长输管道自动焊接技术

[摘 要]本文介绍了PIPELINER II自动焊系统在沙特阿美马尼法井场项目中的应用，包括设备介绍，质量控制，对常见缺陷的分析及控制措施等该套自动焊接系统给厚壁长输管道自动焊接提供了一个新的选择。

[关键词]长输管道；自动焊接；焊接质量控制

中图分类号：U169.6 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）30-0040-01

1 引言

我公司于2010年年初中标的沙特阿美东部MANIFA油田海堤管线及井场项目。该项目主要施工内容为在MANIFA油田内的25个海堤井场新建井口装置并铺设一套由各井场连接至油田中心处理装置区的集输系统，项目主体工作量包含有约27KM 36”*1”材质为API 5L X65的原油集输干线，9.3KM 42”*1.25”材质为API 5L X70的注水管线，共计约37KM。

由于厚壁管焊接填充量较大，如果采用传统的半自动焊，人工劳动强度大、焊接质量不稳定、生产效率低。基于以上原因，在中标MANIFA项目后，考察国内外相关技术状态及项目实际，开始筹备采用这种在国际上较先进的STT半自动打底加FCAW-G自动填充盖面焊接技术。

2 设备介绍及焊材选用

2.1 打底使用的半自动焊机

项目采用STT（表面张力过渡技术）半自动焊机进行打底，使用林肯电气公司的STT-II半自动焊机或半自动焊设备，在国内很多项目都在使用，属于成熟工艺及设备，在此不做主要介绍。

2.2 填充盖面使用的自动焊设备

项目采用美国Magnatech（麦格乃特）公司生产的Pipeliner II型自动焊机进行填充盖面，该自动焊机可以用在管对管和管对管件的对接焊道上，可以在平面或者曲面轨迹工件上进行线性焊接，因此来说这套管道自动焊接系统在沙特及国内的大口径、大壁厚的长输管道建设中的应用前景是十分广泛的。

设备可适用范围：

管径：6”～60”

壁厚：无限制

材质范围：所有能够用气保焊或者药芯焊工艺的管材

焊丝直径：可选择0.8/0.9/1.0/1.2mm及其他可得到的焊丝

焊接速度：12～18cm/min

最大摆动幅度：51mm

焊道两端摆弧停留时间：0～1s

中心调整范围：0～51mm

2.3 根焊

焊材选用ESAB公司生产的SFA/AWS 5.28 ER80SNi1实芯焊丝，直径为1.2mm。采用STT半自动气保焊，保护气体为20%CO2+80%Ar混合气，焊接方向为下向焊。

2.4 热焊、填充、盖面

焊材选用EASB公司生产的药芯焊丝SFA/AWS 5.28 E91T1-Ni1M，直径为1.2mm。与实芯焊丝相比，由于它加入了稳弧剂、造渣剂、合金剂等，使焊接工艺得到改善，克服了实芯焊丝飞溅大、成型差的缺点，改善了焊缝机械性能，尤其是冲击韧性。热焊、填充以及盖面焊均采用了MAGNATECH Pipeliner II轨道焊接系统的药芯焊丝自动焊，保护气体为20%CO2+80%Ar混合气，焊接方向为上向焊。

3 质量控制

3.1 焊前

3.1.1 预热

此项目采用环形火焰加热器对管线焊口焊前预热，预热温度至少79℃，为防止预热过程中烧坏焊接防风棚，通常做法是先进性焊口预热，预热到120℃左右后将准备好的防风棚放至焊接位置，尽量减少打底焊前的热量损失。如果条件允许，可采用电磁感应加热会方便很多，温度达到后可立即施焊。

3.1.2 对口

焊口的组对质量同样很大程度上影响焊接质量。由于STT打底焊接对于焊工操作手法要求比较高，要求管工必须很好地控制对口错边量，内外错边量均不得大于3mm，防止出现单边未焊透情况。

3.2 焊中

3.2.1 根焊气孔

由于STT半自动焊和FCAW-G自动焊对风的影响都特别敏感，因此对于环境风速的要求都比较严格，而使用与管线配套的焊接防风棚能有效地在焊接过程中保证环境风速对焊接的要求。而且焊接要用塑料布和透明胶带对管口两端进行严密的封堵。

