自動焊工藝在長輸管道中的可行性研究

楊歌YANG Ge

（中石化石油機械股份有限公司沙市鋼管分公司，荊州434001）

0 引言

目前，我國正處于產(chǎn)業(yè)升級關(guān)鍵階段，對清潔能源需求越來越大。因為清潔能源主要分布在中西部地區(qū)，與需求地區(qū)之間距離較遠。所以，對長輸管道建設(shè)質(zhì)量與速度提出了更高要求。長輸管道建設(shè)市場中，國外工藝水平與自動焊接設(shè)備已經(jīng)相對成熟，而我國長輸管道建設(shè)工程依舊停滯在手工焊及半自動焊領(lǐng)域中，嚴重影響施工進程，難以滿足高壓、大口徑、長距離的建設(shè)需求。為實現(xiàn)我國自動焊工藝在長輸管道中高效、高質(zhì)量應(yīng)用，將自動焊工藝施工方法進行研究，從可行性角度出發(fā)，為長輸管道工程進步與發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 常用長輸管道自動焊工藝及其特征

1.1 工藝概述

我國應(yīng)用的自動焊工藝主要分為三種類型：第一，STT半自動根加自動外焊工藝；第二，管道外自動焊加自動外焊工藝；第三，管道內(nèi)自動焊加自動外焊工藝。三類自動焊工藝都具備各自的應(yīng)用優(yōu)勢，區(qū)別在于：第一種焊接工藝背面成型好，所需設(shè)備成本低，但是焊接速度相對較慢，不適用于流化施工。因此，此工藝適用于焊接經(jīng)驗少、經(jīng)濟預算低的施工項目；第二種焊接工藝外觀成型好，焊接質(zhì)量較高且速度快，但是對施工人員技術(shù)有一定要求，設(shè)備價格偏高；第三種焊接工藝通常采取CRC 內(nèi)自動焊，應(yīng)用特征與第二種一致。基于當前建設(shè)目標，優(yōu)先選擇第二、三種焊接工藝更有利于長輸管道焊接項目的建設(shè)，且這兩種焊接工藝更符合現(xiàn)代管道施工建設(shè)的發(fā)展趨勢[1]。

1.2 應(yīng)用特征

自動焊工藝在長輸管道建設(shè)中具有以下應(yīng)用特征：第一，使用的是專業(yè)化的復合坡口；第二，管口組對之間沒有縫隙，減少調(diào)整縫隙的時間，極有效提升組對效率；第三，長輸管道焊接過程中，工作人員可以參照坡口組對狀況，調(diào)整焊接參數(shù)，確保焊接達到最佳效果；第四，焊接參數(shù)能夠根據(jù)管道的位置與焊層數(shù)進行設(shè)置，以貼合建設(shè)要求；第五，自動焊接工藝能夠保證整周焊層足夠完善，無需二次加工，能夠直接進行填充與蓋面的焊接；第六，自動焊接工藝能夠保證所有焊道、焊頭焊接質(zhì)量的統(tǒng)一性，焊接縫隙外形美觀標準。

2 長輸管道中自動焊工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 管設(shè)備與人員配置

以西氣東輸二線管道工程為例，此工程中所涉及到的自動焊設(shè)備共有56 臺，機組工作人員共有49 人。和半自動焊機組相比較，自動焊機組不僅增添了內(nèi)焊機、外焊機、軌道等設(shè)備，還因為坡口的建設(shè)需要，增添了吊管機與坡口機，機組人員方面則增添了機手、車工、焊工以及普工。

2.2 焊接材料

自動焊工藝在長輸管道的建設(shè)過程中采用了實心焊絲、金屬粉芯焊絲以及氣保護藥芯焊絲，我國在自動焊項目中應(yīng)用較多的是實心焊絲材料。考慮到熔化極氣保護焊中寬度較窄，有較大幾率在坡口側(cè)壁形成熔合。同時，送絲以及焊接電弧的可靠性受實心焊絲多方面因素的影響，例如，實心焊絲的直徑偏差、焊絲挺度、鍍銅厚度、磨損程度等，這些因素都會對長輸管道自動焊接質(zhì)量與成效帶來直接的影響。以往我國在進行長輸管道自動焊接時，會使用國產(chǎn)實心焊絲，但是，由于實心焊絲批次與焊絲盤的變更，給焊接項目的建設(shè)帶來一些負面影響，使焊接缺陷數(shù)量出現(xiàn)增長。所以，結(jié)合實際建設(shè)情況，決定采用進口實心焊絲，盡管缺陷率有一定的降低，但是在使用不同地區(qū)、批次的焊接材料時，也會出現(xiàn)電弧飛濺變大、穩(wěn)定效果變差、需要重復調(diào)整加工的問題[2]。

