蔡 亮

（中航油京津冀物流有限公司，天津 300300）

0 引言

隨著我國長輸管道建設(shè)發(fā)展，鋼級、管徑和設(shè)計壓力不斷提高，對管道焊接技術(shù)和質(zhì)量提出更高要求[1]。管道自動焊技術(shù)在保證焊縫強度、韌性基礎(chǔ)上，消除人為因素影響，提升焊接效率。近年來，自動焊在我國管道建設(shè)中應(yīng)用范圍不斷擴大，但在組織管理、焊接效率、設(shè)備升級、焊材標(biāo)準(zhǔn)化等方面與國外存在差距。分析了國外管道自動焊技術(shù)在設(shè)備研制、工程應(yīng)用以及管理理念等方面的先進經(jīng)驗。結(jié)合我國管道自動焊技術(shù)現(xiàn)狀和瓶頸問題，提出了我國管道應(yīng)用和提升自動焊技術(shù)的建議。

1 管道自動焊技術(shù)發(fā)展歷程

從20世紀(jì)70～80年代國外自動焊技術(shù)發(fā)展，已成為高鋼級、大口徑、高壓力管道建設(shè)首選技術(shù)。應(yīng)用自動焊技術(shù)建成的管道超過50000km，約占總里程80%。代表性技術(shù)是熔化極氣保護自動焊（GMAW），代表性自動焊設(shè)備是美國CRC-Evans系統(tǒng)，預(yù)計建成管道長度超過34000km。20世紀(jì)70年代我國管道建設(shè)采用手工焊（SMAW），80年代采用低氫/纖維素焊條手工下向焊，90年代采用自保護藥芯焊絲半自動焊接技術(shù)（FCAW-S）。21世紀(jì)以西氣東輸管道建設(shè)為契機，自動焊在管道建設(shè)中占比不斷提高，并引入熔化極氣保護自動焊。近年來則研制雙焊炬脈沖自動焊技術(shù)（PGMAW）。西氣東輸三線、陜京四線、中俄原油管道二線，中俄東線干線均采用自動焊工藝。

2 我國管道自動焊技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 管道自動焊設(shè)備類型

我國先后引進管道自動焊設(shè)備意大利PWT公司、加拿大RMS公司外焊機，英國Noreast公司、美國CRC-Evans公司內(nèi)/外焊機。意大利PWT根焊外焊機配套RMS、Noreast、PAW2000外焊機實施填充、蓋面焊接，根焊是單面焊雙面成型，對坡口組對參數(shù)（鈍邊量、間隙、錯邊量）嚴(yán)格限定，應(yīng)用中多次產(chǎn)生未焊透、氣孔等缺陷。

根焊內(nèi)焊機有Noreast和CRC產(chǎn)品，填充蓋面焊接配套Noreast、RMS、CRC M300/P600國外外焊機，PAW2000和PAW30000國內(nèi)外焊機。內(nèi)焊機對對坡口組對參數(shù)嚴(yán)格限定，內(nèi)焊機鈍邊厚度、組對間隙、錯邊量等坡口組對參數(shù)要求非常嚴(yán)格，根焊缺陷率優(yōu)于PWT根焊外焊機。內(nèi)焊機是管道自動焊主流方式。

最先進的自動焊設(shè)備是CRC P600和PAW3000雙焊炬外焊機，采用直流脈沖噴射技術(shù)，焊接效率比單焊炬外焊機提高50%。PGMAW對坡口組對參數(shù)嚴(yán)格限定，如坡口組對精度誤差導(dǎo)致在填充焊縫中產(chǎn)生未熔合缺陷。PAW2000、CRC M300、RMS和Noreast是單焊炬外焊機，對坡口組對參數(shù)不如雙焊炬高，如坡口組對精度誤差導(dǎo)致在熱焊層和最后一道填充焊縫產(chǎn)生未熔合缺陷。

2.2 管道自動焊設(shè)備配置

我國生產(chǎn)管道自動焊設(shè)備組成是坡口機（型號PFM）、內(nèi)對口器（型號CLAMP）與內(nèi)焊機（型號PIW）一體化系統(tǒng)和外焊機（型號PAW3000）。在西氣東輸工程使用的PAW3000機組和CRC P600自動焊機組，焊接方式為內(nèi)焊機實施根焊，雙焊炬外焊機實施填充和蓋面焊。除配備內(nèi)焊機、外焊機、爬坡運行軌道，還包括吊管機和坡口機。人員配置包括加工坡口、焊縫修整、機械工和車床工。

2.3 焊接材料

我國管道自動焊采用的焊材類型是金屬實芯焊絲和氣保護藥芯焊絲，其中金屬實心焊絲應(yīng)用最廣泛。焊絲產(chǎn)品性能參數(shù)和質(zhì)量穩(wěn)定性直接影響送絲過程和焊接電弧穩(wěn)定性，例如焊絲直徑差異、拔絲強度、焊絲直線度、繞盤及鍍銅工藝等。

