周建美

中國電建集團江西省電力建設有限公司 江西南昌 330001

1 序言

近年來，我國施工企業(yè)在海外工程履約過程中，因工期延誤而遭受巨額賠償?shù)氖录r有發(fā)生，每延誤一天工期就會被處以10～20萬美元的罰款。有報道顯示，個別項目因工期延誤而被處以10億美元罰款。

中國電建集團江西省電力建設有限公司于2019年下半年承接了海外某大型光熱電站工程管道施工任務，該工程開工初期便遭遇新冠疫情，人員、設備進場困難，工程存在較大的工期延誤處罰風險。根據施工合同的規(guī)定，關鍵工期節(jié)點每延誤1天，承建方應支付違約金4萬余元人民幣。該工程焊接工作量大、質量要求高，焊縫要求100%無損檢測，焊接作業(yè)將是制約整個工期的關鍵環(huán)節(jié)。為了滿足工期需要，焊接技術人員對200MW槽式光熱電站項目導熱油區(qū)、熔鹽區(qū)導熱油管道，以及熔鹽管道的焊接方法選用進行了分析、探討，通過海外某光熱發(fā)電站的現(xiàn)場實踐，取得了較為顯著的效果，可為同類項目提供借鑒與參考。

2 槽式光熱電站焊接工程量簡介

海外某200MW槽式光熱電站項目導熱油區(qū)、熔鹽區(qū)管道材質為SA106 Gr.B，規(guī)格主要有DN1600×31.75mm，DN1400×31.75mm，DN1300×31.75mm，DN1100×23.83mm/30.18mm，DN1000×20.62mm/28.58mm等，總焊接當量約為19萬DI左右。

焊接當量修正系數(shù)＝[（厚度－8）/2.0]×0.1+1

焊接當量DI＝管道外徑（單位為英寸）×焊接當量修正系數(shù)（當焊接當量修正系數(shù)＜1.0時，按1.0考慮納入計算公式）[1]。

3 海外光熱電站工程焊接、檢測特點

（1）焊接工作量大 光熱電站管道與同等容量的火電機組相比，一般壓力、溫度低，多為大口徑、厚壁管道，焊接工作量多集中在鏡場區(qū)、導熱油區(qū)、熔鹽區(qū)等，主要包括大管徑高壓導熱油管道、熔鹽不銹鋼管道，以及附屬其他管道等焊接工作[2]。

（2）無損檢測工作量大、效率相對低 光熱電站附屬管道、導熱油管道、熔鹽管道等必須做100%射線檢測（現(xiàn)場常采用伽馬射線檢測），為了提高工作效率，經多次協(xié)調，業(yè)主同意增加PAUT檢測。根據合同規(guī)定，項目現(xiàn)場應由業(yè)主方認可的當?shù)氐谌綑z驗檢測機構進行管道焊縫的無損檢測，并由當?shù)氐谌綑z驗檢測機構出具檢測合格報告后，閉口前需經總包方和業(yè)主方審核并簽字確認所有報告。由于要經過三方全程審核，各方對焊接缺欠的判定標準掌握有一定偏差，在對各水壓試驗文件包進行檢查時，對焊接缺欠爭議的判定需要耗費大量的時間，為了加快意見的統(tǒng)一，對存在爭議缺欠的焊接接頭采用了多種檢測方法，增加了無損檢測的工作量。

（3）焊接質量要求高 光熱電站的管道介質大多為導熱油和熔鹽，屬于特種介質管道，一旦發(fā)生滲漏，容易引起火災、爆炸，對環(huán)境造成污染，危害非常大，因此對焊接質量要求很高。

（4）焊接前期技術準備時間長 光熱項目開工前，需要編寫ITP和施工方案。由于施工方案的編寫理念和方法在國內外存在一定的差異，所以要想通過業(yè)主工程師的認可，一般要經過2～3輪的修改，往往一個方案審批下來需要2個月甚至更長的時間。

（5）管道焊接工藝評定（WPQ）與焊接人員現(xiàn)場認證 所有現(xiàn)場使用的焊接工藝評定，均需在現(xiàn)場并由焊接檢測工程師見證完成，本項目所有管道焊縫的焊接均應進行WPS確認、安裝對口、焊接作業(yè)、無損檢測及力學性能檢測等工作，合格后方可進行焊接。所有焊工進場作業(yè)前，均需經過現(xiàn)場焊接檢測工程師的見證考試并測試合格，合格證書頒發(fā)后方可參加工程焊接[3]。

