李文
(中石化河南油建工程有限公司,河南 鄭州 450000)
隨著國(guó)家管網(wǎng)公司的成立以及大口徑高強(qiáng)度鋼管道建設(shè)的快速發(fā)展,管道自動(dòng)焊的應(yīng)用場(chǎng)景越來越多。各管道建設(shè)單位對(duì)自動(dòng)焊技術(shù)關(guān)注度極高,在自動(dòng)焊工藝開發(fā)、設(shè)備引進(jìn)和研發(fā)等方面投入了大量精力。經(jīng)過近年來的發(fā)展,中石化的自動(dòng)焊技術(shù)已逐步在管道建設(shè)項(xiàng)目開展實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用,研發(fā)出多種新自動(dòng)焊工藝。經(jīng)過幾個(gè)項(xiàng)目的施工實(shí)踐,不斷從工藝方法、設(shè)備機(jī)具、檢驗(yàn)手段、人員配備、現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備等方面完善自動(dòng)焊施工工藝,長(zhǎng)輸管道自動(dòng)焊施工將在未來長(zhǎng)輸管道工程項(xiàng)目上被廣泛使用。該工藝具有焊口質(zhì)量高、施工效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)。結(jié)合目前全自動(dòng)焊施工的經(jīng)驗(yàn),長(zhǎng)輸管道全自動(dòng)焊能否連續(xù)施工,將影響到工程進(jìn)度和工程成本。導(dǎo)致長(zhǎng)輸管道不能連續(xù)施工的主要因素有以下6 個(gè)方面:(1) 線路此起彼伏,熱彎管較多;(2) 小型河流、道路等穿越點(diǎn)較多;(3)線路施工作業(yè)面不充足;(4)外協(xié)工作不到位,造成多次轉(zhuǎn)場(chǎng);(5) 長(zhǎng)輸管道全自動(dòng)焊施工屬于流水作業(yè),因設(shè)備和人員造成停工;(6)焊接一次合格率不高,造成返工。
在長(zhǎng)輸管道的施工過程中,為了保證全自動(dòng)焊連續(xù)施工應(yīng)滿足以下6 個(gè)方面:(1)適用于DN500~DN1400 等多種管徑的平原低丘地帶,其適應(yīng)坡度地形≤12°;(2) 線路施工斷點(diǎn)少;(3) 長(zhǎng)輸管道線路施工作業(yè)面充足;(4)征地協(xié)調(diào)計(jì)劃周密,無阻工現(xiàn)象;(5)施工機(jī)組配備優(yōu)良的設(shè)備及人員;(6)焊接一次合格率高。
長(zhǎng)輸管道自動(dòng)焊施工流程圖如圖1 所示。
圖1 工序流程圖
(1)現(xiàn)場(chǎng)踏勘。確定施工點(diǎn)的管線走向、埋深、地質(zhì)、地下管線及其他障礙物等情況。
(2) 管道調(diào)查。向項(xiàng)目部進(jìn)行咨詢調(diào)查,確定待焊接處管線路由、管口封堵情況以及連頭施工實(shí)施方案等。
(3)技術(shù)準(zhǔn)備。明確自動(dòng)焊的各工序操作要點(diǎn),制定坡口清理打磨、管口組對(duì)、焊接過程監(jiān)測(cè)等工序操作規(guī)程,同時(shí)根據(jù)自身設(shè)備型號(hào),按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及設(shè)計(jì)文件要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)定及用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的焊接工藝規(guī)程,報(bào)項(xiàng)目部批準(zhǔn)后實(shí)施。
