天然氣處理廠工藝管道焊接手工焊與半自動焊接的效率與質(zhì)量對比分析

石 昕，吳立斌，楊 燕

(川慶鉆探工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610051)

0 前言

天然氣工業(yè)中每年有大量的天然氣處理場站需要建設(shè)，其中80%工作量是工藝管道焊接。天然氣場站屬于高壓、有毒、易燃易爆、裝置密集與人員密集場所，對質(zhì)量有更高的要求。選擇合適的焊接方法和工藝是影響焊接質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素，既有利于提高焊接質(zhì)量，又能夠節(jié)約大量的成本。

針對目前國內(nèi)主要的氬電聯(lián)焊與金屬粉芯根焊+半自動自保護(hù)焊填蓋、全金屬粉芯焊接進(jìn)行了焊接效率與質(zhì)量對比測試試驗。

1 焊接效率測試

1.1 測試使用設(shè)備

采用北京時代科技 WS－400、MPS－500、PipePro 450、PipePro300四種焊接設(shè)備。

1.2 焊接方法

采用三種焊接方法:WS－400進(jìn)行氬弧焊根焊+焊條電弧焊填蓋(GTAW+SMAW，上向焊)，美國米勒PipePro450/300進(jìn)行可調(diào)金屬過渡根焊(RMD，下向焊)+熊谷MPS500自保護(hù)填蓋(RMD+FCAW－S，下向焊);PipePro 450/300進(jìn)行可調(diào)金屬過渡根焊+精確脈沖氣體保護(hù)焊填蓋(RMD打底+GMAW－P填充蓋面，下向焊;DN200及以下采用上向焊填蓋，DN300及以上采用下向焊填蓋)。焊接坡口采用標(biāo)準(zhǔn)API1104坡口形式，如圖1所示。

圖1 焊接坡口

1.3 測試管徑

測試管徑為 φ133 mm×10 mm、φ219 mm×8.74 mm、φ325 mm ×7 mm、φ610 mm ×10 mm，材質(zhì)為L360，焊接標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB41039(等效API1104)，每種管徑都進(jìn)行上述三種工藝的焊接，分別記錄了焊接時間和焊接輔助時間。

2 焊接工藝

2.1 氬弧焊根焊+焊條電弧焊填蓋(GTAW+SMAW)工藝

試件形式為管對接，焊接位置為水平固定，焊機(jī)型號WS－400，焊接方法為GTAW+SMAW，焊接方向為上向焊，坡口角度為單邊30°，鈍邊0.5～1 mm，間隙1.5～2.5 mm，保護(hù)氣體為N2+Ar;室內(nèi)施焊。GTAW根焊+SMAW填蓋焊接工藝如表1所示。

2.2 RMD金屬粉芯氣體保護(hù)焊根焊+藥芯自保護(hù)半自動焊填充蓋面(RMD+FCAWS)工藝

試件形式為管對接，焊接位置為水平固定，焊機(jī)型號Miller Pipepro300+MPS－500，焊接方法為RMD+FCAW－S，焊接方向為下向焊，坡口角度為單邊30°，鈍邊0.5 ～1 mm，間隙 1.5 ～2.5 mm，保護(hù)氣體為CO2+Ar，室內(nèi)施焊。RMD根焊+FCAW－S填焊焊接工藝如表2所示。

對于RMD根焊，焊接電弧時間可達(dá)97%，焊接熔敷效率可達(dá)99%，除了焊接接頭修磨，其余基本不需要做任何處理，包括焊縫表面處理;對于自保護(hù)焊填充蓋面，焊接電弧時間可達(dá)85%，焊接輔助時間主要是焊接接頭修磨、清渣，其中熱焊道由于空間狹小，導(dǎo)致熔渣粘附力緊密，焊接電弧時間只有63%;對于蓋面，由于清渣很容易，但6點鐘位置需要對余高超標(biāo)焊縫進(jìn)行修磨，焊接電弧時間可達(dá)90%以上，焊接熔敷效率可達(dá)85%以上。

