結(jié)構(gòu)，因此接頭內(nèi)應(yīng)力集中點(diǎn)小，有利于提高材料強(qiáng)度。

日本日立公司利用FSW實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度大于800 MPa的超精細(xì)高強(qiáng)鋼（UFG）的連接，這種材料在未來有可能用于飛機(jī)起落架的制造。

研究表明，X65的FSW焊縫屈服強(qiáng)度為597MPa，抗拉強(qiáng)度788MPa。通過對壁厚20mm的X80鋼FSW后組織分析，與傳統(tǒng)的熔焊相比具有明顯優(yōu)勢：消除了熔合線附近的粗大晶粒，降低了熔合線的軟化；但是焊縫金屬性能需要改善，因?yàn)樵诤笐B(tài)出現(xiàn)了晶粒粗化區(qū)，可能導(dǎo)致局部硬度極高。

1.7其他自動(dòng)焊接技術(shù)

1.7.1等離子焊接技術(shù)

等離子焊接技術(shù)是利用等離子槍將陰極和陽極之間的自由電弧壓縮成高溫、高電離度、高能量密度及高焰流速度的電弧，熔化母材形成冶金結(jié)合，是利用等離子弧作為熱源的焊接方法。氣體由電弧加熱產(chǎn)生離解，在高速通過水冷噴嘴時(shí)受到壓縮，增大能量密度和離解度，形成等離子弧。等離子電弧比GTAW電弧具有更高的能量密度、溫度和電弧剛直性，因而具有較大的熔透力和焊接速度。等離子焊接原理示意如圖10所示。等離子自動(dòng)焊接技術(shù)以其熔深能力強(qiáng)、焊接效率高、單面焊雙面成型好、變形小等優(yōu)點(diǎn)成為長輸管道自動(dòng)根焊技術(shù)發(fā)展的方向。

1.7.2帶外對口器功能的焊接技術(shù)

圖10　等離子焊接原理示意

SERIMAX公司新開發(fā)了一種具有外對口器功能的焊接設(shè)備，可安裝多個(gè)焊接單元，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比內(nèi)焊機(jī)簡單，可取代內(nèi)焊機(jī)進(jìn)行管口組對及根焊焊接。該設(shè)備具有對口精確，焊接速度快、質(zhì)量高等特點(diǎn)。帶外對口器功能的焊接裝置如圖11所示，該裝置的構(gòu)成、相關(guān)參數(shù)及工程實(shí)際應(yīng)用效果目前還不甚了解。

圖11　有外對口器功能的焊接裝置

2　結(jié)論

主要介紹國內(nèi)外長輸管道焊接前沿技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，對自保護(hù)藥芯焊絲自動(dòng)焊技術(shù)、雙絲自動(dòng)焊接技術(shù)、激光/電弧復(fù)合自動(dòng)焊技術(shù)、多焊炬自動(dòng)焊外焊技術(shù)、管道視覺焊接系統(tǒng)、攪拌摩擦焊接技術(shù)、等離子焊接技術(shù)、帶外對口器功能的焊接技術(shù)等進(jìn)行了特點(diǎn)描述、功能技術(shù)分析及未來十年的發(fā)展前景展望，旨在為技術(shù)人員和管理人員提供長輸管道焊接領(lǐng)域比較全面、前沿性的高效率、高質(zhì)量的焊接技術(shù)信息支持，同時(shí)為國內(nèi)科研院所或相關(guān)研究機(jī)構(gòu)結(jié)合自身特點(diǎn)和工程實(shí)際需求開展長輸管道自動(dòng)焊接技術(shù)研究提供方向和技術(shù)參考。

[1]尹長華，高澤濤，薛振奎.長輸管道安裝焊接方法現(xiàn)狀及展望[J].電焊機(jī)，2013，43（05）：134-141.

[2]2011年國際石油十大科技進(jìn)展[N].中國石油報(bào).2012-01-10(005).

[3]關(guān)橋，欒國紅.攪拌摩擦焊的現(xiàn)狀與發(fā)展[A].第十一次全國焊接會(huì)議論文集（第1冊）[C].上海：2005.

Development of pipeline high efficiency welding technology in the next decade

YIN Zhanghua，YAN Chen，GUO Ruijie
（Pipeline Research Institute of China National Petroleum Corporation，Langfang 065000，China）

The features and research progress situation of frontier welding technology for long-distance transport pipeline has been introduced,the development prospect of technology is expected in the next decade,including self-shield flux-cored wires automatical welding technology，single arc double wires automatical welding technology，laser/arc composite automatical welding technology，multi-torch automatical outside welding technology，pipeline visual welding system，mixing friction welding technology，plasma welding technology，and welding technology with outside aligning device，with the aim of providing welding technology information support that more efficient and higher quality for technicians and managers in long-distance transport pipeline construction，as well as technical reference for research institutes with its own characteristics and actual demand for frontier weldingtechnology.

long-distance transport pipeline；welding technology；development

TG457.6

C

1001－2303（2016）04－0105-07

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.04.23

2015-03-15；

2016-01-14

尹長華（1972—），男，湖北漢川人，高級工程師，主要從事長輸管道與儲(chǔ)罐工程材料應(yīng)用技術(shù)與焊接技術(shù)研究工作。