大口径管道全自动焊接的现场应用

大口径管道全自动焊接的现场应用

娄全福

中国石油管道局工程有限公司第三工程分公司河南郑州451450

摘要：介绍了目前国内先进的全自动焊接设备和技术特点，提出了对设备配置的优化、对焊接机头的改进及改良焊接技术等创新性措施，极大节约了时间和经济成本。详细阐述了大口径天然气管道全自动焊接在陕京四线的实际应用情况，所遇到的问题及其解决方法。

关键词：大口径管道；全自动焊接；应用

1、自动焊接控制系统

1.1、环缝焊接自动控制系统

环向焊缝焊接控制系统较纵向焊缝焊接控制系统复杂，由于焊接方式为全位置焊接，那么小车行走速度、送丝速度、焊枪摆幅、焊接参数是随焊接位置变化而变化的。环向焊缝焊接控制系统同理也是利用单片机编程技术进行控制。利用行程跟踪及反馈器进行焊接位置的识别，区分平焊、立焊、仰焊位置，进而协调焊接参数随位置不同而变化。利用激光视觉跟踪传感器进行焊道形状及位置的识别，保证焊接位置正确性。利用焊枪摆幅跟踪控制器控制焊枪摆幅的距离，进而保证两个焊道宽度一致并且相重合。为了提高焊接速度和降低焊缝冷却速度，可采用药芯焊丝下向多层多道焊接工艺。环向焊缝控制系统可同时控制两个焊接小车，使其在不同位置进行同时焊接，相邻焊道接头利用小车行走行程不同而相错开不少于100mm的距离。

1.2、焊接设备执行机构

自动焊接执行机构主要由焊接电源、电源适配器、小车行走机构、送丝机构、焊枪摆幅机构和遥控器构成。焊接电源主要用直流电源微调平特性的弧焊电源，电源适配器主要是为送丝机、焊接小车提供动力。焊接小车行走机构主要包括小车轨道、夹具、小车伺服电机、滚轮、机械传动部分和小车骨架构成，纵向焊缝焊接小车轨道为直线型磁性轨道，直接利用永磁力吸附在磁性钢制套筒上，而环向焊缝小车是柔性卡式轨道，利用机械力缠绕在管道上来支撑小车沿轨道行走。送丝机构包括焊丝箱体、焊丝传动机构、焊丝导管、电压及送丝速度调节机构。焊枪摆幅机构主要由伺服电机传动机构、焊枪、导电嘴、横向摆幅传动机构和上下高度调节机构构成。遥控器主要用于起弧、一键停止、调节焊接参数的作用。

2、主要技术特点和创新点

公司第四施工部全自动焊接机组属于新设备新工艺，焊接设备科技含量较高，并在全自动焊接设备配置中率先用国产熊谷内焊机及DPS－500焊接电源取代了美国技术垄断的CＲC全自动内焊机及米勒456焊机。从设备本身价格到设备各类零配件都大大节约了设备成本，而且国内的售后和技术服务能够及时到位，节约了时间成本。技术开发培训中心自制焊接机头曲率定位快，将国外的Ф1420设备改装为Ф1219甚至Ф813设备，以后会逐步改造成适应各种管径的设备。采用国产熊谷送丝枪管，在长度上有更多选择，价格更加合理。在焊接过程中解决了根焊内壁未熔、钝边未焊透、填一侧壁未熔问题。前期施工过程中AUT检测结果均在靠近内壁部分有未熔缺陷，根焊内壁未熔是根焊焊道熔合不好造成的，改换成CRC根焊焊丝后该问题得以解决。通过压短内焊机干身长，降低热焊电压，加大熔深解决钝边未焊透问题。填一侧壁未熔的解决是通过加快填一行走速度，减薄填一层厚度，适量调节摆宽。

自动焊是指通过利用机械使焊接工作实现操作上的自动化，天然气管道施工的工作量通常都是十分巨大的，自动焊接技术的使用，能够在施工效率、焊接质量等方面得到极大的提升，而且由于在施工过程中受外界的影响非常小，非常适用于管壁比较厚、口径尺寸比较大的焊接工作。其缺点也十分的明显，自动焊接设备的维护和保养费用很高，在一定程度上制约了自动焊技术的推广和应用。自动焊接技术通常分为药芯焊丝自动焊接、实芯焊丝气体保护焊接和电阻闪光对焊三种。药芯自动焊接技术中，最核心的技术就是药芯的材质，其主要由钛合金、矿物质和透气剂组成，药芯自动焊接的成本比较低，焊接速度快，是自动焊接技术中应用程度非常广泛的焊接技术。

3、管道建设施工应用情况

3.1、机组人员配置人员

配置：班长1名，管工2名，起重工2名，车工852名，电焊工18名，操作手8名，电工1名，维修工1名，技术员2名。机组设备配置：挖机1台，40T吊管机1台，70T吊管机1台，移动电站7台，熊谷内焊机1台，CＲCP260单枪焊机2套，CＲCP625双枪焊机5套（其中1套存在故障无法使用）。

3.2、遇到的困难及解决办法

第一，设备配置不足且故障率较高，全自动焊机配件未到。机组上线前，已经上报全自动焊机设备配置需求计划，但是机组CＲCP625设备到场仅有5套，无备用设备，从施工开始，就有一套设备存在故障一直停用。全自动设备配件一直未到，现场设备出现故障后无法进行配件更换维修，且上线后，仅有3根焊接轨道可用。CＲCP260设备申请一套，但是由于领用的CＲCP260设备属于老旧设备，长期未用，存在严重故障。解决办法：对于CＲCP625设备，以故障设备为备用设备，保全其他4套CＲCP625设备；对于CＲCP260设备，领用2套陈旧设备，现场进行调试拼凑，拼凑成1套可用设备（但这一套设备跟踪功能不正常，可焊接，但质量不稳定）；对于焊接轨道，经过领导协调解决，陆续到场6根轨道，达到9根可用。第二，根焊焊丝和填充、盖面焊焊丝存在的问题，影响施工进度。根焊焊丝盘（伯乐SG3－PΦ0.9mm1.5kg/盘）内孔孔径不标准，不能安装至内焊机，且焊接飞溅大，影响根焊合格率。奥林康焊丝（奥林康CARB0PIPE80NIΦ1.0mm15kg/盘）存在包装检漏、易破损，且未进行抽真空包装，焊丝镀铜不均匀，到场焊丝生锈情况严重，使用过程中浪费较大，且影响焊接质量。到场的138盘焊丝中，有39盘焊丝缠绕不规则，无法正常焊接。焊接性能较差，飞溅较大，采用进场前培训时所用的焊接参数，无法保证焊口合格率低。如图1所示。

图1奥林康焊丝存在的问题

解决办法：对于根焊焊丝，经过公司领导协调，从中靖线调拨CＲC根焊焊丝306kg，目前根焊合格率稳定；对于填充、盖面焊的奥林康焊丝，经过现场参数的重新调整和测试（经历了近20d的调试），目前合格率较稳定。

综上所述，随着天然气在生产生活中的需求量越来越大，天然气管道的建设速度随之加快，由于天然气的运输存在着易燃、易爆、传输管道的内部压强大等特点，对天然气管道施工质量也提出了更高的要求。在天然气管道施工中，焊接工艺的管理和技术水平，直接影响着天然气管道的传输质量，应该受到所有施工单位的重视。

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