(4)設(shè)備工裝準(zhǔn)備。檢查電站、焊接氣瓶棚、焊機(jī)、行走小車、中頻預(yù)熱和電伴熱帶等完好,可靠運(yùn)行;計(jì)量器具、儀表設(shè)備應(yīng)經(jīng)過檢定和校準(zhǔn),在有效期限內(nèi)。
(5) 材料準(zhǔn)備。對(duì)焊材、焊接用保護(hù)氣體和導(dǎo)電嘴、噴嘴等焊接配件輔助材料進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收,符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
(6)人員準(zhǔn)備。管道全自動(dòng)焊工除具有各省級(jí)市場(chǎng)監(jiān)督部門頒發(fā)的焊工資格證外還應(yīng)具備應(yīng)急管理廳下發(fā)的焊接與熱切割作業(yè)合格證件(應(yīng)項(xiàng)目業(yè)主要求確定),經(jīng)施工項(xiàng)目部上報(bào)監(jiān)理和業(yè)主后參加業(yè)主組織的焊工崗前考試,取得焊工上崗證后方可進(jìn)行施焊。焊工資格證持證項(xiàng)目的焊接方法、焊接位置、有效期等應(yīng)能符合上崗考試要求。作業(yè)人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)和安全技術(shù)交底。
(7) 崗前練兵。磨合期為機(jī)組到場(chǎng)后7 天時(shí)間練兵期,嚴(yán)格按照正式版《焊接工藝規(guī)程》開展規(guī)范性練兵操作,要求質(zhì)量合格率穩(wěn)中有升,方可向監(jiān)理提請(qǐng)上崗考試。焊接機(jī)組通過監(jiān)理組織的考試達(dá)到合格要求,才能進(jìn)入考核期施工。
為進(jìn)一步加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)綜合管理,促進(jìn)項(xiàng)目管理與施工機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)管理的相互融合,提高施工水平,規(guī)范施工質(zhì)量,形成良好施工氛圍,全面提升施工機(jī)組管理能力,促進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)管理科學(xué)化、規(guī)范化、制度化,切實(shí)堅(jiān)持并持續(xù)改善施工現(xiàn)場(chǎng)的綜合管理,最終達(dá)到優(yōu)化配置機(jī)組管理水平。
全自動(dòng)焊施工工藝采用GMAW↓(根焊) + GMAW↓熔化極氣保護(hù)實(shí)芯焊絲(熱焊/填充/蓋面)。根焊設(shè)備為熊谷A-800 系列內(nèi)焊機(jī),熱焊、填充、蓋面設(shè)備為熊谷DPS-500P 焊接電源+熊谷A-610 雙焊炬外焊系統(tǒng)。
線路焊接采用熔化極氣體保護(hù)焊(內(nèi)焊機(jī)根焊+雙焊炬外焊機(jī)熱焊、填充、蓋面)工藝,焊接設(shè)備為熊谷內(nèi)焊+熊谷外焊焊接設(shè)備,復(fù)合U 型坡口,內(nèi)焊材料為L(zhǎng)incoln Pipeliner70S-6(φ0.9 mm),外焊材料為L(zhǎng)incoln Pipeliner 70S-6(φ1.0 mm)。
內(nèi)補(bǔ)焊采用熔化極氣體保護(hù)焊(內(nèi)焊機(jī)補(bǔ)焊槍半自動(dòng)焊)工藝,焊接設(shè)備為熊谷內(nèi)焊設(shè)備,內(nèi)焊材料為L(zhǎng)incoln Pipeliner 70S-6(φ0.9 mm)。
根焊、熱焊、填充及蓋面均采用保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)。
