CRC全自動(dòng)焊接在中俄原油管道二線工程中的應(yīng)用

（大慶油田工程建設(shè)有限責(zé)任公司 管道工程公司，黑龍江 大慶 163712）

0 前言

中俄原油管道二線工程起始于黑龍江省漠河縣，止于黑龍江省大慶市，管道全長(zhǎng)941.8 km，管徑813 mm，設(shè)計(jì)壓力為9.5～11.5 MPa。全線采用X65（L450M）螺旋縫埋弧焊鋼管和直縫埋弧焊鋼管。工程于2016年8月22日開(kāi)工，2017年底建成投產(chǎn)通油，工期之短，任務(wù)之重，寒季施工氣溫之低，在國(guó)內(nèi)工程中實(shí)屬罕見(jiàn)。為了保質(zhì)保量按期完工，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，必須使用快速、高效的焊接工藝，保證焊接進(jìn)度和一次焊接合格率，盡量避免返工返修。為此，大慶油田工程建設(shè)公司多次組織專家評(píng)審、論證，最終確定了采用以自動(dòng)焊為主，半自動(dòng)焊為輔的焊接工藝，其中CRC全自動(dòng)焊工藝就是線路最主要的焊接施工工藝之一。

1 CRC全自動(dòng)焊的特點(diǎn)

CRC管道全自動(dòng)焊系統(tǒng)包括具有8把焊槍的32″內(nèi)焊機(jī)（CW、CCW 各有 4個(gè)）、P260熱焊系統(tǒng)和P625雙焊槍焊接系統(tǒng)。

1.1 CRC內(nèi)根焊系統(tǒng)

內(nèi)焊機(jī)集對(duì)口器和根焊機(jī)于一體。根焊在管口的內(nèi)圓周完成，焊接速度快、效率高，質(zhì)量保證。以X65鋼、φ813 mm管材為例，用32″內(nèi)焊機(jī)打底，先進(jìn)行CW（順時(shí)針）焊接，CW方向的4個(gè)焊槍同時(shí)施焊；完畢后再進(jìn)行CCW（逆時(shí)針）焊接，CCW方向的4個(gè)焊槍同時(shí)施焊，根焊完成僅需60 s，焊接參數(shù)在施工前設(shè)定，焊接過(guò)程中不需修改。

圖1 CRC內(nèi)焊機(jī)

1.2 CRC P260單焊炬系統(tǒng)

P260單焊炬系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、焊機(jī)機(jī)頭組件、焊接電源和保護(hù)氣系統(tǒng)等組成。單焊炬系統(tǒng)簡(jiǎn)單、輕便，易于操作，配備φ0.9 mm×2.7 kg實(shí)心焊絲，約90 s即可完成半圈的熱焊焊接。設(shè)備自帶垂直跟蹤技術(shù)，具有32個(gè)可編程通道，可為每個(gè)焊道的焊接參數(shù)進(jìn)行編程。安全數(shù)據(jù)密鑰防止未授權(quán)的焊接參數(shù)變量被更改。當(dāng)技術(shù)人員通過(guò)數(shù)據(jù)鑰匙設(shè)定好焊接參數(shù)后，焊工在焊接過(guò)程中只需保持焊槍處于中心位置即可。

1.3 CRC P625雙焊炬系統(tǒng)

P625型雙焊炬系統(tǒng)采用脈沖MIG和過(guò)弧跟蹤，加上全數(shù)字監(jiān)控和控制，最大限度地提高焊接速度，同時(shí)又保證焊接質(zhì)量。藍(lán)牙連接允許焊接參數(shù)在任何地方進(jìn)行編程，然后通過(guò)無(wú)線方式將其下載到機(jī)器上。因此可以動(dòng)態(tài)地修改參數(shù)，并上傳性能數(shù)據(jù)以供分析，機(jī)載計(jì)算機(jī)確保精確控制焊接參數(shù)，如電壓、電流、行程速度、振蕩、停頓時(shí)間等，并以Excel格式存儲(chǔ)所有重要焊縫數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)日志以便進(jìn)一步處理。適用于窄間隙疊焊或?qū)掗g隙排焊，焊接效率與單焊頭自動(dòng)外焊機(jī)相比提高50%以上。P625型雙焊槍焊接系統(tǒng)能自動(dòng)跟蹤焊道，可以根據(jù)弧壓反饋來(lái)調(diào)節(jié)焊槍的上下和左右位置，以保證整個(gè)焊接過(guò)程中焊槍始終處于焊道的正中間位置，保證焊口的質(zhì)量，具有自動(dòng)化程度高、焊接速度快、全天候作業(yè)等特點(diǎn)。

圖2 P260系統(tǒng)和P625系統(tǒng)

2 CRC全自動(dòng)焊工藝

采用IWM（內(nèi)焊機(jī)根焊）+GMAW（P260熱焊+P625填充/蓋面）工藝。

2.1 焊材

中俄原油管道二線工程CRC全自動(dòng)焊工藝評(píng)定和現(xiàn)場(chǎng)用焊材如表1所示。

2.2 接頭設(shè)計(jì)

坡口采用CRC-EVANS公司推薦的窄間隙坡口形式，如圖3所示。采用對(duì)接接頭，坡口形式為復(fù)合U型，無(wú)背墊；蓋面焊時(shí)坡口兩側(cè)焊縫寬度0.5～2.0 mm。

