長(zhǎng)輸管道自動(dòng)焊接設(shè)備及技術(shù)發(fā)展

（華北石油工程建設(shè)有限公司，河北 任丘 062552）

長(zhǎng)輸管道自動(dòng)焊接設(shè)備及技術(shù)發(fā)展

李彥德，魏立明，王國(guó)臣，陳 強(qiáng)，高云宇，崔陸河，康文遠(yuǎn)

（華北石油工程建設(shè)有限公司，河北 任丘 062552）

隨著社會(huì)技術(shù)進(jìn)步和人類對(duì)石油和天然氣需求量的急劇增加，長(zhǎng)輸管道在向著大口徑、長(zhǎng)距離、高壓力、高鋼級(jí)方向發(fā)展，焊接技術(shù)及相關(guān)的設(shè)備、材料性能也在同步提高，與之相適應(yīng)的管道焊接技術(shù)也在發(fā)生著巨大的變化。管材鋼級(jí)從X42提高到X80；焊接材料從纖維素焊條到自保護(hù)藥芯、金屬粉芯、實(shí)心等各種焊絲；焊接方法從手工上向焊到手工下向焊，到藥芯自保護(hù)半自動(dòng)焊，再到氣保護(hù)半自動(dòng)焊、自動(dòng)焊，管道焊接技術(shù)日趨成熟。結(jié)合長(zhǎng)輸管道施工特點(diǎn)，在分析國(guó)內(nèi)外管道焊接技術(shù)差異的基礎(chǔ)上，提出我國(guó)現(xiàn)階段長(zhǎng)輸管道焊接技術(shù)發(fā)展的建議。

長(zhǎng)輸管道；自動(dòng)焊工藝；發(fā)展；發(fā)展建議

1 長(zhǎng)輸管道焊接施工特點(diǎn)

（1）流動(dòng)性強(qiáng)。施工作業(yè)點(diǎn)隨施工進(jìn)度不斷移動(dòng)，焊接作業(yè)處于流動(dòng)狀態(tài)，相對(duì)于固定廠房作業(yè)而言，增加了焊接及安全質(zhì)量管理難度。

（2）場(chǎng)地復(fù)雜。一條長(zhǎng)輸管道可能會(huì)遇到多種地形，如戈壁、沙漠、黃土高原、山區(qū)、丘陵、水網(wǎng)等，地形地貌對(duì)焊接有間接影響，所以要因地制宜，選擇不同的焊接方法來(lái)滿足工程的需要。

（3）環(huán)境惡劣。風(fēng)、雨、霜、雪、溫度、濕度、黑夜等自然環(huán)境會(huì)給焊接過(guò)程帶來(lái)直接影響。

（4）設(shè)備要求高。焊接及設(shè)備輔助要求能夠在如上嚴(yán)酷的工況狀態(tài)下穩(wěn)定工作。

（5）干擾較大。由于多種原因，如人文、社會(huì)環(huán)境等外界因素的干擾，致使不能連續(xù)施工，往往造成現(xiàn)場(chǎng)多處留頭，增加連頭數(shù)量，不但影響焊接進(jìn)度也增加了焊接難度，嚴(yán)重的還會(huì)延誤工期，增加大量施工成本。

（6）難度較大。管道焊接基本上都是固定口，需要全位置焊接；管道口徑大，焊工跟蹤觀察熔池非常困難；管壁較厚，一道焊口通常要幾組人按大流水組合完成，對(duì)焊工的技能要求較高。

2 長(zhǎng)輸管道自動(dòng)焊設(shè)備及技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外設(shè)備及技術(shù)

（1）單焊炬焊機(jī)自動(dòng)焊技術(shù)。

該技術(shù)的研究起步較早，目前已是非常成熟的管道焊接技術(shù)。美國(guó)CRC公司、意大利PWT公司、加拿大RMS公司、英國(guó)NOREST公司生產(chǎn)的焊接設(shè)備均已推廣應(yīng)用。其中美國(guó)CRC-EVANS公司生產(chǎn)的P260焊機(jī)應(yīng)用最為廣泛，是管道全自動(dòng)焊接技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)跑者。

