全自動焊接實用工藝

1、管道全自動焊接工法天津大港油田集團工程建設(shè)有限責任公司近幾年，長輸管道市場明顯地向著高壓力、大口徑、厚壁厚的趨勢發(fā)展。目前中國石油行業(yè)大多數(shù)施工單位采用全自動焊接的方式從事長輸管道施工。目前中國石油行業(yè)各施工單位都在管道焊接裝備、施工能力等方面取得長足的進步，陸續(xù)裝備了自動焊接機組，進入了大口徑管道施工市場。近年來，成品油管線工程及各種天然氣支線工程建設(shè)累計將有數(shù)萬公里正在施工。在未來的幾年里，石油天然氣管輸管道工程施工市場容量巨大，給大港油田集團工程建設(shè)公司帶來了更大的商機，市場發(fā)展前景看好。通過近幾年的研究，從室內(nèi)試驗到現(xiàn)場實踐，進行了全自動焊接設(shè)備優(yōu)化配置及各項資源的優(yōu)化配置，合理調(diào)整了

2、工藝參數(shù)，并針對不同地形地貌制定了適宜性的施工方案和施工組織方式，目前已形成了一套行之有效的施工工法大口徑長輸管道全自動焊接工法，并在全公司范圍內(nèi)推廣應(yīng)用，達到了預(yù)期的研究效果，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。一、工法特點1全自動焊接采用藥心焊絲和氣體保護，可以獲得優(yōu)良的焊接質(zhì)量。該焊接工藝以其小電流、低電壓、細直徑實心焊絲、短路過渡為主要特點，下向焊時熔池體積小、可實現(xiàn)全焊接及抗銹低氫的內(nèi)在優(yōu)勢，特別適合于填充焊，蓋面焊時Ar氣體和CO2氣體的保護作用使其焊縫表面成型規(guī)則、飽滿，且與母材過渡圓滑。2全自動焊接合格率高，焊接參數(shù)調(diào)定之后，即可實現(xiàn)自動化作業(yè)，減少人為操作因素對焊接質(zhì)量的影響，提

3、高焊口一次合格率。3全自動焊接參數(shù)調(diào)定后能進行連續(xù)性作業(yè)，提高了生產(chǎn)效率，與其他焊接方法比較，減少了頻繁更換焊條、焊絲產(chǎn)生的材料浪費，降低施工成本。同時全自動化焊接作業(yè)也降低了工人的勞動強度，但對工人的自身素質(zhì)和操作能力有更高的要求。4全自動焊接工藝對管道組對坡口質(zhì)量和坡口型式要求嚴格，需要配套的坡口整形機等設(shè)備。5全自動焊接的保護氣體為Ar氣體和CO2氣體，因此與其他焊接方法比較，施工環(huán)境更為苛刻，現(xiàn)場施工時要求環(huán)境風速小于2m/s。二、適用范圍1本工法適用于管徑DN700以上、壁厚11mm以上的油氣長距離輸送管道水平固定對接的全位置下向焊焊接施工。2本工法需要良好的工程施工環(huán)境，適于在地勢

4、平坦開闊的地段。三、工藝原理管道全自動氣體保護下向焊接工藝使用可熔化的焊絲與主要焊金屬之間的電弧為熱焊來溶化焊絲和鋼管，在焊接時向焊接區(qū)域輸送保護氣體以隔離空氣的有害作用，通過連續(xù)送絲完成焊接。管道全自動焊接其整個焊接過程是一個從平焊狀態(tài)到立焊狀態(tài)再到仰焊狀態(tài)的平滑過度過程。管道全自動焊機的焊接速度、送絲速度、擺動寬度、擺動速度、焊接電壓和焊接電流都要隨著狀態(tài)的變化而變化。圓周各點參數(shù)均由計算機程序自動控制完成，實現(xiàn)焊接工藝參數(shù)的連續(xù)變化。本工法采用STT半自動根焊+自動外焊機填充、蓋面。根焊設(shè)備為林肯STT型焊接電源相匹配的送絲機，填充焊、蓋面焊設(shè)備為PAW2000型自動外焊機。保護氣體采用