（6）焊接環(huán)境惡劣 光熱電站大多布置在沙漠地帶，施工現(xiàn)場環(huán)境溫度高、風沙大、光照強，焊工的戶外作業(yè)勞動強度大。

4 焊接方法選擇與實際應用效果對比

4.1 焊條電弧焊

焊條電弧焊涉及的設備與材料有交直流焊機、電焊鉗、焊接皮線、焊條及母材焊件等。根據焊接操作順序的不同分為上向、下向焊接技術兩類。根據采用的焊條藥皮化學成分不同，分為纖維素型焊條、氧化鈦藥皮焊條、低氫堿性焊條等三大類。

在光熱電站的管道安裝焊接施工中，一般使用下向焊接工藝，它是指在管道水平固定的情況下，在管道上頂部引弧，自上而下進行全位置焊接，焊接部位的焊接先后順序為平焊、立平焊、立焊、仰立焊及仰焊。這種焊接方法一般采用的是纖維素型下向焊焊條，要求管道加工時采用大鈍邊、小間隙、小坡口夾角，相對于上向焊技術，焊接速度快，焊縫成形較好，也可以節(jié)約部分焊接材料，因此，廣泛應用于海內外光熱電站的管道焊接工程中。但下向焊接技術也存在一些問題，即焊條的熔敷金屬擴散氫含量較高，在施焊前及施工過程中應嚴格控制好預熱溫度和層間溫度，從而減少冷裂紋的產生[4]。

4.2 自動焊

大口徑長輸管道自動焊接技術一般分為兩大類：管道固定位置自動焊接、管道全位置自動焊接。管道固定位置自動焊接指的是焊機位置固定不動，管道沿著周向360°旋轉，實現(xiàn)管道自動焊接，多用于工廠化預制。管道全位置自動焊接指的是管道相對固定，焊機帶動焊槍圍繞管壁運動，實現(xiàn)自動焊接，多用于工程項目的現(xiàn)場組合、安裝。

管道全位置自動焊接裝置有集成式、分體式兩類，自動焊接設備主要由焊機、自動控制系統(tǒng)、送絲機構、坡口機及行走軌道等組成，焊接裝置分為內、外焊機。根據送絲方式的不同分為：拉絲和推絲兩種。

1）采用拉絲方式時，送絲機和焊絲盤安裝在焊接小車上，焊接小車的重量增加，人工安裝和拆卸的難度加大，易造成焊接小車行走不順暢。送絲過程中，由于送絲機距焊槍較近，焊絲離開送絲機后所受的阻力小，因此送絲過程平穩(wěn)。采用φ0.8mm或φ1.0mm的小盤焊絲時（焊絲重約為5kg），焊接小車的總重量減輕，焊接過程更容易控制，但由于一次裝載的焊絲少，因此焊接效率略有降低。

2）采用推絲方式時，送絲機構安裝在焊接小車外，焊接小車總的體積減小、重量減輕，因此安裝相對簡單。推絲時，由于送絲機距焊槍較遠，送絲機與焊槍之間配置送絲軟管相連接，因此會導致焊絲在推向焊槍嘴過程中受到的摩擦阻力增大。此外，送絲軟管在焊接過程中的彎曲度也會影響送絲的平順性，可能造成送絲不暢。推絲時，一般采用大功率的送絲機和φ1.2mm的大盤焊絲（重量約為20kg），與拉絲方式相比，焊接效率大為提高。

管道全位置自動焊接工藝有三個重要參數(shù)：焊接小車的行進速度、送絲速度和焊槍的左右擺動頻率。參數(shù)的合理與匹配性對焊接質量有重大影響，且參數(shù)的調節(jié)相互關聯(lián)。因此，在正式開始管道焊接前，需經過一段時間的摸索、調整，才能做到相互匹配性。基于此，先建立一個工藝參數(shù)的三維坐標體系，時間作為自變量，焊接電流、電弧電壓作為邊界條件，3個工藝參數(shù)作為因變量，得出三維空間坐標方程的邏輯關系，以此獲得焊接小車行進速度、送絲速度、焊槍的左右擺動頻率。在施焊過程中，還應根據現(xiàn)場遇見的實際情況及時進行調整，且每一次調節(jié)三個工藝參數(shù)必須同時進行調整，以保證三者的匹配性。