（2）雙焊炬焊機(jī)自動(dòng)焊技術(shù)。

該技術(shù)是一種已在國(guó)際管道工程中普遍應(yīng)用的、成熟的管道焊接技術(shù)。其中，雙焊炬自動(dòng)焊機(jī)以美國(guó)CRC公司生產(chǎn)的P600、P625焊機(jī)、法國(guó)DASA公司生產(chǎn)的Saturnax焊機(jī)、加拿大RMS公司生產(chǎn)的雙絲自動(dòng)焊機(jī)應(yīng)用最為廣泛。

（3）多焊炬焊機(jī)自動(dòng)焊技術(shù)。

美國(guó)CRC公司率先推出了多焊炬管道內(nèi)焊機(jī)，主要用于大口徑管道根部焊接；法國(guó)Serimax公司和荷蘭Vermaat公司在2000年左右先后推出了各自的龍門式多焊炬自動(dòng)外焊機(jī)。焊機(jī)采用多頭全自動(dòng)焊接系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)多個(gè)焊頭同時(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。這兩家公司的裝備體積龐大、笨重，導(dǎo)致該技術(shù)只能在固定工位的海洋管道施工條件下應(yīng)用。

2.2 國(guó)內(nèi)設(shè)備及技術(shù)

（1）單焊炬焊機(jī)自動(dòng)焊技術(shù)。

該技術(shù)的研究已有20年歷史，是非常成熟的管道焊接技術(shù)。中國(guó)石油天然氣管道局研制的PAW2000為代表的國(guó)產(chǎn)單焊炬焊機(jī)，1999年首次應(yīng)用于鄭州義馬煤氣管道，隨后中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院生產(chǎn)的APW-Ⅱ型焊機(jī)和四川成都熊谷加世電器有限公司生產(chǎn)的A-300型單焊炬焊機(jī)在國(guó)內(nèi)西氣東輸一、二、三線管道工程中。

（2）雙焊炬焊機(jī)自動(dòng)焊技術(shù)。

該技術(shù)是已在國(guó)內(nèi)管道工程中應(yīng)用的、較為成熟的管道焊接技術(shù)。中國(guó)石油天然氣管道局研制并量產(chǎn)的PAW3000、CPP900型，四川成都熊谷加世電器有限公司研制并量產(chǎn)的A-600A、600B型雙焊炬焊機(jī)雙焊炬自動(dòng)外焊機(jī)，先后在國(guó)內(nèi)西氣東輸二、三線天然氣管道及漠大二線原油管道工程中推廣應(yīng)用。

（3）多焊炬管道內(nèi)焊機(jī)自動(dòng)焊技術(shù)。

該技術(shù)是在國(guó)內(nèi)管道工程中得以普遍應(yīng)用的、較為成熟的管道根部焊接技術(shù)。中國(guó)石油天然氣管道局研制生產(chǎn)的 PIW 型、CPP900-IW/32、40、48、56型系列管道內(nèi)環(huán)縫自動(dòng)焊，四川成都熊谷加世電器有限公司研制生產(chǎn)的A-806/40、48、56型智能化管道內(nèi)焊系統(tǒng)，先后在國(guó)內(nèi)西氣東輸二、三線天然氣管道及漠大二線原油管道工程中推廣應(yīng)用。

2.3 國(guó)內(nèi)外管道自動(dòng)焊焊接技術(shù)的差異

目前，國(guó)內(nèi)外的長(zhǎng)輸管道焊接方法及工藝大致相同，國(guó)產(chǎn)焊接設(shè)備和工藝基本能夠滿足長(zhǎng)輸管道焊接需求。但是從具體細(xì)節(jié)上看，仍然有一定差距。

