李忠?guī)r

大慶油田工程建設(shè)有限公司建材公司油氣工程橇裝設(shè)備廠

2019 年，大慶油田推行橇裝化產(chǎn)品，工程橇裝設(shè)備廠與油田設(shè)計(jì)院合作完成了第一座橇裝計(jì)量間樣板間的預(yù)制，橇裝計(jì)量間代替磚混計(jì)量間在油田內(nèi)部推廣使用。橇裝計(jì)量間有多種規(guī)格型號(hào)，以16 井計(jì)量間為例，計(jì)量間內(nèi)共計(jì)馬鞍口139 個(gè)、直口20 個(gè)、插口100 余道，在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制過(guò)程中，馬鞍口下料需要經(jīng)做樣板、劃線、號(hào)孔、開(kāi)孔、開(kāi)坡口、修復(fù)、敲氧化鐵等工序，不僅工序繁瑣、人工操作慢、下料誤差較大，而且在下料過(guò)程中還易產(chǎn)生廢料。由于計(jì)量間內(nèi)馬鞍口、插口較多，人工焊接管線操作效率低，焊口外觀成型較差，不僅影響生產(chǎn)效率，而且產(chǎn)品外觀質(zhì)量也難以保證[1]。使用相貫線切割設(shè)備只要預(yù)先輸入相應(yīng)程序就可以實(shí)現(xiàn)管線下料、開(kāi)孔、坡口加工一次成型，不僅加工精度高、耗時(shí)短、不變形，而且批量生產(chǎn)數(shù)量越多，工作效率越高。以16 井橇裝計(jì)量間為例，計(jì)量間內(nèi)共計(jì)雙法蘭短接32 個(gè)、匯管8 組、閥門80 余個(gè)。在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制中，16 井橇裝計(jì)量間內(nèi)集油、摻水匯管中共有短接64 個(gè)，在法蘭組對(duì)焊接過(guò)程中既要保證法蘭端面在同一高度，又要保證法蘭端面的平整度，在組對(duì)焊接過(guò)程中需要反復(fù)的調(diào)整、測(cè)量，不僅影響生產(chǎn)效率，而且影響產(chǎn)品質(zhì)量。使用相貫線切割、焊接機(jī)器人設(shè)備、無(wú)縫雙頭大小頭、法蘭組對(duì)工裝、壓力試驗(yàn)工裝等自動(dòng)化設(shè)備及自制工裝，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化程序控制、減少人工切割、焊接數(shù)量，提高產(chǎn)品預(yù)制精度，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率。

1 管線下料、坡口、馬鞍口加工

相貫線切割設(shè)備工作流程為：首先在電腦上編輯所需要下料工件的切割程序，然后通過(guò)管件支撐調(diào)直工件，最后點(diǎn)擊切割，通過(guò)開(kāi)口式管鉗工裝、等離子機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)和軌道的前后移動(dòng)[2]，上管、調(diào)直、切割、換管，實(shí)現(xiàn)管線定尺和馬鞍口短節(jié)的自動(dòng)切割。

傳統(tǒng)管線下料、坡口、馬鞍口加工形式為在計(jì)量間預(yù)制過(guò)程中在匯管上進(jìn)行馬鞍口的氧氣乙炔切割及焊接，均是不均勻的加熱和冷卻過(guò)程，高溫區(qū)域受熱膨脹，受周邊低溫區(qū)域的剛性阻礙而不能自由伸長(zhǎng)，產(chǎn)生熱塑性變形[3]。傳統(tǒng)管線火焊切割需要經(jīng)人工劃線、制作樣板、號(hào)孔、開(kāi)孔、坡口打磨、氧化物處理等工序，不僅累計(jì)誤差較大，而且馬鞍口之間間隙不等，需要經(jīng)過(guò)反復(fù)修復(fù)，甚至可能因修復(fù)過(guò)大產(chǎn)生廢料，因此造成生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量差，原材料浪費(fèi)嚴(yán)重等情況。

使用相貫線切割設(shè)備進(jìn)行管線下料、坡口、馬鞍口加工只需在自動(dòng)化設(shè)備上預(yù)先設(shè)置操作程序，植入相應(yīng)的計(jì)量間井式，即可用于所有規(guī)格計(jì)量間管線的切割作業(yè)。自動(dòng)化設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)計(jì)量間內(nèi)所有管線切割下料、開(kāi)孔、坡口加工一次成型，不僅加工精度高、耗時(shí)短，無(wú)變形、幾乎沒(méi)有氧化物，而且批量生產(chǎn)數(shù)量越多，工作效率越高。