表1 CRC全自動(dòng)焊工藝焊材及氣體

圖3 接頭設(shè)計(jì)

焊道數(shù)量及順序如圖4～圖6所示。錯(cuò)邊量及最小焊層（焊道）數(shù)量如表2所示。

2.3 工藝參數(shù)

根焊工藝參數(shù)如表3所示，熱焊/填充/蓋面焊工藝參數(shù)如表4所示。

2.4 工藝評(píng)定試驗(yàn)

外觀檢查：焊縫外觀整齊、均勻，無(wú)裂紋、未焊透和燒穿，符合外觀檢查標(biāo)準(zhǔn)要求。

射線檢測(cè)：無(wú)超標(biāo)缺陷，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖4 T=12.5 mm焊道順序

圖5 T=14.2 mm焊道順序

圖6 T=16～17.5 mm焊道順序

表2 錯(cuò)邊量及最小焊層（焊道）數(shù)量

表3 根焊焊接工藝

表4 熱焊/填充/蓋面焊接工藝

AUT檢測(cè)：無(wú)超標(biāo)缺陷，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

力學(xué)性能試驗(yàn)：按照GB/T31032-2014《鋼制管道焊接及驗(yàn)收》要求取樣和試驗(yàn)。

4個(gè)拉伸試件均斷裂于母材，抗拉強(qiáng)度值均高于X65鋼的最小抗拉強(qiáng)度535MPa；刻槽錘斷試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)均未見(jiàn)明顯缺陷；在-20℃進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，焊縫中心和熱影響區(qū)的沖擊吸收功均不小于35 J；宏觀金相無(wú)明顯缺陷，在母材、熱影響區(qū)、焊縫中心共取16個(gè)硬度點(diǎn)進(jìn)行硬度試驗(yàn)，焊縫和熱影響區(qū)均不大于260 HV10，滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。說(shuō)明該焊接工藝所焊接頭性能優(yōu)良，可以在中俄原油管道二線工程施工現(xiàn)場(chǎng)推廣和應(yīng)用。

3 現(xiàn)場(chǎng)口檢驗(yàn)

2016年10月開(kāi)工之初，在中俄原油管道二線工程第一標(biāo)段漠河施工段進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)口取樣檢驗(yàn)，力學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目如表5所示。試件室溫拉伸試驗(yàn)（Rm、斷裂位置）、-20℃夏比沖擊試驗(yàn)（KV2）、刻槽錘斷試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、金相檢驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果符合GB/T31032-2014《鋼制管道焊接及驗(yàn)收》的要求。

表5 CRC全自動(dòng)焊工藝現(xiàn)場(chǎng)口力學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目

檢驗(yàn)結(jié)果表明，現(xiàn)場(chǎng)口力學(xué)性能優(yōu)于焊接工藝評(píng)定時(shí)力學(xué)性能，中國(guó)石油天然氣管道科學(xué)研究院材料測(cè)試中心出具了中俄原油管道二線工程現(xiàn)場(chǎng)口檢驗(yàn)報(bào)告和結(jié)論。結(jié)論指出，CRC全自動(dòng)焊工藝完全符合相關(guān)管道焊接施工規(guī)范要求，完全可以在中俄原油管道二線工程上應(yīng)用、推廣。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

自2016年8月22日開(kāi)工，截至2017年5月30日中俄原油管道二線工程主體焊接完畢，CRC全自動(dòng)焊機(jī)組率先完成焊接任務(wù)，并在寒季極端溫度條件下創(chuàng)下了單日50道口的記錄，一次焊接合格率達(dá)96.7%。CRC全自動(dòng)焊機(jī)組配置如表6所示。

5 質(zhì)量保證措施

（1）因地制宜，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境合理布置施工機(jī)組。（2）焊工培訓(xùn)合格，并取得中俄原油管道二線工程焊工上崗證方可從事現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)。（3）嚴(yán)格要求焊工按照《中俄原油管道二線工程焊接工藝規(guī)程》操作。（4）每日作業(yè)前檢查設(shè)備及配件，焊接完畢后做好設(shè)備維護(hù)工作。（5）CRC全自動(dòng)焊工藝采用的是氣體保護(hù)，抗風(fēng)能力差，現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)焊接要在防風(fēng)棚中進(jìn)行，并且在管道端部加裝盲板。（6）大興安嶺地區(qū)冬季氣溫低，防風(fēng)棚內(nèi)增設(shè)浴霸、小太陽(yáng)、電暖器、暖風(fēng)機(jī)等取暖措施，保證焊接時(shí)的環(huán)境溫度符合焊接工藝規(guī)程的要求。

表6 CRC全自動(dòng)焊機(jī)組配置

6 結(jié)論

CRC全自動(dòng)焊接工藝在中俄原油管道二線工程成功應(yīng)用，為后續(xù)的中俄天然氣東線工程中高寒地區(qū)CRC全自動(dòng)焊接施工積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)由于CRC全自動(dòng)焊接工藝速度快、效率高，使得中俄原油管道二線工程提前一個(gè)月完成了主體焊接任務(wù)，為實(shí)現(xiàn)2018年1月1日正式投產(chǎn)通油奠定了基礎(chǔ)。