王魯君

1. 概述

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)家得到了廣泛應(yīng)用。而在我國(guó)各類石油化工管道工程中，自動(dòng)焊應(yīng)用的比例相對(duì)較低，長(zhǎng)輸管道焊接目前主要以手工半自動(dòng)焊為主。針對(duì)煉油化工裝置的管道焊接，一些大的施工企業(yè)近年來(lái)盡管采用了工廠化管道預(yù)制技術(shù)，但自動(dòng)焊的應(yīng)用比例也只有40%左右。總體上看，我國(guó)的石油化工管道焊接仍以手工焊為主。

近年來(lái)，隨著我國(guó)人口紅利的逐漸消失，人工費(fèi)用快速上長(zhǎng)；同時(shí)，我國(guó)的建筑業(yè)也在從注重大規(guī)模、高速度和低成本的粗放發(fā)展模式向高質(zhì)量和高效益方向轉(zhuǎn)型，因此，自動(dòng)焊技術(shù)在石油化工工程建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用受到越來(lái)越多的重視。

2. 管道自動(dòng)焊技術(shù)長(zhǎng)輸管道建設(shè)工程中的應(yīng)用

由于長(zhǎng)輸管道的焊口處于固定狀態(tài)，所以目前主要采用手工半自動(dòng)焊和全位置自動(dòng)焊技術(shù)。

（1）半自動(dòng)焊技術(shù) 第一，STT表面張力過(guò)渡焊。這是美國(guó)林肯公司專用于根焊的半自動(dòng)實(shí)芯焊絲氣體保護(hù)焊技術(shù)，它對(duì)熔滴向熔池過(guò)渡分幾個(gè)階段進(jìn)行精確控制，從而實(shí)現(xiàn)焊縫根部的良好成形。

第二，RMD (Regulated Metal Deposition) 熔滴精確過(guò)渡技術(shù)。這是由美國(guó)米勒公司研發(fā)的一種熔化極氣體保護(hù)焊技術(shù)，通過(guò)檢測(cè)短路電流發(fā)生時(shí)間來(lái)改變焊接電壓和電流的一種動(dòng)態(tài)控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)較好的根部成形和較高的工效。

第三，自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊技術(shù)。這種焊接技術(shù)是利用焊絲藥芯產(chǎn)生的氣體對(duì)熔池進(jìn)行保護(hù)，無(wú)需外加保護(hù)氣體，非常適用于野外作業(yè)，用于焊縫的填充和蓋面，是目前國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管道焊接的主要方法。但這種工藝存在著一個(gè)較大的缺點(diǎn)，即焊縫沖擊值的離散性較大，致使焊接質(zhì)量穩(wěn)定性較差。

（2）長(zhǎng)輸全位置自動(dòng)焊技術(shù) 在我國(guó)，長(zhǎng)輸管道全位置自動(dòng)焊技術(shù)主要用于機(jī)械化流水作業(yè)模式。

長(zhǎng)輸管道全位置自動(dòng)焊的主要設(shè)備如下：

第一，內(nèi)焊機(jī)。將多臺(tái)焊槍安裝在管道內(nèi)對(duì)口器上，形成組對(duì)和焊接一體化的焊接設(shè)備。根焊質(zhì)量好，工效極高。8焊炬內(nèi)焊機(jī)完成一道φ1 422mm焊縫的根焊只用90s。

第二，外焊機(jī)。單焊炬外焊機(jī)：由兩臺(tái)各裝一支焊槍的焊接小車沿環(huán)形軌道，從管道的頂部分別相向向下焊接，焊接過(guò)程中的參數(shù)全部預(yù)設(shè)在控制系統(tǒng)中，焊接過(guò)程由焊接小車自動(dòng)完成。分根焊機(jī)和填充蓋面焊機(jī)兩種型式。

雙焊炬外焊機(jī)：由兩臺(tái)各裝兩支焊槍的焊接小車沿環(huán)形軌道，從管道的頂部分別相向向下焊接，主要用于焊縫的填充和蓋面，工效較單焊炬外焊機(jī)更高，是目前主流機(jī)型。

管道全位置自動(dòng)焊的典型工藝是多焊炬內(nèi)焊機(jī)+雙焊炬外焊機(jī)工藝，該工藝適用于地勢(shì)較為平坦的地區(qū)，工效很高，由1臺(tái)多焊炬內(nèi)焊機(jī)+5套雙焊炬外焊機(jī)（每套兩臺(tái)）組成的焊接機(jī)組，每天可焊接約60道、規(guī)格為φ1 219mm×18mm的焊口。

近十多年來(lái)，由于成本較高，管道全位置自動(dòng)焊技術(shù)國(guó)內(nèi)僅在為數(shù)不多的長(zhǎng)輸管道建設(shè)工程中得到了應(yīng)用。

