自动焊技术在石油化工管道施工中的应用

自动焊技术在石油化工管道施工中的应用

徐永兴

中石化第四建设有限公司  天津市滨海新区(大港)  300270

摘要：传统的焊接作业在开展的过程中存在很多不足，且流程十分繁琐，这也为石油化工管道项目的实施增加了很多不确定性，同时也很难保证最终的焊接效果。然而近两年随着自动焊技术的提升，通过将自动焊技术代替人工焊接的方式，是当下石油化工产业发展过程中需要重点探索的内容。

关键词：自动焊技术；石油化工管道；施工；应用

1常用自动焊技术种类

1.1自保护药芯焊丝自动焊技术在石油化工管道施工中的应用

在早期建设的石油化工长输管道工程中，普遍采取手工下向焊、实心焊丝气保护焊等技术开展管道焊接作业，这类技术存在应用局限性，操作流程繁琐，技术水平要求高，不易取得理想的焊接效果。例如，在应用实心焊丝气保护焊技术时，既需要使用大量保护气体，根据工程情况设定保护气配合比方案与控制气体纯度，同时，对施工现场环境条件有着严格要求，需要在环境风速不超过2m/s的条件下开展管道焊接作业，如果未满足这一要求，有可能在焊缝部位形成气孔。对此，应在现代石油化工长输管道工程推广普及自保护药芯焊丝自动焊技术，与手工下向焊等焊接技术相比，其有着抗风能力强、成型美观、工效高、操作简单和焊缝质量可控性强的优势，在管道焊接期间不易出现气孔、接头未熔合等质量缺陷，能将焊口一次合格率提高至95%及以上，这对管道焊接质量与作业效率的提高有积极影响。自保护药芯焊丝自动焊技术的原理如下：施工人员在药芯焊丝部位中添加适量造渣剂和造气剂，启动机械系统，控制焊接小车带动焊炬绕管口部位在焊缝中匀速填充焊丝，造渣剂和造气剂在高温条件下持续生成渣、气物质来保护熔池熔滴，直至完成焊接作业。由于机械系统采取齿轮传动方式，在焊接小车作业期间并不会出现明显抖动现象，以此保障焊口质量，使焊丝和坡口边缘保持良好熔合状态。

1.2双丝焊接技术在石油化工管道施工中的应用

双丝焊接技术的原理是使用焊枪内串列有两处焊丝，且这些焊丝能够同时进入同一个熔池的自动焊技术。与传统单丝焊接技术相比，这种双丝焊接技术提高了焊接的效率，弥补了单丝焊接容易因为焊接电流过大而出现中断的情况。同时，该焊接技术还采取时序的方式对2个脉冲电弧进行控制，借助信号转换设备将装置的控制信号由模拟信号转化为数字信号，并将数字信号发送至电源，实现对焊接过程的控制。

相较于传统焊接技术而言，双丝焊接技术具有熔敷效率高、焊接速度快、能量消耗低、焊缝质量好等优点。目前的石油化工管道施工中，主要使用双丝焊接技术中的埋弧焊焊接方法，该方法主要适用于对厚管的焊接，施工人员只需要根据焊接装备的使用要求进行操作，即可完成焊接作业。

2自动焊技术在石油化工管道施工中的应用

在石油化工管道的施工中，焊口通常有固定口和活动口，而目前我国的一些大的施工企业在工作中都是以手工焊、半自动焊为主。而半自动焊技术主要包括：STT表面张力过渡焊、RMD熔滴精度过渡技术、自保护药芯焊丝半自动焊技术。例如，在石油化工管道施工中经常是在野外露天工作的，在面对野外作业中的多种自然环境常常采用自保护药芯焊丝半自动焊技术，这种焊接技术利用焊丝药芯产生的气体对熔池进行保护，不需要外加保护气体，在野外作业中非常的实用，常常被用在焊缝的填充和盖面的施工中。目前，国内石油化工管道的施工正朝着大管径、高工作压力、远距离输送的方向发展。随着管道建设用钢强度等级的提高，管径和壁厚的增大，在管道施工中逐渐开始采用自动焊接技术。如西气东输一期工程全长4200km中大约有650km采用了自动焊。西气东输二线干线总长近5000km，由于钢的强度等级较高，管径和板厚较大，管道施工中主要的手段以自动焊半自动焊为主，以焊条电弧焊为辅，自动焊根焊主要采用STT半自动焊。在大部分大直径厚壁管道施工中，应用了全位置GMAW自动焊技术，这也代表了目前世界管道建设施工中的较高水平，标志着我国自动焊接技术进入到了一个新的台阶。