與傳統(tǒng)的火焰切割進(jìn)行對(duì)比，相貫線切割機(jī)就是用數(shù)字程序驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)，隨著機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，隨機(jī)配帶的切割工具對(duì)管道進(jìn)行切割[4]。自動(dòng)化設(shè)備切割下料環(huán)縫和馬鞍口的效率分別可提高3 倍和10倍左右。以16 井計(jì)量間為例，計(jì)量間內(nèi)可用設(shè)備切割的馬鞍口139 個(gè)，直口20 個(gè)，使用相貫線切割設(shè)備只需要一名操作工操作機(jī)器、一名管鉚工配合即可，完成一臺(tái)計(jì)量間馬鞍口與直口的切割只需要1 天時(shí)間，而人工切割需要1 個(gè)5 人組成的小隊(duì)進(jìn)行劃線、號(hào)孔、切割、修理、打磨等程序，需要兩天時(shí)間才能完成管線開(kāi)孔與切割。一臺(tái)16 井計(jì)量間使用相貫線切割設(shè)備可以節(jié)約人工約8 個(gè)工日，按照每個(gè)工人200 元/日計(jì)算，使用自動(dòng)化切割設(shè)備可以降低人工成本約1 600 元。相貫線切割應(yīng)用見(jiàn)圖1，相貫線切割與傳統(tǒng)火焊切割數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 相貫線切割與傳統(tǒng)火焊切割數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.1 Comparison of data between intersecting line cutting and traditional fire welding cutting

圖1 相貫線切割應(yīng)用Fig.1 Application of intersecting line cutting

2 管線焊接

焊接機(jī)器人本體外觀類似人的手臂，主要包括六個(gè)關(guān)節(jié)軸運(yùn)動(dòng)和三個(gè)坐標(biāo)系領(lǐng)域。焊接形式為混合氣體保護(hù)焊，焊機(jī)配備1.2 mm 氣體保護(hù)焊絲，焊接保護(hù)氣體為氬氣與二氧化碳混合氣。通過(guò)示教器手動(dòng)編程，可以在不超出機(jī)器人本體手臂各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的條件下，在坐標(biāo)系領(lǐng)域范圍內(nèi)完成全位置多角度焊接作業(yè)。機(jī)器人示教器見(jiàn)圖2。

圖2 機(jī)器人示教器Fig.2 Robot teaching device

起弧滅弧、焊槍角度、焊接參數(shù)調(diào)整、停留時(shí)間、焊槍擺幅等數(shù)據(jù)都可以通過(guò)編程形成焊接指令，從而讓焊接機(jī)器人精確制導(dǎo)，精準(zhǔn)地完成焊接作業(yè)。

操作人員根據(jù)施焊部件進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)程序編制，所有焊接程序的制定都不是一成不變的，例如一道圓弧焊接作業(yè)至少需要三個(gè)點(diǎn)的編程才可以完成。同樣的圓弧作業(yè)，程序編制六個(gè)點(diǎn)或者九個(gè)點(diǎn)也可以完成，區(qū)別在于編程點(diǎn)越多，焊槍走位越完美，施焊程序越精確，但相應(yīng)的編程時(shí)間也就更長(zhǎng)。同樣的施焊作業(yè)，在組對(duì)條件相對(duì)精確和焊接原點(diǎn)設(shè)定一致的前提下，操作人員可以通過(guò)坐標(biāo)系內(nèi)程序偏移用同樣指令對(duì)相同條件的施焊作業(yè)進(jìn)行批量焊制，焊接效果可以達(dá)到完全一致。

若使用傳統(tǒng)的人工管線焊接，以16 井計(jì)量間為例，一座計(jì)量間內(nèi)對(duì)接與插接焊口數(shù)量共計(jì)約有400 余道焊口，人工焊接需要1 名管鉚工與2 名電焊工配合，先點(diǎn)焊固定，再進(jìn)行焊接，需要3 天可以焊接完成間內(nèi)管線；使用焊接機(jī)器人管線焊接，一座16 井計(jì)量間內(nèi)管線焊接，需要1 名操作工人操作焊接機(jī)器人、1 名管鉚工和1 名電焊配合，要1 天就可以焊接完成。

