石油長輸管道自動焊連頭工藝的研究

刁鳳東，孫國瀚，牛志勇，張 倩

1中國石油管道局工程有限公司國際事業(yè)部，河北 廊坊

2中國石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊

3中國石油天然氣管道科學(xué)研究院有限公司，河北 廊坊

1.引言

傳統(tǒng)長輸管道施工過程中，管道連頭焊接通常采用手工或半自動焊接方法完成，焊接速度慢且焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。對長輸管道的失效原因研究表明，失效焊口多發(fā)生在地形較差的連頭，因此提高連頭焊接質(zhì)量成為改善管線整體質(zhì)量的重點(diǎn)[1] [2]。開展管道自動焊連頭工藝研究，最大程度改善連頭口焊接質(zhì)量，對提高長輸管道的安全可靠性至關(guān)重要。

2.自動焊連頭工藝的選擇

對于管道連頭根焊，全自動外根焊無法保證管道連頭不均勻組對間隙的焊接質(zhì)量，故采用手工電弧焊(LB52U焊條)根焊 + 全位置自動焊填充蓋面的焊接方式進(jìn)行連頭根焊。常用的管道自動焊連頭工藝有氣保護(hù)實心焊絲下向焊、氣保護(hù)金屬粉芯焊絲下向焊和氣保護(hù)藥芯焊絲上向焊等3種。表1為各種焊接工藝的特點(diǎn)對比情況，可以看出，氣保護(hù)藥芯焊絲上向焊具有設(shè)備造價低，可操作性強(qiáng)，坡口適應(yīng)性強(qiáng)，熔池大、熔深大、電弧穩(wěn)定，對焊工操作要求低等特點(diǎn)[3]，結(jié)合對比結(jié)果和現(xiàn)場經(jīng)驗，確定采用氣保護(hù)藥芯上向焊工藝進(jìn)行管道連頭焊接。

Table 1.The comparison of technical characters of conventional automatic welding joint表1.常規(guī)自動焊連頭工藝特點(diǎn)對比

3.焊接設(shè)備的選擇

國內(nèi)施工常用的自動焊設(shè)備主要有PAW2000 [4]、CRC P-600以及CRC P-260 [5]，各設(shè)備參數(shù)綜合比對情況見表2。結(jié)合對比結(jié)果和設(shè)備的實際使用情況，確定采用CRC P-260進(jìn)行管道自動焊連頭。

Table 2.The comparison of parameters of conventional automatic welding equipment表2.常用自動焊設(shè)備參數(shù)對比

4.CRC P-260的改造

CRC P-260原有裝載支持2.7 kg重的焊絲向下爬行，需要將其改裝成能夠裝載5 kg焊絲平穩(wěn)向上爬行的小車。通過多方面論證表明：可以完成對CRC P-260自動焊小車的改裝，實現(xiàn)小車底盤裝載5 kg的焊絲平穩(wěn)可靠向上爬行。

將焊接小車原有的焊絲支架整體去除，設(shè)計用于安裝5 kg包裝焊絲的支架，將支架合理安裝到焊接小車上，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，絕緣良好。設(shè)計與原送絲機(jī)相匹配的藥芯焊絲專用齒狀送絲輪并安裝到送絲機(jī)上，保證送絲順暢有力。更改小車的軟件設(shè)置，使其滿足焊接的工藝要求。對焊接小車原有的通用參數(shù)部分進(jìn)行修改(如Travel Weld Direction、Adjustable Width Enable等)。

5.焊接試驗與參數(shù)調(diào)節(jié)

采用手工電弧焊(LB52U焊條)在試驗管段上進(jìn)行根焊，根焊完成后清理焊道，利用改造完成的CRC P-260自動焊機(jī)加裝氣保護(hù)藥芯焊絲，進(jìn)行填充、蓋面焊接工藝參數(shù)調(diào)試。從焊道底部依次完成熱焊、填充、蓋面各層的焊接，最后整合焊接參數(shù)，形成均勻組對間隙焊縫的全位置焊接參數(shù)。此外，施焊管材、坡口、焊材應(yīng)符合要求，坡口及組對要求見表3，焊接材料要求見表4。

Table 3.The requirement of welding grooves and groups表3.坡口及組對要求

Table 4.The requirement of the welding materials表4.對焊接材料的要求

在管圈上由根焊焊工按照常規(guī)連頭焊接工藝完成根焊之后，裝卡軌道，分別進(jìn)行平焊、立焊、仰焊不同位置的焊接，經(jīng)過多次試驗，最終得出最優(yōu)化的平焊、立焊、仰焊位置焊接參數(shù)。對焊接參數(shù)進(jìn)行匯總，并編輯錄入焊接小車，進(jìn)行連續(xù)試焊，得到從上到下自動連續(xù)的轉(zhuǎn)換焊接參數(shù)。組對間隙不均勻的焊縫，采用人工打底焊接，再進(jìn)行全位置的焊接參數(shù)調(diào)試，以增加焊接參數(shù)對不均勻組對間隙焊縫的適用性。

6.焊接質(zhì)量檢測

焊接試驗焊口25道，經(jīng)檢測，除1道焊口因根焊焊接缺陷不合格外，其余焊口均成型美觀，符合工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

7.結(jié)語

為實現(xiàn)全自動連頭焊接，采用手工電弧焊(LB52U焊條)根焊，利用改造后的CRC P-260自動焊機(jī)填充蓋面并執(zhí)行氣保護(hù)藥芯自動上向焊工藝，整個焊接過程連續(xù)穩(wěn)定。焊接人員在焊接過程中僅需對焊槍高低、左右狀態(tài)進(jìn)行簡單調(diào)整即可完成各層焊道的焊接，不僅一次合格率高，焊接效率可達(dá)人工焊接的1.5倍，該工藝成功運(yùn)用于新疆爆破試驗段的連頭口焊接施工，施工效果良好。