3. 管道自動(dòng)焊技術(shù)在煉油化工裝置建設(shè)工程的應(yīng)用

20世紀(jì)90年代中期，我國(guó)的一些煉油化工施工企業(yè)開始著力于自動(dòng)焊的規(guī)模化應(yīng)用，管道預(yù)制工廠化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。實(shí)現(xiàn)了管道除銹、防腐底漆涂刷、坡口加工和自動(dòng)焊接的流水作業(yè)。采用各個(gè)焊接工位的管道旋轉(zhuǎn)和變位裝置，應(yīng)用埋弧焊、氣體保護(hù)焊等技術(shù)，使焊口在水平旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下完成焊接，完成的焊接工作量可占總工程量的40%左右，大大提高了施工效率和質(zhì)量（見圖1和圖2）。

為了適應(yīng)流動(dòng)性強(qiáng)的作業(yè)環(huán)境，還可以做成由若干集裝箱組成的模塊化預(yù)制生產(chǎn)線。

目前，多數(shù)管道預(yù)制廠的自動(dòng)焊應(yīng)用只限于轉(zhuǎn)動(dòng)焊口的焊接，固定焊口焊接仍由手工完成，這是影響生產(chǎn)效率和質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是自動(dòng)焊將來(lái)要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

4. 我國(guó)管道自動(dòng)焊技術(shù)應(yīng)用存在的問(wèn)題與不足

目前，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，管道自動(dòng)焊的應(yīng)用非常普遍，應(yīng)用比例約占焊接工程量的80%，從事焊接自動(dòng)設(shè)備制造的企業(yè)也非常多。而我國(guó)管道自動(dòng)焊的應(yīng)用比例則要低得多，長(zhǎng)輸管道自動(dòng)焊的應(yīng)用比例不足10%；煉油化工裝置管道自動(dòng)焊的比例也在

30%～40%。

我國(guó)管道自動(dòng)焊技術(shù)應(yīng)用存在的問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面：

第一，質(zhì)量意識(shí)差，壓工期、壓造價(jià)現(xiàn)象嚴(yán)重。

第二，進(jìn)口自動(dòng)焊設(shè)備購(gòu)置和使用費(fèi)用高。

第三，國(guó)產(chǎn)自動(dòng)焊設(shè)備，特別是全位置自動(dòng)焊設(shè)備，技術(shù)水平低，可靠性差。

第四，國(guó)產(chǎn)高性能焊接電源和高品質(zhì)焊接材料研發(fā)能力不足。

圖1 管道自動(dòng)焊預(yù)制廠

圖2 水平轉(zhuǎn)動(dòng)焊口管道自動(dòng)焊設(shè)備

5. 管道自動(dòng)焊技術(shù)的應(yīng)用前景及發(fā)展方向

（1）應(yīng)用前景 由于自動(dòng)焊具有手工焊無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，所以在石油化工管道工程中的應(yīng)用前景十分廣泛，將逐漸成為管道焊接的主要方式。

具體理由如下：

第一，國(guó)家的宏觀環(huán)境對(duì)質(zhì)量的要求不斷提高?？刂瓢l(fā)展速度，提高發(fā)展質(zhì)量已經(jīng)成為我國(guó)的大政方針。粗放發(fā)展帶來(lái)的問(wèn)題越來(lái)越多地引起了政府及社會(huì)各界的高度關(guān)注，工程建設(shè)管理將更加規(guī)范，在質(zhì)量方面的投入也必然增加至合理水平。

第二，勞動(dòng)力成本快速攀升，優(yōu)秀焊工資源嚴(yán)重不足。歐美國(guó)家自動(dòng)焊應(yīng)用比率高的一個(gè)重要原因是勞動(dòng)力成本高，而我國(guó)的勞動(dòng)力成本近年來(lái)也一直快速攀升。相比之下，自動(dòng)焊的性價(jià)比不斷提高，最終將代替大量的手工焊成為我國(guó)管道焊接的主角。

第三，高端自動(dòng)焊設(shè)備和材料的自主研發(fā)將助推自動(dòng)焊技術(shù)的應(yīng)用。行業(yè)需求的增加和替代進(jìn)口技術(shù)，既可為從事高端自動(dòng)焊設(shè)備和材料的自主研發(fā)企業(yè)帶來(lái)豐厚的利潤(rùn)，同時(shí)也對(duì)有效降低自動(dòng)焊成本發(fā)揮重要作用。

（2）發(fā)展方向 管道焊口主要有活動(dòng)焊口和固定焊口兩種形式?；顒?dòng)焊口的自動(dòng)焊在我國(guó)已經(jīng)普及，下一步，我國(guó)管道自動(dòng)焊的重點(diǎn)是全位置自動(dòng)焊技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