將傳統(tǒng)的人工管線焊接與焊接機(jī)器人管線焊接對(duì)比。以16 井計(jì)量間為例，一座計(jì)量間內(nèi)對(duì)接與插接焊口數(shù)量共計(jì)約有400 余道，管線人工焊接不僅焊縫外觀成型差、變形大，而且焊接一次合格率較低。焊接機(jī)器人焊接時(shí)送絲的速度由電腦設(shè)定，使得產(chǎn)品質(zhì)量有了進(jìn)一步的提高，質(zhì)量可控性強(qiáng)[5]，對(duì)接焊縫及插口不僅焊縫成型美觀、沒(méi)有咬邊、氣孔、飛濺、藥皮等質(zhì)量缺陷，且變形小，焊接一次合格率可達(dá)到99.87%。

同樣道理，孕前孕媽媽體重較重，意味著自身體內(nèi)脂肪較多，所以在24周前增重3千克即可，因?yàn)檫€有2千克左右的間質(zhì)其實(shí)孕媽媽已經(jīng)儲(chǔ)備了；如果孕前孕媽媽體重較為理想，到24周增重4千克左右也可以了，適當(dāng)?shù)貎?chǔ)備了一下?tīng)I(yíng)養(yǎng)；孕前較瘦的孕媽媽，24周前可以增重5～6千克，是為了彌補(bǔ)孕前的營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)備不足。所以體重是一個(gè)行之有效的監(jiān)測(cè)能量是否充足的最簡(jiǎn)單的方法，但稱量體重的方法一定要對(duì)，那就是早晨起床，空腹，排空二便，穿同樣的衣服，最好是內(nèi)衣，在同一個(gè)秤上稱重，這樣做是為了稱出凈體重，減少其他因素對(duì)體重的影響，這樣的體重才有可比性，否則由于外在因素的影響，不能準(zhǔn)確反映體重的增加幅度。

自動(dòng)焊接生產(chǎn)工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工焊接工藝，一定程度上解決了傳統(tǒng)手工焊接工藝工作強(qiáng)度大、環(huán)境條件差、產(chǎn)品合格率低等問(wèn)題[6]。經(jīng)過(guò)對(duì)一臺(tái)橇裝計(jì)量間預(yù)制跟蹤，一座16 井計(jì)量間內(nèi)單節(jié)管線焊接，使用焊接機(jī)器人可以縮短預(yù)制周期2 天，節(jié)約人工6 個(gè)工日，實(shí)現(xiàn)節(jié)約生產(chǎn)成本約1 200 元[7]。焊接機(jī)器人應(yīng)用見(jiàn)圖3。

圖3 焊接機(jī)器人應(yīng)用Fig.3 Application of welding robot

3 專利技術(shù)

無(wú)縫雙頭大小頭專利技術(shù)是指雙頭大小頭、單頭大小頭通過(guò)電磁設(shè)備加熱和壓力機(jī)通過(guò)模具先壓成型一側(cè)，然后在壓制成型另一側(cè)。

3.1 傳統(tǒng)的雙頭大小頭預(yù)制技術(shù)

傳統(tǒng)雙頭大小頭預(yù)制由兩個(gè)大小頭和一個(gè)直管段組對(duì)焊接而成，組對(duì)前要打磨4 道坡口、留好間隙，反復(fù)測(cè)量直線度，合格后進(jìn)行焊接，焊接完成后進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，無(wú)損檢測(cè)不合格還需要返修，既加大了生產(chǎn)成本又降低了工作效率。

3.2 無(wú)縫雙頭大小頭專利技術(shù)

專利產(chǎn)品無(wú)縫雙頭大小頭、單頭大小頭通過(guò)電磁設(shè)備加熱和壓力機(jī)壓制、采用不同的方法與工藝加工而成，不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量，而且省去了打磨坡口、組對(duì)、焊接、無(wú)損檢測(cè)等多道環(huán)節(jié)，試壓過(guò)程中也不用檢查這根管是否滲漏，降低了生產(chǎn)成本、提高了生產(chǎn)效率。