2.3 焊接操作人員

長輸管道的自動焊接工藝及設(shè)備的應(yīng)用涉及到諸多方面的知識，其中包括焊接技術(shù)的基礎(chǔ)常識、自動控制辦法、機械、電氣等。因此，長輸管道焊接工程對實際操作人員的技術(shù)水平提出了較高的要求，要求操作人員具備焊接相關(guān)的專業(yè)技術(shù)、知識、經(jīng)驗，此外，還要在項目實施前通過自動焊的系統(tǒng)化培訓。為保證長輸管道的焊接質(zhì)量，自動焊接機組操作人員不僅要明確焊炬設(shè)備的操控流程，還要與其他操作人員進行協(xié)同配合。機組內(nèi)操作員工還應(yīng)熟記調(diào)整自動焊接工藝參數(shù)的流程與設(shè)備維護檢修的工序。實現(xiàn)高效、高質(zhì)量自動焊技術(shù)的應(yīng)用需要建立在持續(xù)、完整的工作環(huán)節(jié)中。但是由于部分地域不具備良好的自動焊施工條件，使自動焊工藝難以充分發(fā)揮出實效作用，且當完成需要自動焊機組的項目建設(shè)完畢后，部分承建商出于降低人力成本的考慮，將自動焊機組進行解散，將自動焊操作人員調(diào)至手工或半自動機組中。當出現(xiàn)需要自動焊工藝的情況，不便將原機組人員進行及時集合，只能將新入職的操作人員進行重新培訓。這樣的自動焊工藝工作模式使整體建設(shè)項目的進度有所減慢，且不能將技術(shù)與經(jīng)驗進行連續(xù)性的總結(jié)、傳遞與改進完善。

2.4 相關(guān)標準及管理規(guī)定

目前我國在執(zhí)行自動焊工藝時，參照的是管道焊接施工通用規(guī)范，基于通用規(guī)范，對自動焊工藝施工進行標準化管理，管理方面包括作業(yè)空間、管溝寬度、檢測方式等。但是，現(xiàn)有的管理標準中缺少了對自動焊應(yīng)用特征、設(shè)計、施工組織等相關(guān)內(nèi)容的要求，導致自動焊工藝的施工步驟出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的狀況。首先，在自動焊施工過程中，沒有充分考量管道、線路、施工掃線等問題對縱向坡度、彎管角度、變壁厚焊接等項目的影響。這樣的施工狀況會直接滯后項目建設(shè)進程，并在一定程度上影響自動焊工程的持續(xù)性，導致焊接質(zhì)量不能滿足建設(shè)標準；其次，差異化檢測方案對施工問題、缺陷的評判標準沒有建立系統(tǒng)性、一致性的標準。目前，應(yīng)用較為廣泛的是射線檢測與超聲波檢測，這兩種檢測方法對面型及線型的建設(shè)工程的檢測靈敏度有一定的差異，這就導致兩種檢測方案對自動焊工藝的評價存在矛盾之處；最后，有效的自動焊施工需要建立在效率與質(zhì)量的管理基礎(chǔ)上。當前對于自動焊工藝的使用目的主要提升建設(shè)效率與焊接合格率，忽視了自動焊接工藝在降低勞動強度、提高焊接性能方面的優(yōu)勢特征?；诖?，如果自動焊工作質(zhì)量沒有按標準完成任務(wù)，只注重焊接效率，不僅會加大操作人員的工作強度，還極易出現(xiàn)焊接質(zhì)量紕漏問題。

3 長輸管道應(yīng)用自動焊工藝的可行性研究

3.1 建成自動焊工藝技術(shù)系統(tǒng)

為實現(xiàn)長輸管道自動焊工藝焊接效率與質(zhì)量的提升，創(chuàng)建自動焊工作及其相關(guān)工作的協(xié)調(diào)與管理系統(tǒng)，使焊接工作有標準可依、有規(guī)定可靠，以此確保焊接工作符合項目建設(shè)要求。協(xié)調(diào)與管理系統(tǒng)包括：長輸管道設(shè)計與路線勘察的地形環(huán)境特征；鋼管制造中焊接橢圓度與周長偏差的要求，提高焊口質(zhì)量；建設(shè)項目掃線中對地面硬化度進行管理，保證焊口沉降在標準范圍內(nèi)；在布管時，確保管道支撐的穩(wěn)定性；在超聲波檢測中，嚴格遵循設(shè)備的標準要求進行校驗，保證管組口與基準線的準確性科學規(guī)劃檢測站與自動焊工作站的位置，確保反饋信息的高效與準確[3]。

