■ 任國強(qiáng)，張先龍，郭建明

1.概述

管道全位置自動(dòng)焊是一種借助于機(jī)械、電氣等方法，使整個(gè)焊接過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、程序化的焊接施工技術(shù)，具有效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、焊縫成形美觀、勞動(dòng)強(qiáng)度低、焊接速度快、焊接過程受人為因素影響小等優(yōu)點(diǎn)，在歐美發(fā)達(dá)國家得到了廣泛的應(yīng)用。而在我國各類石油化工管道工程中，管道全位置自動(dòng)焊應(yīng)用的比例相對較低，隨著大口徑、厚壁鋼、高鋼級長輸管道的大量建設(shè)，管道全位置自動(dòng)焊已逐漸成為我國管道施工的主要焊接方法。

本文針對目前國內(nèi)施工的長輸管道典型管徑采用的管道全自動(dòng)焊工藝及設(shè)備進(jìn)行性價(jià)比分析，形成不同管徑和材質(zhì)的管道采用最優(yōu)的管道全自動(dòng)焊工藝匹配。

2.管道全位置自動(dòng)焊工藝使用情況

自2 0 1 6年開始，中俄原油管道二線、陜京四線、中靖聯(lián)絡(luò)線和中俄天然氣東線的開工建設(shè)，除中俄天然氣東線（φ1422mm）正在建設(shè)中，其余三條長輸管道已全部施工完畢。已建設(shè)完畢的三條長輸管道自動(dòng)焊施工及工藝情況如表1和表2所示。

表1 管道全位置自動(dòng)焊施工匯總

表2 管道全位置自動(dòng)焊焊接工藝匯總

從表1可以看出，管道全位置自動(dòng)焊綜合使用比例達(dá)到50%以上，根據(jù)目前長輸管道焊接工程對管道全位置自動(dòng)焊的使用要求，不僅可在主線路施工中進(jìn)行應(yīng)用，同時(shí)也可在支線管道進(jìn)行大面積推廣應(yīng)用。

3.管道全位置自動(dòng)焊工藝特點(diǎn)

根據(jù)表2中各工程采用的管道全位置自動(dòng)焊工藝，目前采用的工藝按照根焊方式分為兩大類，一是內(nèi)焊式根焊，二是外焊式根焊，其中外焊式根焊分為自動(dòng)和半自動(dòng)焊兩種。填充蓋面時(shí)采用單焊炬或雙焊炬焊接。本文僅對根焊方式的區(qū)別進(jìn)行對比分析，結(jié)合填充蓋面時(shí)采用的工藝進(jìn)行性價(jià)比對比。

（1）內(nèi)焊式根焊 內(nèi)焊式根焊采用內(nèi)焊機(jī)進(jìn)行管內(nèi)部根焊，根據(jù)管徑不同，內(nèi)焊機(jī)的焊炬數(shù)量存在不同，其中φ813mm內(nèi)焊機(jī)為4焊炬和6焊炬兩種，圖1為4焊炬內(nèi)焊機(jī)，圖2為6焊炬內(nèi)焊機(jī)。φ1219mm和φ1422mm內(nèi)焊機(jī)為8焊炬（見圖3）。內(nèi)焊機(jī)具有以下優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：①焊接效率高，完成根焊純焊接時(shí)間為1.5～2.0min。②操作簡單，對焊接操作人員要求不高。③成形美觀，焊接一次合格率高，不受人為因素干擾。④對口間隙要求0.5mm以內(nèi)，對口效率相對較高。⑤坡口角度小，焊材使用量少。缺點(diǎn)：①適用范圍小，僅適用于單一管徑的管材焊接。②設(shè)備一次投入高。③設(shè)備復(fù)雜，維修及保養(yǎng)難度及成本高。④需配套坡口機(jī)進(jìn)行坡口加工，增加了施工工序，同時(shí)對坡口質(zhì)量要求較高。

圖1 φ813mm4焊炬內(nèi)焊機(jī)

圖2 φ813mm6焊炬內(nèi)焊機(jī)

圖3 φ1219mm8焊炬內(nèi)焊機(jī)