(1)坡口加工。全自動(dòng)焊接坡口采用復(fù)合U 型坡口。管端加工前,應(yīng)檢查管端內(nèi)、外側(cè)的平整情況,保證管端150 mm 范圍內(nèi)的內(nèi)、外側(cè)至與母材平齊。采用專用坡口機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工,管端坡口的加工參數(shù)應(yīng)符合焊接工藝規(guī)程中接頭尺寸的要求。坡口加工完成之后經(jīng)自檢合格后填寫坡口加工記錄。
不等壁厚對(duì)焊管段采用過渡管或坡口過渡處理措施。一般采用內(nèi)削邊處理,內(nèi)坡口角度≤15°。壁厚差相鄰等級(jí)采用坡口過渡處理,壁厚差2 個(gè)等級(jí)時(shí)采用過渡管處理。
為了避免坡口銹蝕及污物腐蝕對(duì)焊接質(zhì)量的影響,所加工的坡口宜在24 h 內(nèi)使用完成,如當(dāng)天不能使用的應(yīng)采用保鮮膜進(jìn)行包裹。
(2)管口組對(duì)。管口組對(duì)前,應(yīng)保證管內(nèi)的泥沙、冰雪、雜物等均以清理至干凈。鋼管內(nèi)外表面坡口及兩側(cè)150 mm 范圍內(nèi)無起鱗、磨損、鐵銹、渣垢、油脂、油漆等影響焊接質(zhì)量的其他有害物質(zhì)存在,應(yīng)采用機(jī)械法在坡口及兩側(cè)25 mm 范圍內(nèi)清理至金屬光澤。
兩相鄰管的鋼管焊縫(直焊縫、螺旋焊縫) 在對(duì)口處應(yīng)相互錯(cuò)開不應(yīng)小于100 mm 的距離。直縫管制管焊縫宜在位于鋼管周長(zhǎng)的上半部。管道焊縫的錯(cuò)邊量不大于2.0 mm,宜均勻分布在鋼管圓周,并滿足其焊接工藝規(guī)程的要求。
為了保證焊工操作和安全,采用溝上焊接作業(yè)時(shí),空間高度應(yīng)大于500 mm;采用溝下焊接時(shí)應(yīng)配置焊接防塌棚及安全通道。對(duì)每道焊口的組對(duì)情況進(jìn)行檢查并記錄。
(3)焊前預(yù)熱。X60 以上級(jí)別鋼制管道施焊前管口需對(duì)焊縫兩側(cè)進(jìn)行預(yù)熱,其預(yù)熱溫度控制在80~150 ℃左右;若返修時(shí)預(yù)熱溫度一般為90~150 ℃。冬季預(yù)熱宜采用纏繞式中頻加熱設(shè)備以保證管口處均勻加熱,其溫度一般為100~150 ℃。預(yù)熱后應(yīng)及時(shí)清除鋼管表面污垢。為了保證預(yù)熱溫度均勻,采用紅外線測(cè)溫儀、接觸式測(cè)溫儀或測(cè)溫筆在距焊縫25 mm處的圓周均勻測(cè)量溫度。
(4) 軌道安裝。軌道安裝時(shí),應(yīng)控制好軌道邊緣與管端之間的距離、軌道的松緊程度,軌道與管道的同心度和管口的平行度。安裝過程中應(yīng)采用軌道尺或者特殊加工的軌道定位器來定位軌道位置。軌道安裝后,對(duì)軌道兩側(cè)至少測(cè)量4 個(gè)點(diǎn)的位置的安裝尺寸進(jìn)行檢查方可安裝焊機(jī)機(jī)頭,其安裝尺寸應(yīng)滿足:軌道與管表面的距離差不大于2 mm;軌道與管口端面的間距140 mm。
(5) 內(nèi)焊機(jī)根焊。管道自動(dòng)內(nèi)焊機(jī)(A-800 系列)系統(tǒng)由電動(dòng)、氣動(dòng)和機(jī)械模塊組成,其功能是組對(duì)及焊接(從管道內(nèi)部對(duì)根部進(jìn)行施焊)。內(nèi)焊機(jī)施焊前應(yīng)根據(jù)焊接工藝規(guī)程中的送絲速度、焊接速度等參數(shù)錄入其控制系統(tǒng),焊接過程中則不需要進(jìn)行修改[1]。
內(nèi)焊機(jī)必須在完成焊道全周長(zhǎng)的根焊后方可撤離,應(yīng)力較集中時(shí)需熱焊完成后方可撤離。