5、Ar氣體和CO2氣體。四、施工工藝流程及操作要點（一）施工工藝流程是否管口清理坡口修整管口預(yù)熱管口組對安裝焊接軌道輸入焊接參數(shù) 焊接外觀檢查手工焊返修是合格否無損探傷合格否手工焊返修焊接結(jié)束否圖1 工藝流程圖（二）操作要點大港油田工程建設(shè)公司在西氣東輸陜京二線聯(lián)絡(luò)線工程第8標段中采用了全自動氣體保護下向焊焊接方法，根據(jù)該工法在工程中的實際運用，概括總結(jié)出以下幾點操作要點。1管口清理組裝前使用專用清管工具清除管內(nèi)的所有雜物；使用棉紗和鋼絲刷等工具將管口兩端100mm范圍內(nèi)的塵土、油污、鐵銹等清理干凈，露出金屬光澤，螺紋管端口焊縫處需把余高打磨平滑，嚴禁使用砂輪機打磨坡口以外的管材表面，然后由管工

6、用對口器進行管口組對，用間隙板定間隙。并檢查管口是否存在壓痕、裂紋等缺陷，如果發(fā)現(xiàn)要及時按要求修復(fù)，不符合要求的管子不得組裝。2 管口修整與組對全自動焊接對坡口要求嚴格，必要時用坡口整形機對管口進行整形。管道全自動焊接管口組對尺寸如下圖：22.5º±0.5°02.0mm0.52.0mm1.6±0.4mm圖2 管口組對管組對接頭的坡口形式應(yīng)為型，管道坡口角度應(yīng)為22.5°±0.5°，鈍邊1.22.0mm，間隙2.03.0mm，組對錯邊量按10%管壁厚控制。對口采用內(nèi)對口器 (連頭碰死口及其它不能使用時內(nèi)對口器時采用外對口器)施

7、工時，應(yīng)在根焊一遍后，方可卸除內(nèi)對口器。使用外對口器時，必須在焊口整個圓周上均勻分布46處定位焊，每一處定位焊長度不應(yīng)小于100mm，且在卸下外對口器前，定位焊的累計長度不得少于管周長的50%。兩相鄰管的螺旋焊縫在對口處應(yīng)錯開不小于100 mm的距離。3安裝焊接軌道自動焊接小車行走在焊接軌道上，軌道與管道的同心度和與管口的平行度直接影響著焊接的質(zhì)量，應(yīng)采用專用工具安裝軌道，軌道專用安裝工具可以測量和調(diào)整軌道邊緣與管道坡口之間的距離，調(diào)整軌道的松緊度。軌道安裝專用工具的錘面硬度應(yīng)稍低于焊接軌道的硬度，過硬易造成軌道的損傷。軌道安裝后，應(yīng)保證軌道與管道表面的距離小于3mm，軌道與管口端面的距離小于

8、2mm。4輸入焊接參數(shù)軌道安裝完畢后，將焊機安裝在軌道上，按焊接指導(dǎo)書的要求調(diào)整焊機的焊槍位置和角度。通過焊接參數(shù)輸入器，將焊接參數(shù)輸入到計算機中。表1 根焊焊接工藝參數(shù)焊道焊材牌號直徑(mm) 極性焊接電流(A)電壓(V)送絲速度（in./min）焊接速度（cm/min）保護氣體氣體配比流量l/min根焊AWS A5.18 ER70S-X1.2DC峰值350420基值609016251201501625見備注2030注： DC表示焊絲接正。根焊電壓為參考值，填充、蓋面焊電流為參考值。 （75-90）Ar+（25-10）CO2 表2 填充焊、蓋面焊焊接工藝參數(shù)焊道焊接速度（cm/min）送絲速