2.4 工程應(yīng)用

焊接機車和吊管機最大適應(yīng)管道縱向坡度不超過26°。內(nèi)焊機在管道內(nèi)進行管口組對和根焊，內(nèi)焊機爬坡角度和剎車性能代表了自動焊技術(shù)水平。國內(nèi)管道內(nèi)焊機最大適應(yīng)管道縱向坡度15°。國外自動焊內(nèi)焊機最大適應(yīng)管道縱向坡度與吊管機性能一致，最大滿足26～30°。針對西氣東輸管徑1219mm，國內(nèi)自動焊每日可完成焊接量40～100道焊口，如管段坡度大、彎管和變壁厚，焊接量略有下降。國外自動焊每日可完成焊接量80～120道焊口。

3 我國管道自動焊工藝存在問題

我國管道自動焊執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50369-2014《油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范》、GB/T 31032-2014《鋼質(zhì)管道焊接及驗收》，上述標(biāo)準(zhǔn)在針對自動焊工藝特點與管道設(shè)計、施工技術(shù)配套協(xié)調(diào)方面還需改進。

3.1 組織管理

管道施工預(yù)算參考半自動焊，因土方施工量大、設(shè)備投資貴，自動焊工藝不能成為首選方案。超聲波檢測和射線檢測在自動焊完成3～5d后進行，不能實施反饋焊接質(zhì)量信息，管道自動焊焊接效率和質(zhì)量不能達到預(yù)期目標(biāo)。國外施工作業(yè)區(qū)進行硬質(zhì)處理，設(shè)計鋼管支撐構(gòu)件，預(yù)防鋼管位移造成焊接坡口尺寸變化。超聲波檢測站距離自動焊設(shè)備不超過100m，及時反饋焊接質(zhì)量信息。建議制定科學(xué)施工預(yù)算，為應(yīng)用自動焊保證利益空間。管道設(shè)計選線采用有效降坡、取直手段，保證自動焊順利實施。

3.2 設(shè)備升級

我國引進自動焊設(shè)備如意大利PWT根焊外焊機缺陷較高，焊接效率較半自動焊提升不明顯，在陜京二線應(yīng)用后已淘汰。英國Noreast、加拿大RMS外焊機維持在2001年水平，設(shè)備老化嚴(yán)重、故障率高。美國CRC自動焊機專配1名技術(shù)人員，焊接問題及時反饋至公司總部。英國Noreast自動焊設(shè)備技術(shù)服務(wù)于沙特、俄羅斯天然氣管道，普遍采用雙焊炬技術(shù)。我國引進自動焊設(shè)備在產(chǎn)品保質(zhì)期之后，國外生產(chǎn)商僅提供付費技術(shù)服務(wù)，導(dǎo)致我國早期自動焊設(shè)備技術(shù)老化落后。

3.3 焊接材料

我國管道自動焊使用的焊材系列、種類、型號多樣化，近十幾種類型焊材，產(chǎn)品配件、焊絲直徑、制造質(zhì)量存在差異，對采購、管理和維護造成不便，極大制約管道自動焊技術(shù)發(fā)展，對焊接質(zhì)量也造成隱患。國外管道自動焊固定使用同一品牌焊材，例如為保證焊接質(zhì)量，CRC只使用與其自動焊設(shè)備配套的專用焊材。

3.4 施工效率

國內(nèi)管道自動焊僅根焊是批次作業(yè)，填充和蓋面焊是單機作業(yè)。國外管道自動焊全部是批次作業(yè)。對標(biāo)國外管道自動焊施工效率，在根焊、填充焊、蓋面焊的施工時間基本相同，國外自動焊在管口組對、預(yù)熱、焊接操作工銜接等更為高效順暢，施工效率高于國內(nèi)。

4 結(jié)語

隨著智能控制技術(shù)、電弧追蹤技術(shù)進步，以及焊接設(shè)備模塊化、配件標(biāo)準(zhǔn)化趨勢，管道自動焊焊接質(zhì)量和經(jīng)濟效益會逐步體現(xiàn)，注定成為長輸管道建設(shè)施工的首選方式。我國管道自動焊焊接技術(shù)應(yīng)進一步提升焊接效率和焊接質(zhì)量，建議如下：

（1）管道勘察設(shè)計應(yīng)考慮地形與焊接技術(shù)的協(xié)調(diào)配套，采取降坡、取直設(shè)計思想，充分考慮自動焊可適應(yīng)的管道縱向坡度。研發(fā)適用于較大管道縱向坡度的自動焊焊接方法，實現(xiàn)山區(qū)管道自動焊施工；

（2）鋼管制造嚴(yán)格限定管端橢圓度、周長偏差等參數(shù)，減少對焊口組對精度影響；

（3）吊管保證施工作業(yè)地面承載力和鋼管支撐，預(yù)防焊口位移影響焊縫性能；

（4）管道清管應(yīng)考慮內(nèi)焊機可順利通過的彎管角度、曲率半徑以及變壁厚等問題；

（5）減少檢測站和自動焊工作站距離，保證無損檢測能夠及時反饋焊接質(zhì)量信息；

（6）研發(fā)管道自動焊配套專用焊材，保證焊材質(zhì)量穩(wěn)定性，保證焊接電弧和送絲過程穩(wěn)定性；

（7）持續(xù)跟蹤國外自動焊技術(shù)和設(shè)備發(fā)展趨勢，持續(xù)推進管道自動焊技術(shù)應(yīng)用推廣。