根焊完成后,應(yīng)進(jìn)行外觀檢查,外觀合格后進(jìn)行熱焊作業(yè),不合格應(yīng)采用內(nèi)補(bǔ)焊進(jìn)行補(bǔ)焊。采用自動(dòng)焊內(nèi)焊機(jī)焊接根焊道,對(duì)管道兩端采取防風(fēng)措施,即在管道焊接起始管的管端安裝不易脫落的臨時(shí)盲板,在正在焊接的管端罩上用防雨布或帆布制作的防風(fēng)罩,并用捆扎帶固定。根焊完成后的鋼管在放置到管墩上的過程中,鋼管不應(yīng)受到振動(dòng)和沖擊。
(6)全自動(dòng)單焊炬熱焊。為了保證鈍邊的融合,增加熔深,采取增大電流、增加大送絲速度,焊接速度較填充蓋面快,必須單焊炬焊接。管道自動(dòng)焊熱焊設(shè)備為雙焊炬自動(dòng)外焊設(shè)備熱焊施焊前應(yīng)根據(jù)焊接工藝規(guī)程中相應(yīng)焊接參數(shù)錄入到控制系統(tǒng)中,例如:電流、電壓、焊接速度、送絲速度、擺動(dòng)寬度、頻率、左右停留時(shí)間等。
外焊機(jī)固定在焊接軌道上,根據(jù)規(guī)程適當(dāng)調(diào)節(jié)外焊機(jī),即可進(jìn)行熱焊道的焊接。熱焊道的起弧、收弧接頭應(yīng)保證與其根焊道的接頭處錯(cuò)開30 mm 以上。熱焊完成后對(duì)起、收弧接頭處進(jìn)行打磨,打磨時(shí)應(yīng)注意不要碰到坡口。采用電動(dòng)鋼絲刷對(duì)層間氧化層進(jìn)行清理,同時(shí)對(duì)整個(gè)焊道進(jìn)行檢查,確定合格后進(jìn)入下道工序。
(7)全自動(dòng)雙焊炬填充蓋面。熱焊焊道外觀合格后,即可用進(jìn)行填充、蓋面焊接。填充、蓋面施焊前應(yīng)根據(jù)焊接工藝規(guī)程中相應(yīng)焊接參數(shù)錄入到控制系統(tǒng)中。同時(shí)應(yīng)確定填充焊道的層數(shù)和道數(shù),填充焊道每層厚度大約2~3 mm。填充、蓋面焊接過程中,各層接頭位置應(yīng)錯(cuò)開30 mm 以上。其中為了保證蓋面焊道的外觀成形,最后一層填充焊道應(yīng)控制在距離管表面1~2 mm 左右處。填充、蓋面焊接過程中,各層間應(yīng)采用電動(dòng)鋼刷對(duì)氧化層進(jìn)行清理,同時(shí)并用砂輪機(jī)打磨焊道表面的熔渣、密集氣孔、引弧點(diǎn)或接頭高凸處及坡口邊緣的飛濺,以避免未熔合缺陷的產(chǎn)生。采用雙焊炬焊機(jī)焊接,除最后一遍填充焊外,所有填充焊需要啟動(dòng)電弧水平和垂直跟蹤功能。接頭打磨時(shí)要圓滑過渡且不能傷及坡口。最后一遍填充則根據(jù)情況及時(shí)調(diào)節(jié)焊接參數(shù)確保蓋面焊接工序的正常進(jìn)行。蓋面焊接過程前,應(yīng)對(duì)其填充焊道進(jìn)行檢查,如有填充不飽滿的地方需要補(bǔ)焊、填充太滿的地方則適當(dāng)打磨。蓋面焊道的寬度應(yīng)滿足每側(cè)比坡口增寬1~2 mm。運(yùn)用雙焊炬焊機(jī)蓋面焊時(shí)采用排焊,蓋面成型美觀,寬度均勻,“6 點(diǎn)”處焊道的余高容易超標(biāo)的現(xiàn)象,應(yīng)根據(jù)情況及時(shí)調(diào)節(jié)參數(shù)。填充、蓋面焊接完成后,采用電動(dòng)鋼刷及時(shí)清理飛濺,然后進(jìn)行焊道外觀檢查。
每道焊口宜當(dāng)日完成。若當(dāng)日不能完成的焊口其焊接厚度應(yīng)滿足50%鋼管壁厚,且不少于3 層焊道,并置于在防風(fēng)棚內(nèi)。未完成的焊口應(yīng)采用防潮、隔熱的材料進(jìn)行包裹。次日焊接前,應(yīng)按照焊接工藝規(guī)程要求預(yù)熱至層(道)間溫度的最低值。