我國(guó)的管道自動(dòng)焊設(shè)備在焊接電源方面，與一流的焊接設(shè)備制造商如奧地利福尼斯、法國(guó)薩福、瑞典伊薩公司產(chǎn)品相比，無(wú)論是焊機(jī)穩(wěn)定性還是可靠性上還不及國(guó)外產(chǎn)品；在焊接控制系統(tǒng)、自動(dòng)跟蹤及軟件開(kāi)發(fā)方面，差距較大；在焊接材料方面，國(guó)內(nèi)一些著名的材料制造商如天津大橋、金橋等企業(yè)近年來(lái)進(jìn)步很快，相繼開(kāi)發(fā)出用于X70、X80高強(qiáng)度管線鋼的氣體保護(hù)實(shí)心焊絲等高性能焊材，打破了國(guó)外公司對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的壟斷，但在穩(wěn)定性和操作工藝性上與國(guó)外產(chǎn)品相比，還稍有不足；在大口徑高鋼級(jí)管道焊接技術(shù)研究上，國(guó)外已于2002年和2004年分別完成了X100、X120大口徑管道的焊接試驗(yàn)，并完成了累計(jì)6 km試驗(yàn)段的焊接，國(guó)內(nèi)目前研究較少。

3 長(zhǎng)輸管道自動(dòng)焊焊接設(shè)備及技術(shù)發(fā)展建議[1-5]

3.1 提高設(shè)備嚴(yán)酷環(huán)境下的適應(yīng)性

從施工環(huán)境上，既要在東北、西北冬季的嚴(yán)寒（-20℃）條件下施工，又要在夏季沙漠地帶的酷熱（地表溫度高達(dá)50℃～70℃）環(huán)境中施工；既要在西北多風(fēng)沙的黃土高原地帶施工，又要在西南、東南潮濕的環(huán)境中施工，設(shè)備要有適應(yīng)不同環(huán)境的能力，如國(guó)產(chǎn)焊接設(shè)備對(duì)低溫環(huán)境的適應(yīng)性和高溫狀態(tài)下的穩(wěn)定性等都需要加強(qiáng)。

3.2 提高焊接設(shè)備在高原地區(qū)的適應(yīng)性

在高原地區(qū)施工時(shí)，因?yàn)槿毖?，?nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備自然降耗，導(dǎo)致發(fā)電電源頻率下降，理論上50 Hz的工頻經(jīng)常只有45 Hz，所以要求自動(dòng)焊設(shè)備具有彌補(bǔ)自然降耗或?qū)?5～60 Hz頻率的適應(yīng)能力。

3.3 研發(fā)管道激光-電弧復(fù)合焊焊接設(shè)備及工藝

激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)是將物理性質(zhì)、能量傳輸機(jī)制截然不同的兩種熱源（激光、電?。?fù)合在一起，同時(shí)作用于同一加工位置，既充分發(fā)揮兩種熱源各自的優(yōu)勢(shì)，又相互彌補(bǔ)各自的不足，而形成的一種全新高效的焊接技術(shù)。

利用激光焊能量密度高、穿透能力強(qiáng)、焊接速度快和電弧焊橋接能力強(qiáng)的特點(diǎn)，加大管道焊縫的熔深，一次焊透鈍邊厚度可達(dá)到8 mm，這樣可極大減少焊縫填充量，既節(jié)省焊材，又有效節(jié)約了焊接時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)較大壁厚管道的高效焊接。

3.4 研發(fā)管道攪拌摩擦焊設(shè)備及工藝

攪拌摩擦焊是一種高質(zhì)量、低成本的綠色焊接方法。該技術(shù)屬固相焊接，其接頭不會(huì)產(chǎn)生與熔化有關(guān)的焊接缺陷，如裂紋、氣孔及合金元素?zé)龘p等；焊接過(guò)程中無(wú)弧光輻射、煙塵和飛濺，噪聲低；焊接過(guò)程中無(wú)需填充材料、保護(hù)氣體。該技術(shù)在國(guó)內(nèi)航空航天領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用。

目前國(guó)內(nèi)已成功研發(fā)無(wú)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(shì)：焊接過(guò)程不受攪拌針長(zhǎng)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等，使得該技術(shù)在管道焊接施工中推廣應(yīng)用成為可能。經(jīng)初步計(jì)算，焊接效率可為現(xiàn)有單焊炬管道全位置自動(dòng)焊的6～8倍，所需能量?jī)H為傳統(tǒng)焊接方法的20%左右。