3.3 傳統(tǒng)技術(shù)與專利技術(shù)對(duì)比

每座16 井橇裝計(jì)量間內(nèi)共計(jì)48 個(gè)大小頭，專利產(chǎn)品無(wú)縫雙頭大小頭只需要1 名操作工人與1 名機(jī)器操作人員配合，1 天即可完成，人工焊接需要管鉚工1 人與電焊工配合，完成48 組大小頭組對(duì)焊接需要3 天時(shí)間完成，探傷機(jī)控制器包括主回路、控制回路及電源回路。主回路將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓，再經(jīng)LC 回路濾波成平滑的直流電壓，最后經(jīng)斬波器變換成頻率可調(diào)的脈沖電壓[8]。焊縫焊接完成后需要無(wú)損檢測(cè)，無(wú)損檢測(cè)需要2 人配合1 天時(shí)間完成檢測(cè)，使用專利產(chǎn)品可以節(jié)約人工6 個(gè)工日，成本約1 200 元，節(jié)約射線底片成本約4 320 元，共計(jì)節(jié)約生產(chǎn)成本約5 520 元。無(wú)縫雙頭大小頭見(jiàn)圖4，傳統(tǒng)技術(shù)與專利技術(shù)成本對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 傳統(tǒng)技術(shù)與專利技術(shù)成本對(duì)比Tab.2 Cost comparison between traditional technology and patented technology

圖4 無(wú)縫雙頭大小頭Fig.4 Seamless double head reducer

4 計(jì)量間雙法蘭短接組對(duì)工裝

雙法蘭短接組對(duì)工裝工作原理為：工裝由一段槽鋼和兩片法蘭及螺紋組成，工裝兩端各組對(duì)一塊法蘭當(dāng)模具，法蘭的高度一致，兩法蘭的所有孔都平行，工裝一端是固定端，另一端是滑動(dòng)端。在組對(duì)時(shí)兩個(gè)磨具法蘭各放一塊同規(guī)格法蘭，法蘭與法蘭間放入石棉墊后，用臨時(shí)螺栓固定后把中間短節(jié)放在法蘭中間，通過(guò)調(diào)整滑動(dòng)端螺紋設(shè)定法蘭短節(jié)的長(zhǎng)度，可以保障所有雙法蘭短節(jié)孔是平行的并且尺寸一致、組對(duì)間隙一致?？ň呱吓溆邢尬谎b置前后可調(diào)，可實(shí)現(xiàn)所有尺寸短管兩端組裝法蘭組裝需要，使此類管件組對(duì)誤差維持在1 mm 以內(nèi)。組對(duì)后采用氬弧焊打底點(diǎn)焊固定，采用管道自動(dòng)焊接工作站進(jìn)行焊接，組對(duì)工裝適用于所有型號(hào)計(jì)量間內(nèi)立管與法蘭組對(duì)的需要，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且保障了計(jì)量間整體質(zhì)量。

傳統(tǒng)的雙法蘭短接組對(duì)方式是指法蘭先與一側(cè)短接組對(duì)，然后在與另一側(cè)短接組對(duì)，不同組短接間長(zhǎng)度與標(biāo)準(zhǔn)值比較略有誤差；雙法蘭短接組對(duì)工裝是通過(guò)調(diào)整滑動(dòng)端螺紋設(shè)定法蘭短節(jié)的長(zhǎng)度，可以保障所有雙法蘭短節(jié)孔是平行的并且尺寸一致、組對(duì)間隙一致。

圖5 雙法蘭組對(duì)工裝Fig.5 Double flange assembly tooling

5 匯管短接與法蘭組對(duì)工裝

匯管短接與法蘭組對(duì)工裝是通過(guò)一個(gè)工字鋼及四組螺紋及墊板組成的匯管組，組對(duì)工裝可以提高匯管與短接及法蘭組對(duì)的效率及質(zhì)量。工裝由工字鋼的面當(dāng)平臺(tái)，把四組螺紋分別按照匯管長(zhǎng)度固定在工字鋼兩側(cè)，通過(guò)調(diào)節(jié)管線支撐螺栓高度以適應(yīng)不同規(guī)格的管徑。

傳統(tǒng)的匯管短接與法蘭組對(duì)方式是首先將法蘭與短接焊接，然后將短接與匯管焊接，需要測(cè)量法蘭高度及點(diǎn)焊固定然后焊接，費(fèi)事費(fèi)力，且誤差較大；匯管短接與法蘭組對(duì)工裝是指首先將短接與法蘭焊接，然后通過(guò)調(diào)節(jié)支撐將管線與法蘭間距設(shè)置圖紙要求距離，然后點(diǎn)焊法蘭焊接。