9、度（m/min）擺動速度（cm/min）邊緣停留時間（ms）電壓(V)保護氣體CO2 (%)Ar(%)流量L/min填充20358.09.0340440801401725152585751525蓋面17277.08.83003601001601725152585751525注：極性為焊絲接正。填充、蓋面焊電流為參考值氣 管2.03.0mm自動焊接小車控制電纜氣 管Ar氣瓶CO2氣瓶地線把線接220V電源PAW2000全自動焊機控制箱氣體配比器遙控盒焊接電源+-焊接管道自動焊專用軌道圖3管道全位置自動焊接系統(tǒng)示意圖5焊接根據(jù)焊接工藝規(guī)程的要求，管線焊前需預(yù)熱管口，預(yù)熱溫度100且小于150，預(yù)熱

10、寬度為坡口兩側(cè)不小于75mm的范圍內(nèi)，預(yù)熱方法應(yīng)保障在預(yù)熱范圍內(nèi)溫度均勻， 可用非接觸式溫度計在距管口50mm處測量，預(yù)熱結(jié)束溫度高于但不超過規(guī)定溫度50，預(yù)熱源撤離后12分鐘后，開始焊接，以保證溫度均勻。預(yù)熱源為液化氣，配備專用的中環(huán)型火焰加熱器加熱?；鹧嬉h離防腐層，嚴禁用氣焊和其它高溫火源。6外觀檢查外觀：寬度為坡口兩側(cè)外表面0.52.0mm；余高為02.0mm，局部不得大于3mm，余高大于2mm且小于3mm部分的長度不得大于50mm；焊縫外表面都不得低于母材表面，咬邊深度不得大于0.5mm，咬邊深度在0.30.5mm的單個長度不得超過30mm，累計長度不得大于焊縫周長的15%；接口錯邊

11、量小于2mm。焊縫及附近表面上不得有裂紋、 未熔合、氣孔、夾渣、凹陷、引弧痕跡、有害的焊瘤、夾具焊點、溶合性飛濺等，外觀成形均勻一致。自檢合格后，寫焊工號(不準打鋼印) 做自檢記錄，如此流水作業(yè)進行組對焊接。7探傷檢驗焊完的焊縫先檢查外觀合格后再進行無損探傷。管道焊縫100%進行環(huán)向焊縫的X射線照相，執(zhí)行石油天然氣鋼質(zhì)管道對接焊縫射線照相及質(zhì)量分級標準級為合格。將檢測結(jié)果及時確認核實后，對不合格的焊口安排專人進行返修。8不合格焊口返修 組織專門返修小組對不合格焊縫進行返修，焊口返修采用手工焊接返修。二次返修不合格的焊口需割口重新焊接、拍片檢查至合格。五、材料、設(shè)備及勞動力組織（一）工程材料該工

12、法在西氣東輸陜京二線聯(lián)絡(luò)線工程第8標段運用時采用地工程材料有：1鋼管鋼管標準：API Spec 5L（GB/T 9711.2） 鋼 級：X70（L485）直 徑：1016mm 壁 厚：17.5mm其化學(xué)成分和機械性能見表3。表3 鋼管的化學(xué)成分和機械性能表化學(xué)成分C Mn S P0.22 1.65 0.015 0.025 機械性能屈服強度(Mpa)抗拉強度(Mpa)伸長率（）483562162焊接材料表4 焊接材料表焊材焊材標準牌號焊材規(guī)格根焊焊絲AWS A5.18 ER70S錦泰JM581.2mm填充、蓋面焊絲AWSA5.28 ER80S-G錦泰JM681.0mm3保護氣體本工法用到的保護氣

