廉 江

中石化南京工程有限公司 江蘇南京 211100

近年來，隨著國內(nèi)外石油化工工程的快速發(fā)展，自動化管道預(yù)制技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。自動焊接作為提高質(zhì)量和效率的核心技術(shù)，在管道預(yù)制工作中起到了至關(guān)重要的作用。

目前，在石油化工工程管道預(yù)制中大部分施工企業(yè)采用的焊接工藝是手工氬弧焊打底，自動埋弧焊填充蓋面。由于埋弧焊熔深大，熔敷效率高，在大直徑高壓厚壁管道上實(shí)現(xiàn)了較高的焊接質(zhì)量和效率。但是，由于埋弧焊需要焊劑填埋焊道，在直徑小于219mm、壁厚小于8mm 時，焊劑難以保持在焊道上，無法進(jìn)行埋弧焊接。同時，由于埋弧焊使用電流大，電弧的電場強(qiáng)度高，易造成焊穿打底層的現(xiàn)象。而在電流過小時，電弧穩(wěn)定性較差，易出現(xiàn)焊接缺陷。因此，在直徑小于219mm、壁厚小于8mm 的管子進(jìn)行自動埋弧弧焊前，需要手工氬弧焊打底一遍，再熱焊一遍。這導(dǎo)致此規(guī)格范圍的管道焊接效率無明顯優(yōu)勢。若采用TIG 氬弧焊進(jìn)行填充，因其電極的載流能力有限，電弧功率受到限制，熔敷速度低，雖然其焊接質(zhì)量在所有熔焊中是最好的，但效率難以提高。而按照SCH 美標(biāo)管道尺寸標(biāo)準(zhǔn)，超過50%的規(guī)格無法實(shí)施埋弧焊或無法通過埋弧焊填充蓋面提高生產(chǎn)效率。隨著手工焊焊工資源短缺與生產(chǎn)快速增長需求的矛盾日益加劇，如何進(jìn)一步提高管道預(yù)制工程中自動焊覆蓋率和效率，成為石油化工施工企業(yè)迫切需要解決的問題。

1 熱絲氬弧焊設(shè)備

為解決以上問題，中石化南京工程有限公司于2019 年引進(jìn)昆山華恒焊接股份有限公司KB370- TMS- H 管鉗式多工藝自動焊接中心（圖1），用于沙特朱拜勒40 萬吋管道預(yù)制工廠項(xiàng)目的管道預(yù)制施工。

圖1 KB370- TMS- H管鉗式多工藝自動焊接中心

該設(shè)備由管鉗式機(jī)器人伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)、類機(jī)器人焊接操作機(jī)構(gòu)、多功能數(shù)字焊接電源、熱絲電源、焊絲加熱槍、自動焊槍、伺服送絲機(jī)、弧壓橫擺跟蹤系統(tǒng)及管件TMS 焊接系統(tǒng)控制軟件組成。通過程序邏輯控制，來實(shí)現(xiàn)高效自動焊接；輔以自動跟蹤系統(tǒng)，減少人為干預(yù)，使得焊縫均勻，質(zhì)量和效率得到大幅度提高。

該設(shè)備采用了H- TIG 熱絲氬弧焊工藝，有效解決了占工程總量80%的直徑小于219mm、壁厚小于8mm管道的填充蓋面焊接。效率達(dá)到了手工焊接的3～4倍，一次探傷合格率超過99%，實(shí)現(xiàn)了對管道預(yù)制工程所有管徑、壁厚、材質(zhì)的廣泛覆蓋。

同時，該設(shè)備還具有常規(guī)TIG 焊、MIG 焊和SAW焊接功能，可對不同管道規(guī)格采用多種復(fù)合式多工藝焊接方案，最大程度滿足焊接質(zhì)量、效率和成本的最佳組合方案。圖2 為KB370- TMS- H 管鉗式多工藝自動焊接中心在項(xiàng)目中的應(yīng)用。