將傳統(tǒng)組對(duì)方式與匯管短接與法蘭組對(duì)工裝對(duì)比。以16 井橇裝計(jì)量間為例，集油、摻水匯管中共有短接64 個(gè)，在組對(duì)焊接過(guò)程中很難保證法蘭端面在同一高度且又要保證法蘭端面的平整度。單個(gè)短節(jié)在組對(duì)及焊接過(guò)程中需要反復(fù)的調(diào)整、測(cè)量、矯正，使所有短節(jié)在一個(gè)平面上，這就難以保障匯管與短節(jié)的焊接尺寸及質(zhì)量，嚴(yán)重影響了計(jì)量間的生產(chǎn)效率及施工進(jìn)度。使用匯管短接與法蘭組對(duì)工裝，根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求匯管與短節(jié)及法蘭的組對(duì)高度設(shè)置工裝組對(duì)高度，即可組對(duì)焊接匯管上所有的法蘭及短接，不僅提高了匯管的組對(duì)質(zhì)量，而且提高了匯管的預(yù)制效率。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，每座16 井計(jì)量間可以節(jié)約人工約3 個(gè)工日，成本約600元。法蘭組對(duì)工裝見(jiàn)圖6。

圖6 法蘭組對(duì)工裝Fig.6 Flange assembly tooling

6 閥門試壓工裝

閥門試壓工裝是指將閥門開(kāi)關(guān)閉合將閥門兩端法蘭置于試壓工裝絲杠盲板中心，通過(guò)進(jìn)水管線對(duì)閥門的上端進(jìn)行水壓試驗(yàn)。此工裝可同時(shí)試驗(yàn)6 個(gè)閥門產(chǎn)品。

傳統(tǒng)閥門試壓是指?jìng)鹘y(tǒng)試壓時(shí)機(jī)器每次只能試壓一個(gè)閥門。閥門試壓工裝試壓是指試驗(yàn)工裝通過(guò)管線并聯(lián)，一次可以試驗(yàn)6 個(gè)閥門。

將統(tǒng)閥門試壓與試壓工裝對(duì)比。以16 井橇裝計(jì)量間為例，間內(nèi)共計(jì)需要安裝閥門87 個(gè)，且計(jì)量間內(nèi)閥門規(guī)格不同。廠內(nèi)傳統(tǒng)的閥門試壓裝置每次只能試驗(yàn)1 個(gè)閥門，在實(shí)際檢驗(yàn)過(guò)程中每個(gè)閥門需要穩(wěn)壓30 min，再加上準(zhǔn)備的時(shí)間約40 min，每座計(jì)量間內(nèi)閥門試壓共計(jì)需要3 480 min，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品預(yù)制工期。在這種狀況下自制閥門試壓裝置，新自制的閥門試驗(yàn)工裝一次可以試驗(yàn)6 個(gè)閥門，減少了閥門試壓對(duì)預(yù)制工期的影響。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，每座16 井橇裝計(jì)量間閥門試壓可以減少人工約5 個(gè)工日，每座16 井橇裝計(jì)量間共計(jì)可節(jié)約成本約1 000 元。閥門試壓工裝見(jiàn)圖7。

圖7 閥門試壓工裝Fig.7 Valve pressure testing tooling

7 結(jié)束語(yǔ)

使用相貫線切割設(shè)備、焊接機(jī)器人、匯管短接與法蘭組對(duì)工裝不僅提高了管線下料精度，而且焊縫沒(méi)有咬邊、氣孔、飛濺、藥皮等質(zhì)量缺陷，焊道成型美觀，一次合格率可達(dá)到99.87%。管線切割、開(kāi)孔、坡口加工一次成型，不僅加工精度高、耗時(shí)短，無(wú)變形、幾乎沒(méi)有氧化物，而且批量生產(chǎn)數(shù)量越多，工作效率越高。提升了產(chǎn)品質(zhì)量及外觀形象。

相貫線切割設(shè)備和機(jī)器人焊接的數(shù)字化程度高，下料精確、焊接合格率高，避免原材料浪費(fèi)，節(jié)約了生產(chǎn)成本。在橇裝產(chǎn)品預(yù)制過(guò)程中，選用自動(dòng)化的切割、焊接設(shè)備及適合的工裝選用可以提升產(chǎn)品質(zhì)量、避免原材料浪費(fèi)，提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)降本、提質(zhì)、增效。