13、體為Ar氣體和CO2氣體。其中Ar氣體純度：99.96，CO2氣體純度：99.5，CO2氣體含水量：0.005。（二）機具設(shè)備本工法使用的主要機械設(shè)備見表5。表5 主要機械設(shè)備表序號設(shè)備名稱、型號數(shù)量備注1自行式移動電站（DZ100）4臺野外行走功能2林肯半自動焊機（STT）2臺打底根焊3PAW2000全自動焊機4臺填充蓋面4吊管機（70T）3臺布管、對口5坡口整形機1臺加工坡口6氣動內(nèi)對口器1臺組對焊口7清管器1臺對口前清理管內(nèi)雜物8層間測溫儀1臺測試層間溫度9熱處理儀1臺進行焊后熱處理10溫濕度儀1臺測量環(huán)境溫、濕度11風速儀1臺測量環(huán)境風速12焊接檢驗尺KH45型2把焊縫外觀檢驗（三）勞

14、動力組織本工法人員組織見表6。表6 勞動力組織表序號工種數(shù)量備注1項目經(jīng)理1對工程全面負責2項目副經(jīng)理2協(xié)助項目經(jīng)理工作2施工班長1負責現(xiàn)場施工3技術(shù)負責人2負責工程技術(shù)4安全負責人2負責工程安全5質(zhì)量負責人1負責工程質(zhì)量7測量工2測量定位8起重工3起重10管工10組對11電焊工10焊接12電工1施工用電13輔助工及其他人員10輔助施工六、質(zhì)量控制1制定長輸管道全自動焊接施工項目管理質(zhì)量方針、目標。成立施工質(zhì)量管理項目組，明確項目部崗位質(zhì)量管理職責。2施工前，檢查驗收管子的長度、鋼管厚度、防腐層厚度、防腐質(zhì)量、管口質(zhì)量（直徑、橢圓度、管口垂直度、管子直度）等。對螺旋焊縫管，檢查測量管口周長、直

15、徑，以使匹配對口，做到使兩相鄰管口直徑誤差1mm，周長誤差4mm。對檢查出的不合格的管子應(yīng)標識隔離。3清理管口，采用專用清理工具將管口的坡口、鈍邊修好；機制坡口的內(nèi)卷邊要清除掉，螺旋管、直縫管管端內(nèi)外焊道高出管壁10mm范圍內(nèi)要用砂輪機抹平且平緩過渡；管端內(nèi)外20mm內(nèi)的銹跡要清除，直至見到金屬本色。管組對接頭的坡口形式應(yīng)為型，管道坡口角度應(yīng)為22.5°±0.5°，鈍邊1.22.0mm，間隙2.03.0mm，組對錯邊量按10%管壁厚控制。4對口時，起吊管子的吊具不得損壞防腐層。組對時應(yīng)控制錯邊量、螺旋焊縫或直焊縫錯開量以及對口間隙，使其符合焊接規(guī)范要求。5焊接施工

16、前對所有參加施工的人員進行交底，明確各項質(zhì)量指標及要求，同時明確各崗位人員的質(zhì)量職責，嚴格按規(guī)范及設(shè)計要求進行施工。6參加施焊的焊工必須是經(jīng)過培訓(xùn)取得專業(yè)資格證書，同時通過針對當前施工管線焊接要求考試的合格者。7管口根焊沒有完成時，不得撤出內(nèi)對口器。在根焊過程中，不得活動管子或碰撞管子。根焊必須熔透，背面成形良好。根焊完成后，焊工應(yīng)仔細自查是否有裂紋、夾渣、氣孔等缺陷，如有，應(yīng)消除后重焊。8焊縫接頭點，應(yīng)略加打磨，相鄰兩層的接頭點不得重疊，應(yīng)錯開20mm以上每遍焊完后焊工應(yīng)認真清根，除去表層氣孔、夾渣等缺陷，砂輪粉末也應(yīng)清除。9焊接過程中，應(yīng)注意控制層間溫度，當層間溫度低于規(guī)定要求時，應(yīng)重新加