圖2 項(xiàng)目應(yīng)用現(xiàn)場圖

2 焊接工藝

H- TIG 熱絲氬弧焊的工作原理：在傳統(tǒng)TIG 氬弧焊基礎(chǔ)上，通過增加一個單獨(dú)的熱絲電源對焊絲進(jìn)行預(yù)熱，在不改變焊接線能量的情況下，增加焊絲熔化速度，使焊接電弧消耗少量的能量來熔化更多的焊絲，從而實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)效率的提升。焊接工藝示意圖如圖3所示，接頭示意圖如圖4 所示。

圖3 焊接工藝示意圖

圖4 接頭示意圖

焊前對管子內(nèi)外側(cè)進(jìn)行打磨除銹處理，范圍25mm 左右；焊前對管件進(jìn)行點(diǎn)固，點(diǎn)焊三點(diǎn)固定即可，錯邊量控制在1.5mm 以內(nèi)，間隙0～1mm。焊接工藝參數(shù)見表1，使用純氬氣保護(hù)，濃度為99.99%。焊接效果如圖5 所示。

表1 焊接工藝參數(shù)

圖5 焊接效果圖

3 熱絲TIG與常規(guī)TIG焊相比的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）質(zhì)量：熱絲TIG 與常規(guī)TIG 工藝相同，質(zhì)量相同。

（2）效率：熱絲TIG 比常規(guī)TIG 效率提高5 倍以上，與MIG 焊接基本相同，但熔敷率從常規(guī)TIG 焊的0.3～0.5kg/ h 提升到2～4kg/ h。現(xiàn)場以φ114×8.56 碳鋼管道為例，打底、填充、蓋面3 層，總用時僅約10min。

（3）成本：熱絲TIG 與常規(guī)TIG 使用相同流量的氬氣，但因?yàn)闊峤zTIG 熔敷效率高，焊接速度快，氬氣消耗量遠(yuǎn)低于常規(guī)TIG。

4 熱絲TIG與埋弧焊相比的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）質(zhì)量：熱絲TIG 是TIG 工藝的一種，質(zhì)量優(yōu)于SAW。

（2）效率：在管徑≥φ219mm、壁厚≤8mm 時，效率與埋弧焊相同；在管徑＜φ219mm、壁厚＜8mm 時，效率遠(yuǎn)高于埋弧焊；在管徑≤114mm 時，埋弧焊不允許使用，且埋弧焊工藝也無法施焊。

（3）材質(zhì)的覆蓋率：熱絲TIG 線能量小，不僅適合碳鋼，還特別適合于合金鋼、不銹鋼和雙相鋼等對線能量要求嚴(yán)格的材質(zhì)。而埋弧焊不適用于低線能量要求的管道焊接。

5 結(jié)語

根據(jù)中石化南京工程有限公司沙特40 萬吋管道預(yù)制廠項(xiàng)目的應(yīng)用，H- TIG 熱絲氬弧焊完全解決了埋弧焊在適應(yīng)管徑、壁厚、材質(zhì)范圍上的不足，并在適合的規(guī)格范圍內(nèi)，有效提高了管道預(yù)制的生產(chǎn)效率。H- TIG 熱絲氬弧焊機(jī)器同時具備常規(guī)TIG、MAG 和SAW 埋弧焊功能，可依據(jù)不同的管徑、壁厚、材質(zhì)的需求，選擇最佳的復(fù)合式工藝組合。例如針對厚壁管道，采用常規(guī)TIG 進(jìn)行打底、H- TIG 熱絲氬弧焊進(jìn)行熱焊填充，再進(jìn)行埋弧焊進(jìn)一步填充蓋面。熱焊層不僅避免了埋弧焊擊穿打底層的情況，而且解決了埋弧焊第一層焊接時焊渣難以清理，影響工作效率的問題，總體上提高了焊接工作的效率。

總之，H- TIG 熱絲氬弧焊工藝的應(yīng)用，有效擴(kuò)大了管道預(yù)制的適應(yīng)范圍，提高了管道自動焊在管道預(yù)制工作中的覆蓋率，解決了對線能量輸入要求嚴(yán)格的不銹鋼、雙相鋼和合金鋼的焊接效率問題。因此，H- TIG 熱絲氬弧焊工藝是當(dāng)前管道預(yù)制焊接工作的有效方法之一。