（2）外焊式根焊 自動(dòng)式外焊式根焊是采用單焊炬自動(dòng)焊接小車在管外部進(jìn)行根部焊縫焊接，填充蓋面采用單焊炬實(shí)芯向下焊接或雙焊炬實(shí)芯向下焊接，典型設(shè)備如圖4、圖5所示。

圖4 PWT單焊炬

圖5 熊谷A-300X單焊炬

優(yōu)缺點(diǎn)如下所述：

優(yōu)點(diǎn)：①適用范圍大，可適用于管徑≥508mm以上管道的根焊焊接。②設(shè)備投資較內(nèi)焊機(jī)相比，節(jié)省投資約50%以上，同時(shí)根焊設(shè)備可作為熱焊、填蓋設(shè)備使用，進(jìn)一步降低設(shè)備投資。③根焊成形美觀。④對口間隙要求0.5mm以內(nèi)，對口效率相對較高。缺點(diǎn)：①焊接操作較內(nèi)焊機(jī)復(fù)雜，操作人員需具備一定焊接基礎(chǔ)，并經(jīng)過近一個(gè)月的培訓(xùn)方可熟練掌握設(shè)備的焊接。②焊接效率為內(nèi)焊機(jī)的70%左右，以焊接φ813mm管徑為例，根焊純焊接時(shí)間約為4～5min。③設(shè)備復(fù)雜，維修及保養(yǎng)難度及成本高。④需配套坡口機(jī)進(jìn)行坡口加工，增加了施工工序，同時(shí)對坡口質(zhì)量要求較高。⑤焊接一次合格率相比較低。

半自動(dòng)外焊式根焊是采用RMD或STT在管外部進(jìn)行根部焊縫焊接，是長輸管道目前最常用的根焊焊接方式，填充蓋面采用藥芯氣保向上焊接，是中俄原油管道二線中X65管線鋼焊接合格率最高的管道全位置自動(dòng)焊工藝，優(yōu)缺點(diǎn)如下所述。

優(yōu)點(diǎn)：①適用范圍大，可適用于任意管徑的長輸管道的根焊焊接。②與自動(dòng)焊根焊相比大大降低設(shè)備一次性投資。③可用管道原始坡口進(jìn)行焊接，減少坡口加工工藝和工序，大大降低了施工成本。④外焊可采用藥芯氣保向上焊工藝，設(shè)備操作簡單、價(jià)格低廉，焊接一次合格率高。缺點(diǎn)：①根焊為半自動(dòng)焊，焊接效率較其他根焊方式低50%以上。②操作人員需具備較好的焊接技術(shù)，并經(jīng)過不少于一個(gè)月的培訓(xùn)方可熟練掌握工藝操作。③內(nèi)部成形不如其他工藝美觀，但滿足施工技術(shù)要求。

表3 工藝對比結(jié)果分析

對以上三種根焊方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)對比，結(jié)果如表3所示。

4.結(jié)語

根據(jù)對內(nèi)焊機(jī)根焊、自動(dòng)式外焊式根焊和半自動(dòng)外焊式根焊三種管道全位置自動(dòng)焊工藝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)對比分析，結(jié)合采用管道全位置自動(dòng)焊工藝的長輸管道施工情況，綜合性價(jià)比、操作性及焊接效率等要素進(jìn)行工藝對比分析，結(jié)果表明，半自動(dòng)外焊式根焊綜合性價(jià)比最高，依次為自動(dòng)式外焊式根焊和內(nèi)焊機(jī)根焊。但由于自動(dòng)式外焊式根焊焊接一次合格率較低，在長輸管道施工中應(yīng)用較少，故長輸管道全位置自動(dòng)焊施工中可針對不同材質(zhì)、管徑按照以下建議進(jìn)行選擇。

（1）對于管徑＞813mm，材質(zhì)為X70及更高鋼級管線鋼的主線路焊接，因管徑大且壁厚，可優(yōu)先采用內(nèi)焊機(jī)根焊，單槍或雙槍實(shí)芯氣保焊絲向下自動(dòng)焊。

（2）對于管徑≤813mm，材質(zhì)為X65及低鋼級管線鋼的主線路焊接，可優(yōu)先采用半自動(dòng)外焊式根焊，單槍藥芯氣保焊向上自動(dòng)焊。