(8)表面清理及外觀檢查。蓋面焊完成后,應(yīng)使用電動(dòng)鋼絲輪等工具對(duì)焊接表面焊渣及飛濺等附著物進(jìn)行清理,清理完成后進(jìn)行焊工自檢以確保焊縫外觀質(zhì)量。焊縫表面不得有裂紋、氣孔和焊瘤等外觀缺陷。按照項(xiàng)目要求填寫相應(yīng)的記錄表格并做好焊口標(biāo)識(shí)。
(9)軌道拆除。焊工自檢及質(zhì)檢員外觀檢查合格后,方可拆除其軌道。
為最大程度發(fā)揮全自動(dòng)焊接效率,應(yīng)根據(jù)工程線路特點(diǎn)和以往全自動(dòng)焊工程施工經(jīng)驗(yàn),制定組織、人員、設(shè)備等方面連續(xù)施工保證措施。
加強(qiáng)征地協(xié)調(diào),保證有連續(xù)施工的作業(yè)面,避免造成停工轉(zhuǎn)場(chǎng)。優(yōu)化焊接機(jī)組各崗位人員,提升專業(yè)技能水平,確保每個(gè)焊接機(jī)組整體技術(shù)水平,減少因個(gè)別人員造成焊接工效降低。配備專業(yè)的設(shè)備維保人員,避免設(shè)備故障原因造成停工。在有條件的情況下采用單槍組合自動(dòng)焊配合主線路全自動(dòng)焊焊接,避免后期轉(zhuǎn)場(chǎng)和連頭工作。為了保證焊接機(jī)組有足夠的施工作業(yè)面應(yīng)提前優(yōu)化施工段,并進(jìn)行劃分,減少機(jī)組轉(zhuǎn)場(chǎng)次數(shù)。加強(qiáng)管材出庫(kù)與現(xiàn)場(chǎng)布管的級(jí)配管理,避免錯(cuò)邊超標(biāo),提高管口組對(duì)效率。
開工前期準(zhǔn)備充足的設(shè)備配件,確保施工過程備件充足。加強(qiáng)維護(hù),定人定機(jī)。焊工每天檢查焊機(jī)狀況,及時(shí)保養(yǎng)做好設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)記錄。加大檢查力度,對(duì)全自動(dòng)焊接設(shè)備完好情況和設(shè)備性能定期進(jìn)行檢查,對(duì)焊接質(zhì)量不穩(wěn)定的焊接設(shè)備及時(shí)查找原因并進(jìn)行維修。
全自動(dòng)焊接適用于DN500~DN1400 等多種管徑的平原和坡地地帶長(zhǎng)輸管道線路自動(dòng)焊接施工。內(nèi)焊機(jī)系統(tǒng)最大可適應(yīng)≤12°的坡度地形,針對(duì)地勢(shì)起伏超過12°的山區(qū)丘陵地帶,可提前根據(jù)施工環(huán)境、鋼管內(nèi)壁厚度變化的次數(shù)、施工地點(diǎn)等影響全自動(dòng)焊接工效的因素,通過冷代熱和改線等優(yōu)化措施減少連頭斷點(diǎn),提高一次通過性,使全自動(dòng)焊接連續(xù)作業(yè)面更長(zhǎng)[2]。
(1)河溝、干渠等穿越措施。對(duì)小型河溝、干渠、山丘等進(jìn)行降坡處理,管道盡可能采用降坡取直、增加冷管以及彈性敷設(shè)與降坡相結(jié)合的方式進(jìn)行縱向轉(zhuǎn)向;對(duì)于小型溝渠、排水管溝、河流,采取埋設(shè)涵管便橋的方式,確保涵管便橋修筑方式或者預(yù)制簡(jiǎn)易浮筒方式通過;對(duì)中型長(zhǎng)度、無通航的河流,采取多組浮筒組成臨時(shí)浮橋;對(duì)于大型河流,可通過辦理航道通行的河流采取浮船載運(yùn)的措施。
(2)道路穿越措施。一般縣級(jí)以下道路,若車流量較小,可采取大開挖的方式通過,施工前先封閉道路,待管道焊接后彈敷穿越道路后,在其上方敷設(shè)干土和厚鋼板,施工完成后,再恢復(fù)道路通行。若道路車流量大,在施工前,先修筑一條臨時(shí)繞行道路,用于車輛通行,待道路穿越施工完成后,再恢復(fù)道路。在管道能夠采用大開挖穿越的三、四級(jí)公路時(shí)與設(shè)計(jì)溝通采用蓋板涵來代替套管。開挖加蓋板涵穿越方式縮短了施工時(shí)間,減少對(duì)交通的影響,同時(shí)也避免了穿越段留頭。
