■ 任國強(qiáng)，張先龍，郭建明

1.概述

管道全位置自動焊是一種借助于機(jī)械、電氣等方法，使整個焊接過程實現(xiàn)自動化、程序化的焊接施工技術(shù)，具有效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、焊縫成形美觀、勞動強(qiáng)度低、焊接速度快、焊接過程受人為因素影響小等優(yōu)點，在歐美發(fā)達(dá)國家得到了廣泛的應(yīng)用。而在我國各類石油化工管道工程中，管道全位置自動焊應(yīng)用的比例相對較低，隨著大口徑、厚壁鋼、高鋼級長輸管道的大量建設(shè)，管道全位置自動焊已逐漸成為我國管道施工的主要焊接方法。

本文針對目前國內(nèi)施工的長輸管道典型管徑采用的管道全自動焊工藝及設(shè)備進(jìn)行性價比分析，形成不同管徑和材質(zhì)的管道采用最優(yōu)的管道全自動焊工藝匹配。

2.管道全位置自動焊工藝使用情況

自2 0 1 6年開始，中俄原油管道二線、陜京四線、中靖聯(lián)絡(luò)線和中俄天然氣東線的開工建設(shè)，除中俄天然氣東線（φ1422mm）正在建設(shè)中，其余三條長輸管道已全部施工完畢。已建設(shè)完畢的三條長輸管道自動焊施工及工藝情況如表1和表2所示。

表1 管道全位置自動焊施工匯總

表2 管道全位置自動焊焊接工藝匯總

從表1可以看出，管道全位置自動焊綜合使用比例達(dá)到50%以上，根據(jù)目前長輸管道焊接工程對管道全位置自動焊的使用要求，不僅可在主線路施工中進(jìn)行應(yīng)用，同時也可在支線管道進(jìn)行大面積推廣應(yīng)用。

3.管道全位置自動焊工藝特點

根據(jù)表2中各工程采用的管道全位置自動焊工藝，目前采用的工藝按照根焊方式分為兩大類，一是內(nèi)焊式根焊，二是外焊式根焊，其中外焊式根焊分為自動和半自動焊兩種。填充蓋面時采用單焊炬或雙焊炬焊接。本文僅對根焊方式的區(qū)別進(jìn)行對比分析，結(jié)合填充蓋面時采用的工藝進(jìn)行性價比對比。

（1）內(nèi)焊式根焊 內(nèi)焊式根焊采用內(nèi)焊機(jī)進(jìn)行管內(nèi)部根焊，根據(jù)管徑不同，內(nèi)焊機(jī)的焊炬數(shù)量存在不同，其中φ813mm內(nèi)焊機(jī)為4焊炬和6焊炬兩種，圖1為4焊炬內(nèi)焊機(jī)，圖2為6焊炬內(nèi)焊機(jī)。φ1219mm和φ1422mm內(nèi)焊機(jī)為8焊炬（見圖3）。內(nèi)焊機(jī)具有以下優(yōu)缺點。優(yōu)點：①焊接效率高，完成根焊純焊接時間為1.5～2.0min。②操作簡單，對焊接操作人員要求不高。③成形美觀，焊接一次合格率高，不受人為因素干擾。④對口間隙要求0.5mm以內(nèi)，對口效率相對較高。⑤坡口角度小，焊材使用量少。缺點：①適用范圍小，僅適用于單一管徑的管材焊接。②設(shè)備一次投入高。③設(shè)備復(fù)雜，維修及保養(yǎng)難度及成本高。④需配套坡口機(jī)進(jìn)行坡口加工，增加了施工工序，同時對坡口質(zhì)量要求較高。

圖1 φ813mm4焊炬內(nèi)焊機(jī)

圖2 φ813mm6焊炬內(nèi)焊機(jī)

圖3 φ1219mm8焊炬內(nèi)焊機(jī)