2.3 金屬粉芯氣體保護(hù)焊根焊(RMD)+金屬粉芯氣體保護(hù)焊填充和蓋面(GMAW－P)工藝

試件形式為管對接，焊接位置為水平固定，焊機(jī)型號Miller 300，焊接方法為GMAW，焊接方向為:根焊下向焊，填蓋φ219 mm及以下上向焊，φ325 mm及以上下向焊;坡口角度為單邊30°，鈍邊0.5 ～1 mm，間隙1.5 ～2.5 mm，保護(hù)氣體為CO2+Ar，室內(nèi)施焊。金屬粉芯RMD根焊+金屬粉芯GMAW－P填蓋焊接工藝如表3所示。

表1 GTAW根焊+SMAW填蓋焊接工藝

表2 RMD根焊+FCAW－S填蓋焊接工藝與效率

表3 金屬粉芯RMD根焊+金屬粉芯GMAW－P填蓋焊接工藝

所有焊縫表面成形良好，層間無渣，所需焊接輔助時間只需要進(jìn)行焊接接頭修磨，焊接時間焊接電弧時間可達(dá)98%以上，并且焊接熔敷效率可達(dá)99%以上，具有很高的焊接經(jīng)濟(jì)性。焊接耗時統(tǒng)計見表4。

表4 焊接耗時統(tǒng)計 h/(口·人)

3 焊接效率統(tǒng)計對比

總用時比較分析(單位:h/(口·人))如表5所示。

表5 焊接效率對比

4 焊接質(zhì)量

4.1 焊縫耐蝕性與止裂性

對于氬弧焊根焊+低氫焊條焊條電弧焊填蓋(GTAW+SMAW)，焊縫止裂性良好，擴(kuò)散氫小于等于5 ml，－10℃ CTOD平均大于0.53 mm;對于采用金屬粉芯RMD根焊+自保護(hù)半自動填蓋(RMD根焊+GMAW填蓋)，焊縫止裂性一般，－10℃ CTOD平均在0.30～0.35 mm，擴(kuò)散氫為10～12 ml，造成冷裂敏感性較大，且由于晶粒粗大，不適合耐蝕性管道焊接;對于金屬粉芯RMD根焊+精確脈沖填蓋(RMD根焊+GMAW－P填蓋)擴(kuò)散氫小于等于3 ml，－10℃ CTOD均需大于等于0.7 mm，具有良好的止裂性。

4.2 無損檢測統(tǒng)計

對于三種焊接方法分別進(jìn)行300道焊口現(xiàn)場VT、X－RaysRT檢測(檢測標(biāo)準(zhǔn) GB4730)，結(jié)果如表6所示。

表6 無損檢測統(tǒng)計 %

4.3 無損檢測質(zhì)量分析

三種焊接方法焊接缺陷分析。

表7 三種焊接方法的主要焊接缺陷分析

5 結(jié)論

(1)RMD+GMAW－P效率最高，比傳統(tǒng)方法效率高1～3倍，管徑越大，效率提高越明顯，對于DN600管道，可以提高焊接效率三倍以上，主要優(yōu)點為不需要清渣，焊接輔助時間少，焊縫性能優(yōu)良;RMD根焊+FCAW－S填充蓋面次之，但是抗裂性較差，不適合焊接耐蝕性要求管道;GTAW根焊+SMAW焊接工藝簡單，但是輔助時間長，且焊工難于掌握。

(2)焊接無損檢測質(zhì)量。通過現(xiàn)場300道焊口對比分析，采用GTAW根焊+SMAW填蓋工藝的焊縫外觀質(zhì)量較差，按照余高小于3 mm，基本都需要額外修磨，咬邊嚴(yán)重，射線探傷主要缺陷為氣孔與夾渣;而全金屬粉芯焊接，不僅焊縫機(jī)械性能優(yōu)良，而且無損檢測合格率最高，主要缺陷表現(xiàn)形式是氣孔，其次有輕微層間點狀未熔(標(biāo)準(zhǔn)合格)。

(3)通過對比可以發(fā)現(xiàn)，全金屬粉芯焊接對于天然氣場站建設(shè)具有很大優(yōu)勢，采用RMD根焊+GMAW－P填蓋工藝，對于有焊接基礎(chǔ)的焊工，相對于氬弧焊尤其容易掌握，并且根焊厚度是氬弧焊的兩倍，對于DN100的管道，可以提高焊接效率1倍以上，既保證質(zhì)量，又節(jié)約大量人工費用。