3.5 研發(fā)管道單熔池雙絲焊設(shè)備及工藝

德國(guó)CLOOS、美國(guó)CRC、奧地利FRONIS等公司對(duì)單熔池雙絲自動(dòng)焊技術(shù)進(jìn)行了研究，該技術(shù)具有坡口小、熔敷率高、焊接速度快的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，其綜合效率與單根獨(dú)立的焊絲焊接比較，達(dá)到了1+1＞2的效果。目前，美國(guó)CRC正在進(jìn)行單弧雙絲管道全位置自動(dòng)焊接技術(shù)的試驗(yàn)研究，還未進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用。

3.6 研發(fā)管道自動(dòng)焊上向焊焊接工藝

國(guó)外絕大多數(shù)知名管道焊接設(shè)備公司提供的設(shè)備及工藝都是φ1.0 mm焊絲、氣體保護(hù)下向焊。從目前國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管道涉及的母材、焊材、焊接設(shè)備、焊接方法來(lái)看，從母材和焊材的化學(xué)成分、規(guī)格，焊接電流、電弧電壓、焊接速度、熱輸入量和線能量的計(jì)算而知，焊接熱輸入的裕度是很大的。若采用直徑略大的焊絲、較慢速度、大一些的焊接規(guī)范、上向焊的焊接工藝，其綜合效率或許更高。

4 結(jié)論

長(zhǎng)輸管道自動(dòng)焊技術(shù)具有效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、對(duì)操作人員要求低的特點(diǎn)，在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用，采用率達(dá)到80%以上。我國(guó)的長(zhǎng)輸管道焊接仍以手工半自動(dòng)焊為主，自動(dòng)焊工藝采用率還不足10%。隨著國(guó)產(chǎn)管道自動(dòng)焊設(shè)備及技術(shù)的不斷完善和創(chuàng)新，自動(dòng)焊不僅可在平坦地區(qū)發(fā)揮質(zhì)量和效率優(yōu)勢(shì)，而且將進(jìn)一步拓展至山地長(zhǎng)輸管道施工，并成為我國(guó)長(zhǎng)輸管道建設(shè)的主要現(xiàn)場(chǎng)焊接方式，應(yīng)用前景十分廣闊。

[1]杜則裕.工程焊接冶金學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[2]周振豐.焊接冶金學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[3]熊臘森.焊接工程基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[4]陳建平，周曉輝，李東明，等.直徑1.4 mm焊絲管道自動(dòng)外焊焊接工藝[J].電焊機(jī)，2016，46（8）：80-81.

[5]陳建平，馮柏軍，楊鎖軍，等.長(zhǎng)輸管道焊接施工常見(jiàn)的焊接缺陷及防治要點(diǎn)[J].焊接技術(shù)，2013，42（10）：73-74.

Long distance pipeline automatic welding equipment and technical development

LI Yande，WEI Liming，WANG Guochen，CHEN Qiang，GAO Yunyu，CUI Luhe，KANG Wenyuan
（North China Petroleum Engineering Construction Co.，Ltd.，Renqiu 062552，China）

Along with the social technology progress and the rapid increase of human demand for oil and gas，long-distance pipeline develops towards large diameter,long distance,high pressure and high steel level，welding technology and related equipment，and material properties in the synchronous improve，corresponding pipe welding technology is changing so much.From X42 to X80 pipe steel level；welding materials from cellulose electrode to self-protection flux cored,metal powder,solid welding wire；welding method from hand to welding to manual down welding，to the semi-automatic welding cored from protection，and then to the protect semi-automatic welding，automatic welding，pipe welding technology has become increasingly mature.Combining with the characteristics of long distance pipeline construction，based on the analysis of the differences between the pipe welding technology at home and abroad，put forward the suggestions for the development of long distance pipeline welding technology at the present stage in China.

long-distance pipeline；auto-welding technology；development of recommendations

TG457.6

C

1001-2303（2017）09-0043-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.09.09

本文參考文獻(xiàn)引用格式：李彥德，魏立明，王國(guó)臣，等.長(zhǎng)輸管道自動(dòng)焊接設(shè)備及技術(shù)發(fā)展[J].電焊機(jī)，2017，47（09）：43-45.

2017-05-15

李彥德（1973—），男，工程師，學(xué)士，主要從事石油儲(chǔ)運(yùn)工程施工生產(chǎn)、技術(shù)及質(zhì)量管理工作。E-ma il：HB-JP@163.com。