具體思路如下：

第一，加大投入，研發(fā)高端焊接電源。目前，由于我國(guó)焊接電源生產(chǎn)企業(yè)低水平、同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，因此對(duì)投入大、研發(fā)周期長(zhǎng)、技術(shù)含量高的高端焊接電源大多望而卻步。而率先突破這一瓶頸的企業(yè)，必然獲得豐厚和長(zhǎng)遠(yuǎn)的回報(bào)。

第二，以歐美企業(yè)為標(biāo)桿，研制系列化全位置自動(dòng)焊裝備。歐美企業(yè)在管道全位置自動(dòng)焊設(shè)備制造領(lǐng)域已經(jīng)形成了規(guī)格齊全、用途多樣的系列化自動(dòng)焊設(shè)備，我們不少企業(yè)多年前就進(jìn)行了嘗試，但水平仍處于較低的狀態(tài)。我們要避免這樣的誤區(qū)：國(guó)產(chǎn)化就是技術(shù)和元器件的國(guó)產(chǎn)化。由于國(guó)產(chǎn)元器件在短期內(nèi)很難與進(jìn)口件媲美，因此應(yīng)堅(jiān)持技術(shù)自主研發(fā)，元器件國(guó)際化的理念，以確保整機(jī)性能的可靠性。

第三，立足長(zhǎng)遠(yuǎn)，自主研發(fā)新型全位置自動(dòng)焊設(shè)備。在學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們還要爭(zhēng)取在自動(dòng)焊領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的突破。

研發(fā)智能化程度更高的全位置自動(dòng)焊設(shè)備：目前的全位置自動(dòng)焊設(shè)備對(duì)坡口的質(zhì)量和組對(duì)精度要求非常高，而現(xiàn)場(chǎng)由于諸多因素的影響，有相當(dāng)數(shù)量的焊口無(wú)法滿足自動(dòng)焊的要求。因此，需要研制智能化程度更高的焊機(jī)來(lái)滿足這種需要。

研制效率更高的焊機(jī)：更高的焊接效率是自動(dòng)焊技術(shù)研發(fā)工作的持續(xù)追求。中國(guó)石油管道局研究院在研制新型自動(dòng)焊機(jī)方面取得了一些實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，值得借鑒：①單弧雙絲全位置自動(dòng)焊機(jī)。這是利用國(guó)外單弧雙絲焊機(jī)開發(fā)的一種全位置自動(dòng)焊機(jī)，具有坡口小，熔敷率高，速度快的優(yōu)點(diǎn)。②自保護(hù)藥芯焊絲全位置自動(dòng)焊機(jī)。該技術(shù)利用藥芯焊絲自保護(hù)焊抗風(fēng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，非常適于戶外作業(yè)。③激光/電弧復(fù)合全位置自動(dòng)焊機(jī)。該技術(shù)利用激光一次穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，利用熔化極氣體保護(hù)焊與其結(jié)合保證焊縫獲得足夠的熱輸入，實(shí)現(xiàn)大厚度管道高效焊接（見圖3）。

第四，研發(fā)高端焊接材料。焊接材料的質(zhì)量和與母材的匹配性，對(duì)全位置自動(dòng)焊質(zhì)量的影響較大，目前，主要以進(jìn)口為主，價(jià)格十分昂貴。因此我們的焊接材料生產(chǎn)企業(yè)在這個(gè)領(lǐng)域也可大有作為。

第五，提高配套設(shè)備的技術(shù)水平。加強(qiáng)高精度、高效率復(fù)合坡口加工機(jī)械和管道組對(duì)等設(shè)備的研制。例如，我國(guó)目前只有大口徑管道使用了機(jī)械式內(nèi)對(duì)口器，而國(guó)外公司已經(jīng)擁有了各種口徑的管道內(nèi)對(duì)口器。

第六，加強(qiáng)對(duì)外學(xué)習(xí)和交流。由于種種原因，國(guó)內(nèi)焊接展會(huì)的水平與歐美的展會(huì)相比，有較大的差距。僅以管道自動(dòng)焊設(shè)備和元器件為例，2013年德國(guó)埃森焊接展覽會(huì)要比同年舉辦的北京·埃森焊接展更加精彩、豐富。對(duì)我國(guó)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，走出去學(xué)習(xí)非常必要。

同時(shí)，加強(qiáng)不同行業(yè)之間的學(xué)習(xí)和交流也非常必要。如長(zhǎng)輸管道的一些焊接技術(shù)，特別是打底焊技術(shù)也非常適用于煉油化工管道的焊接，與手工氬弧焊打底相比，效率高得多。

圖3 激光/電弧復(fù)合焊機(jī)

6. 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)焊將毫無(wú)爭(zhēng)議地成為今后我國(guó)石油化工管道焊接的主要手段，為從事焊接設(shè)備、材料生產(chǎn)和焊接工程施工的企業(yè)帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。投入充分、創(chuàng)新能力強(qiáng)的企業(yè)將在新的一輪競(jìng)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)，處于行業(yè)的領(lǐng)先地位。