3.2 合理規(guī)劃自動焊工藝設(shè)備應(yīng)用模式

自動焊工藝在長輸管道的應(yīng)用過程中，其質(zhì)量與性能都在不斷地改進與優(yōu)化，應(yīng)用技術(shù)得以創(chuàng)新升級。但是，在實際的施工過程中，牽扯到大量的自動焊操作人員技能培訓、焊接設(shè)備定期保養(yǎng)與維修、備品備件的制備等工作。針對以上問題，最好的解決辦法就是選擇性的采購國產(chǎn)焊接設(shè)備，或者臨時租借外國焊接設(shè)備，以保證技術(shù)支持與售后服務(wù)的及時性與可靠性，進而提升長輸管道自動焊工藝的高效化加工與大范圍應(yīng)用。

3.3 完善自動焊施工組織方法

首先，為保證在項目建設(shè)過程中，降低由于焊接故障與必要保養(yǎng)維護工作對整體施工進度的影響，自動焊機組應(yīng)合理儲備備用設(shè)備與備件。科學規(guī)劃焊接機組工作面，在流水作業(yè)模式下，制定協(xié)調(diào)性強、銜接度高的工序，以此確保焊接工作與監(jiān)測工作的高效有序；其次，應(yīng)穩(wěn)固自動焊接機組內(nèi)部人員的穩(wěn)定性，并提升操作人員的操作技術(shù)水平，以此達成機組人員配合默契的建設(shè)目標，確保無損檢測技術(shù)的實效性與高效性，實現(xiàn)焊接工作進度的快速提升與焊接質(zhì)量的有效監(jiān)管；再次，通過自主研發(fā)或向外引進，將先進性的焊接材料與配套的焊接設(shè)備進行匹配，在設(shè)備與材料高度一致的基礎(chǔ)上，確保穩(wěn)定送絲與電弧焊接；最后，提前對長輸管道的所在地域的縱向坡度進行觀察，以此規(guī)劃相應(yīng)的焊接施工方案，保證復雜地帶自動焊接工藝的有效實施。

3.4 創(chuàng)新自動焊質(zhì)量評判和檢測方法

對超聲波檢測評價標準方面展開相應(yīng)的創(chuàng)新研究，進一步研究自動超聲波檢測評判標準在我國長輸管道焊接項目檢測的可行性，并在此基礎(chǔ)上對接好我國長輸管道設(shè)計要求、施工標準。此外，國外在長輸管道施工項目中，通常會采用多探頭自動超聲檢測。這種檢測手段與相控陣自動超聲波檢測有一定的相似性，均為小車讀取環(huán)焊縫缺陷信息，計算機分析判斷得出檢測結(jié)果，不同點在于：多探頭超聲波檢測對環(huán)境的包容性更強，能夠完成多種環(huán)境下的自動檢測。因此，我國應(yīng)多嘗試不同的調(diào)研技術(shù)，并在我國長輸管道項目建設(shè)中逐漸進行試驗應(yīng)用工作。

3.5 明確自動焊工藝應(yīng)用方向與定位

電弧跟蹤技術(shù)與自動控制技術(shù)在先進性研究的支持下不斷完善創(chuàng)新，自動焊配件規(guī)范化、設(shè)計模塊標準化以及應(yīng)用平臺的完善都為自動焊工藝的操作提供了更加便捷的基礎(chǔ)，相應(yīng)的焊接工作與維護保養(yǎng)也愈加高效，使焊接操作人員梯隊得以擴大?；谝陨媳憷麠l件長輸管道的焊接質(zhì)量越來越符合發(fā)展要求，有效提升焊接技術(shù)與經(jīng)濟效益，實現(xiàn)長輸管道焊接方式的多樣化升級[4]。

4 結(jié)語

自動焊工藝作為長輸管道建設(shè)工程中的先進性施工手段，是我國管道建設(shè)領(lǐng)域必須掌握的新方法與新工藝，有必要將其融合至實際的建設(shè)項目當中去。自動焊接工藝的應(yīng)用優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在焊口的內(nèi)部質(zhì)量中，還體現(xiàn)在焊口的外部質(zhì)量上。因此，應(yīng)為自動焊作業(yè)及其相關(guān)工作創(chuàng)建獨立的技術(shù)系統(tǒng)，并努力提高此工藝操作人員的技術(shù)水平，實現(xiàn)整體建設(shè)質(zhì)量的提升。