采用開挖方式穿越機(jī)耕道,應(yīng)提前下臥預(yù)埋的敷設(shè)方式,即管道在穿越機(jī)耕道時(shí),提前開挖引溝(深度較淺,一般為2 m),將管道下臥埋設(shè)于路面下方,同時(shí)在管道上方鋪設(shè)鋼板等進(jìn)行保護(hù),快速回填至路面,不影響機(jī)耕道的正常通行。然后在公路段的兩側(cè)線路,挖一個(gè)臨時(shí)管溝,深度從2 m 逐漸過渡到地表,讓管道以縱向彈敷的方式敷設(shè)。待焊接完畢后,進(jìn)行沉管作業(yè),直至管溝深度達(dá)到設(shè)計(jì)埋深要求。
(3)地下障礙物穿越措施。對(duì)于地下灌溉水管線(PVC 等塑料水管線)的障礙物,測(cè)量時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)工作,征地賠償針對(duì)性告知情況進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)間,焊接時(shí)連續(xù)進(jìn)行。
對(duì)于鑄鐵水管線,敷設(shè)在地上的管線,征地時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償,管理單位配合進(jìn)行更換檢修工作,施工時(shí)更換為軟性連接管進(jìn)行連接,焊接管線置于水管線下方,設(shè)備通過時(shí)采用鋪設(shè)鋼板、墊土袋的方式確保設(shè)備通過時(shí)管線無影響,回填后,恢復(fù)原輸水方式。對(duì)于敷設(shè)在地下的鑄鐵水管線,征地時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償,焊接直接焊接,管道下溝時(shí),管線管理單位關(guān)閉閥門切管。
對(duì)于國(guó)防光纜、通信光纜、地下電纜、地下管道等地下障礙物,由于在運(yùn)營(yíng),無法切斷施工,嚴(yán)格控制預(yù)留的長(zhǎng)度,穿越處設(shè)置在管線的中間,若偏離單根管線中間較多時(shí),地形較好、穿越地下障礙物更方便的一側(cè)進(jìn)行二接一預(yù)制,作為非全自動(dòng)焊口施工。
加強(qiáng)焊工責(zé)任心教育,嚴(yán)格三檢制,細(xì)化工序管理。加大焊工重新進(jìn)行焊接工藝規(guī)程的詳細(xì)交底。焊接時(shí),要求焊工掌握好焊絲擺動(dòng)角度,在坡口部位適當(dāng)停留,保證焊滴與坡口完全熔合??刂茖娱g溫度,尤其是停焊后再焊時(shí),重新預(yù)熱到規(guī)定溫度,滿足焊接工藝規(guī)程要求。焊接過程中,注意觀察熔池金屬的異常情況,發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)打磨處理。做好坡口清理,完全清除坡口表面及附近區(qū)域的污物、銹蝕及表面缺陷等,露出金屬光澤??刂坪秒娏?、電壓、焊接速度等焊接參數(shù)[3]。
長(zhǎng)輸管道自動(dòng)焊連續(xù)施工技術(shù)在一些重點(diǎn)項(xiàng)目中得到成功應(yīng)用,取得了一定成效。自動(dòng)焊連續(xù)施工技術(shù)需要不斷總結(jié)提升,施工單位要持續(xù)加強(qiáng)總體統(tǒng)籌,優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)策劃,提升自動(dòng)焊技術(shù)和工藝應(yīng)用水平,實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目主動(dòng)快速高效推進(jìn),降低施工成本,努力提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。