（2）外焊式根焊 自動式外焊式根焊是采用單焊炬自動焊接小車在管外部進(jìn)行根部焊縫焊接，填充蓋面采用單焊炬實芯向下焊接或雙焊炬實芯向下焊接，典型設(shè)備如圖4、圖5所示。

圖4 PWT單焊炬

圖5 熊谷A-300X單焊炬

優(yōu)缺點如下所述：

優(yōu)點：①適用范圍大，可適用于管徑≥508mm以上管道的根焊焊接。②設(shè)備投資較內(nèi)焊機(jī)相比，節(jié)省投資約50%以上，同時根焊設(shè)備可作為熱焊、填蓋設(shè)備使用，進(jìn)一步降低設(shè)備投資。③根焊成形美觀。④對口間隙要求0.5mm以內(nèi)，對口效率相對較高。缺點：①焊接操作較內(nèi)焊機(jī)復(fù)雜，操作人員需具備一定焊接基礎(chǔ)，并經(jīng)過近一個月的培訓(xùn)方可熟練掌握設(shè)備的焊接。②焊接效率為內(nèi)焊機(jī)的70%左右，以焊接φ813mm管徑為例，根焊純焊接時間約為4～5min。③設(shè)備復(fù)雜，維修及保養(yǎng)難度及成本高。④需配套坡口機(jī)進(jìn)行坡口加工，增加了施工工序，同時對坡口質(zhì)量要求較高。⑤焊接一次合格率相比較低。

半自動外焊式根焊是采用RMD或STT在管外部進(jìn)行根部焊縫焊接，是長輸管道目前最常用的根焊焊接方式，填充蓋面采用藥芯氣保向上焊接，是中俄原油管道二線中X65管線鋼焊接合格率最高的管道全位置自動焊工藝，優(yōu)缺點如下所述。

優(yōu)點：①適用范圍大，可適用于任意管徑的長輸管道的根焊焊接。②與自動焊根焊相比大大降低設(shè)備一次性投資。③可用管道原始坡口進(jìn)行焊接，減少坡口加工工藝和工序，大大降低了施工成本。④外焊可采用藥芯氣保向上焊工藝，設(shè)備操作簡單、價格低廉，焊接一次合格率高。缺點：①根焊為半自動焊，焊接效率較其他根焊方式低50%以上。②操作人員需具備較好的焊接技術(shù)，并經(jīng)過不少于一個月的培訓(xùn)方可熟練掌握工藝操作。③內(nèi)部成形不如其他工藝美觀，但滿足施工技術(shù)要求。

表3 工藝對比結(jié)果分析

對以上三種根焊方式的優(yōu)缺點進(jìn)行總結(jié)對比，結(jié)果如表3所示。

4.結(jié)語

根據(jù)對內(nèi)焊機(jī)根焊、自動式外焊式根焊和半自動外焊式根焊三種管道全位置自動焊工藝的優(yōu)缺點進(jìn)行總結(jié)對比分析，結(jié)合采用管道全位置自動焊工藝的長輸管道施工情況，綜合性價比、操作性及焊接效率等要素進(jìn)行工藝對比分析，結(jié)果表明，半自動外焊式根焊綜合性價比最高，依次為自動式外焊式根焊和內(nèi)焊機(jī)根焊。但由于自動式外焊式根焊焊接一次合格率較低，在長輸管道施工中應(yīng)用較少，故長輸管道全位置自動焊施工中可針對不同材質(zhì)、管徑按照以下建議進(jìn)行選擇。

（1）對于管徑＞813mm，材質(zhì)為X70及更高鋼級管線鋼的主線路焊接，因管徑大且壁厚，可優(yōu)先采用內(nèi)焊機(jī)根焊，單槍或雙槍實芯氣保焊絲向下自動焊。

（2）對于管徑≤813mm，材質(zhì)為X65及低鋼級管線鋼的主線路焊接，可優(yōu)先采用半自動外焊式根焊，單槍藥芯氣保焊向上自動焊。