17、熱。10使用的焊接極性、電流、電壓、焊接速度等應(yīng)符合焊接工藝規(guī)程要求11焊道表面應(yīng)成型良好，管口和焊道表面應(yīng)無飛濺、裂紋、焊疤、氣孔和夾渣等缺陷，焊道外觀檢驗執(zhí)行油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范GB50369-2006的規(guī)定12所用焊機須是完好設(shè)備，設(shè)備性能滿足焊接工藝的要求。13所用焊材與設(shè)計要求相符，且通過焊接工藝評定，滿足設(shè)計要求。14在下列任何一種環(huán)境中，如未采取有效防護措施不得進行焊接：1） 雨、濃霧天氣；2） 大氣相對濕度超過90%；3） 風速大于2米/秒，應(yīng)采取有效的措施（如防風棚等）；4） 環(huán)境溫度低于5，應(yīng)采取有效措施（如石棉被等進行層間或焊后保溫），防止焊縫冷速過快。15嚴把

18、好各工序的施工質(zhì)量，質(zhì)檢人員施工期間不離場，隨時檢查施工質(zhì)量。七、安全措施1建立安全保證體系，確定安全生產(chǎn)責任人。2對所有參加施工人員進行HSE安全教育，對施工中容易出現(xiàn)的安全隱患提前預(yù)防。做好各工序安全教育和安全技術(shù)交底。3. 定期召開安全生產(chǎn)例會，定期組織進行安全檢查工作，例行安全檢查每周一次，安全員及相關(guān)人員對施工全過程進行全方位、全過程監(jiān)督檢查。4.施工機械操作處要有規(guī)范的操作規(guī)程，特殊工種及專業(yè)施工人員要持證上崗，嚴格執(zhí)行崗位責任制，做到自我安全保護“三不傷害”。5.施工負責人及現(xiàn)場安全員負責施工現(xiàn)場安全，隨時檢查現(xiàn)場情況，發(fā)現(xiàn)問及時使處理。6.施工人員要穿戴好勞動防護用品，勞動防護

19、用品質(zhì)量必須符合相關(guān)要求并定期檢查，施工機械必須在使用前進行檢查驗收.7. 電焊工要有相應(yīng)的資格證，要嚴格遵守電氣安全技術(shù)規(guī)程。除電焊機二次開關(guān)以下的電氣線路外,電焊工不許使用其它電氣線路施焊。對所有電焊設(shè)備都應(yīng)進行日常使用前的故障檢查。電焊機必須有接地線，電焊機一次接線處應(yīng)加保護罩，電線應(yīng)該經(jīng)常保持絕緣良好。焊機機體的任何部位禁止與焊把未絕緣的金屬部件以及任何裸露的導(dǎo)體相接觸。電焊面罩應(yīng)嚴密不漏光，焊接前應(yīng)佩帶好防護用品。焊接時要按技術(shù)要求進行施工，打焊渣時，要防止焊渣傷眼或進入耳朵。8. 在潮濕地焊接時必須采取絕緣措施，不得使人體、焊機或其它金屬構(gòu)件成為焊接回路，以防焊接電流造成人身傷害或設(shè)備事故。八、環(huán)保措施1.環(huán)境保護職能部門及人員對日常施工及生活進行管理和監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)不符合項及時糾正，保證環(huán)境處在一個良好狀態(tài)2.在施工作業(yè)區(qū)范圍內(nèi)與施工有關(guān)的焊絲、焊渣等垃圾和碎片應(yīng)及時清理出場，并進行妥當處理。3.建筑施工和生活垃圾不得隨意堆放、遺棄或灑落，要集中收集，當天帶回住地妥善處置。4.設(shè)置生活垃圾集中堆放設(shè)備，對生活垃圾進行回收處理，禁止任意亂扔造成白色污染，并保持場地內(nèi)清潔。九、效益分析在大港油田工程建設(shè)公司承建的西氣東輸陜京二線聯(lián)絡(luò)線工程第8標段，直徑為1016的管線長約1