焊工的操作手法不当，在引弧时极易出现起弧气孔，因为刚刚引弧时焊工不适应管线的突变，起弧后手部不稳，拉起电弧过长而出现气孔，因此焊工在进行引弧时要注意起弧后手部稳定，以免干伸长过长造成空气入侵。

半自动焊对焊工的操作要求也很高，大量的焊丝熔化的铁水由于重力作用迅速下坠，这就要求焊工的动作要跟得上，并且保持焊接连续性的同时适当地拉长干伸长来适当的降低电压以避免气孔的产生。

喷嘴被飞溅堵塞、喷嘴于工件间的距离过大、焊丝距母材过近也易产生气孔。

同时气孔的产生也与管工对口质量有关，因为组队间隙过窄，会因为过大的母材稀释作用而妨碍熔融金属对气体的排出。

3.2.2 余高控制

在5点至7点的仰焊位置容易出现余高过高，这是因为此位置区域是仰焊，焊工在这一空间不同意掌握熔池的变化，宽焊缝、焊枪大摆幅、快摆频使熔池存在时间长且焊枪运动时对熔池有搅拌作用，仰焊位置熔敷金属在重力、电磁力等作用下，进而导致仰焊位置焊缝余高超标。

在3点或者9点位置往往会造成余高不足，是因为大量的焊丝熔化的铁水由于自身重力的作用而迅速下坠，从而使熔敷金属过少而造成余高过低。

要求焊工针对不同位置的焊接特点迅速而有针对性地调节焊接手法或焊接工艺参数。

3.2.3 自动焊夹渣

由于管径大、管顶高，观察熔池有些不便，而且由于药芯焊丝焊按时形成的保护药渣，若焊道清理时清理不到位，就会产生线状夹渣。

自动焊接的工艺参数不得调整过大，否则会使焊道熔深过大，以至于药皮等焊渣没有浮或吹出来而产生夹渣。

要求焊工在焊接过程中要运用正确的焊接参数，注意层间清理。

3.2.4 自动焊咬边

对于不同的管线，要求焊工根据焊接特性对焊机的参数进行调整和匹配。42in（1068mm）与36in（915mm）由于材质发生变化，对管线进行焊接要采取不同的措施：减少焊接电流，减少焊接速度，缩短电弧长度，以避免咬边缺陷。通过这些参数的改变，咬边这一现象得到了控制和改善。

3.3 焊后

焊完焊口后并不代表施工的完成，所焊的产品要成功的通过验收并通过试压吹扫防腐保温后才意味着整个过程的结束。所以在每道焊口焊接完成后焊工们要对其进行自检，然后再由专业焊接检查员进行检查合格后再拆卸轨道、吊装棚子、收拾工具。自动焊不像手把焊设备那么简单灵活，如若返工将是一个极大的浪费，因此焊接后焊口的及时验收也是自动焊接中一个需要严格控制的施工点。外观检查合格后，由业主检查员依据标准要求对焊口进行无损检测。

4 改进提高

该种组合自动焊工艺有焊接速度快、效率高、焊道成型好、焊接合格率高等优点。但是在设备使用及施工组织中同样也有一些总结和提高的地方：

4.1 减少焊接辅助时间

（1）减少管工对口组对时间。

（2）减少轨道安装调试时间。

（3）减少防风棚的搬迁安装时间。

4.2 对于自动焊设备的使用需要更深入了解

（1）对于焊接不同材质及不同管径的焊道采用的不同焊接参数的设置。

（2）对于备用配件及易损件的储备数量需合理评估。

结束语

公司引进Pipeliner II自动焊系统后，通过培训和摸索，初步掌握了该套设备的性能和焊接工艺，并且已经在沙特马尼法井场项目中取得了良好的应用效果，有效保证了项目的施工进度和工程质量。

在大口径、厚壁管的管道自动焊方案中，使用STT-II半自动焊下向焊打底结合Pipeliner II自动焊系统完成热焊填充盖面的方案综合了两种方案各自的优点，成本较低，综合费效比高。该方案的成功运用，为今后厚壁长输管道焊接提供了一个质量稳定、生产效率较高、劳动强度较小且综合成本效益较好的焊接解决方案。