在自動焊焊接過程中，如果出現(xiàn)坡口寬窄尺寸變化大、參數(shù)不合適、焊工操作不當?shù)惹闆r時，易導致出現(xiàn)坡口邊緣未熔合缺陷，因此應嚴格控制坡口的加工尺寸，設置合適的參數(shù)，應在光線合適的部位觀察焊縫熔池，確保管道焊縫坡口兩側金屬熔合良好。此外，如果焊接過程中焊槍對中調節(jié)不及時，則易產生偏移，因此需及時調整擺幅寬度與送絲速度。在填充層焊接過程中，焊接操作人員應根據現(xiàn)場實際情況及時增加焊縫中間填充層的擺動頻率，并提供足夠的焊接熱輸入，以保證焊縫厚度整體均勻，不出現(xiàn)駝峰狀焊縫成形。一般情況下，管道自動焊接過程中易出現(xiàn)飛濺，因此應使用防飛濺劑，避免飛濺堵塞導電嘴，從而保證送絲順暢。

自動焊具有焊接質量高、勞動生產率高、可減輕工人勞動強度等優(yōu)點，因此，廣泛適用于場地平整的工地組合場和工廠化焊接，但自動焊接方法對周邊環(huán)境和管道安裝精度的要求較高，適用于制造質量高、圓度偏差小的無縫鋼管，管壁＞25.4mm的碳素鋼管道及其他需預熱的管道焊接不宜采用自動焊接的方式。

4.3 半自動焊

管道半自動焊是由焊工手工操作和自動機械設備一起完成焊接操作的一種焊接工藝。常用的管道半自動焊方法有CO2焊機埋弧焊和半自動氣體（混合）保護焊。

埋弧焊是指焊接電弧在焊劑履蓋層下面進行燃燒的焊接工藝。焊接設備主要有根焊設備及填充、蓋面焊接設備兩類。埋弧焊具有焊接質量穩(wěn)定、外觀成形好、焊接生產率高、無弧光及煙塵很少、綜合性價比高等優(yōu)點，對焊接人員的技能及理論水平要求相對高些，需要焊工能及時進行焊接參數(shù)匹配、調節(jié)，從而保證焊縫質量。打底焊時，易出現(xiàn)根部未熔合現(xiàn)象，因此在管道焊接工程中主要應用于蓋面及填充，較多使用在壓力容器、管道管件、異形柱梁等的加工制作中。

半自動氣體保護焊是利用氣體保護的焊接技術，焊絲和氣體自動供給，焊槍的上下、左右及前后移動靠手動。焊機系統(tǒng)設備主要是由保護氣體供氣系統(tǒng)、焊機、送絲裝置及焊槍等組成。半自動焊接方法操作靈活、環(huán)境適應性強，常用的保護氣體有CO2活性氣體。CO2氣體保護焊通常采用短路和熔滴縮頸爆斷，與熔化極惰性氣體保護焊熔滴金屬自由過渡相比，其產生熔滴飛濺較多。因此，需要根據焊件的實際情況來選擇合適的焊接設備及合理的工藝參數(shù)，達到減少飛濺產生的效果。CO2氣體保護焊在焊接時不能有風，常用于密封及角焊縫的焊接，因此更適合室內作業(yè)。半自動氣體保護焊接工藝對操作人員的技能水平要求較高，焊縫質量主要依靠焊接人員的技能水平來保證。由于CO2氣體成本低，因此廣泛應用于大型容器、板狀部件的焊接，但在承壓管道焊接中的應用較少[5]。

4.4 3種焊接方法應用效果對比

經過以上比較，可以總結出3種焊接方法的優(yōu)缺點，對比見表1。

表1 3種焊接方法對比

以國外某200MW光熱電站DN1000×20.62mm的導熱油管道為例，管道根部采用鎢極氬弧焊打底，管道焊縫中間層的填充及蓋面焊接使用管道全位置自動焊，設備選用佛山市金圓潤自動化焊接設備有限公司生產的JYR1100A全位置管道自動焊機，現(xiàn)場焊接試驗結果見表2.

表2 現(xiàn)場焊接試驗結果

在實際焊接過程中，由于受現(xiàn)場環(huán)境及管道制造質量的影響，該工程管道焊接大多采用手工焊，在管道條件適合時，采用全位置自動焊。

5 結束語

由于海外大型光熱電站管道焊接工程量大，因此焊接方法合理選擇對工程總體質量和工期的實現(xiàn)非常關鍵。經過理論分析和工程實踐，證明在選擇焊接方法時，需要前期對項目的工期要求、焊接工作量、場地條件、管道特點及焊接方法等情況進行綜合分析，海外某大型光熱電站工程現(xiàn)場采用鎢極氬弧焊+全位置自動焊方法組合，提高了焊接效率，保證了焊接工期，且質量受控，同時降低了工程成本和焊工勞動強度。該施工經驗可為其他類似工程提供借鑒。