3自动焊技术在石油化工管道施工中的应用策略

3.1合理设置设备参数

自动焊技术是自动化设备安全提前设置的参数进行连续性的焊接作业。在实际的石油化工管道施工中，施工人员要注意科学、规范设置相应的参数。因为只有设置正确的参数，才能够对焊接质量进行有效的控制，进而使焊接的过程更为流程、结果更为准确。例如，在应用自保护药芯焊丝自动焊技术时，为保证焊接过程中焊缝两侧应力的基本对称，需要在确保两台焊接小车在空间上的相互独立，不会出现互相干扰的同时，控制好两台焊接小车在起弧时的时间差的最小化。

3.2建立石油化工管道视觉焊接系统

施工企业在石油化工长输管道工程中可选择建立配套的管道视觉焊接系统，系统由坡口与根焊道视觉检测设备、视觉清渣设备、自动视觉外焊机三部分组成。其中，坡口与根焊道视觉检测设备负责持续监视焊接作业情况与成果质量，包括实时测量坡口尺寸、获取根焊道轮廓图像、上传缺陷问题等，起到替代人工发现、反馈焊接质量问题的作用；视觉清渣设备负责实时监测管道清理情况，执行系统下发的控制指令来清理管道背部附着的灰尘污渍与残渣，尽可能保持管道在焊接期间的洁净状态，避免因焊渣未得到及时清理而出现氧化现象，同时，在舱内参数实时监测值超过预先设定的控制阈值后，视觉清渣设备将自动发送报警信号；自动视觉外焊机则采取激光视觉方法，基于程序运行准则，通过发送与接收激光束来获取管道焊缝部位特征信息，对比分析焊缝特征信息和预先导入的管道焊接方案，自动对焊接作业方案与工艺参数进行纠偏调整，实现对焊接质量缺陷的快速发现、实时解决，避免因参数设定不当而形成气孔、夹渣等质量通病，其本质上属于一种闭环控制系统，可以自动纠正工艺参数偏差。

3.3持续优化自动焊技术

由于管道路由、焊接工艺、装备体积等因素的限制，自动焊技术目前多应用于地势较为平坦的施工环境中，在复杂施工环境中的应用较少。而随着石油化工管道施工要求的不断提高，管道施工环境的复杂性、挑战性的增多，自动焊技术也需要进行相应的改造和升级，以更好地满足复杂条件下的管道焊接作业要求。

例如，考虑到双丝焊接技术在应用方面的优势，在复杂环境下施工时，可以尝试使用CAPS双焊枪双丝自动焊技术，解决因为施工环境温度过低而造成的一般性的双丝焊接技术无法有效使用的问题。同时，也要从可能影响管道焊接质量的搅拌针长度、接头部位属性、焊接厚度控制、接头强度增强等技术方面，寻求优化自动焊技术及设备的方法，以提升自动焊技术的优势，进一步提升管道焊接作业方面的能力，推动自动焊技术在石油化工管道施工中的应用。

结语：

以手工焊为主的作业模式已经暴露出了诸多问题，因此需进一步推进自动焊技术在该领域中的应用。自动焊技术既能够提高焊接效率，又能够在现有基础上提高焊接质量，新形势下，我们需要优化其技术细节，让自动焊技术能够在石油化工管道施工中发挥应有的作用。在此基础上，还需要根据实际工作需要推进新技术的研发工作，为管道焊接质量的提升打下坚实的技术基础。

参考文献：

[1]王博，李彦超，周寇寇.自动焊技术在石油化工管道施工中的应用与发展前景[J].中国石油和化工标准与质量，2021,41(19):175-176.

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[3]董原.自动焊技术在石油化工管道施工中的应用[J].化纤与纺织技术，2021,50(09):30-31.