淺談管道自動焊的應用

1、目 錄一、概述2二、管道工作站的構(gòu)成22.1 管件組對機32.2 焊接機32.3 主要設備參數(shù)4三、管道工作站的運行53.1 場地準備53.2 軌道安裝63.3 設備組裝73.4 焊接過程7四、常見故障17五、注意事項18六、 總 結(jié)19淺談管道工作站的應用張宇龍（中化七建伊犁新天煤制天然氣項目，伊犁）摘要：隨著當今科學技術(shù)和國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，焊接方法和焊接技術(shù)日趨成熟完善?；ば袠I(yè)管道環(huán)焊縫所用的手工電弧焊因其生產(chǎn)效率低、人員要求密集等缺陷逐步被自動焊焊接性穩(wěn)定、操作性強、人為因素小、焊接速度快、焊接合格率高、外觀成形美等優(yōu)勢所代替。管道工作站就是將自動焊機借助于機械和電氣等方法使焊接過程

2、實現(xiàn)自動化、程序化的管道焊接施工工藝。本文將總結(jié)管道工作站在伊犁新天項目應用中的技術(shù)和經(jīng)驗，為今后公司推廣管道工作站提供理論指導。關(guān)鍵詞：自動焊接、焊接速率、焊接性穩(wěn)定、生產(chǎn)效率、焊接質(zhì)量高一、概述伊犁新天煤制天然氣項目甲烷化裝置區(qū)工藝管道焊接當量約為11萬英寸，其中鉻鉬鋼的焊接占大部分，為保證施工進度和焊接質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率，項目部引進了南京奧特電氣有限公司生產(chǎn)的AUTO MPPL FS-A/B型移動式管道自動焊接工作站兩臺。管道自動焊接工作站主要由懸臂焊接機、軌道模塊、管道支撐座以及電路控制系統(tǒng)等組成，其核心部分懸臂焊接機包括：壓力式回轉(zhuǎn)滾輪架、伸縮橫臂、壓緊升降機構(gòu)、焊接電源系統(tǒng)、焊接機

3、頭、電氣控制系統(tǒng)組成。其功能可實現(xiàn)直管與直管、 直管與彎頭、 直管與法蘭、 直管與大小頭等不同管件多種組合的自動化打底、填充和蓋面的焊接過程。二、管道工作站的構(gòu)成 管道工作站分為管件組對機和焊接機兩個部分。2.1 管件組對機 管件組對機一般由一臺多功能組對機、一臺法蘭組對機和一臺管件支撐滾輪架組成。其可以滿足直管與法蘭平面法蘭、高頸法蘭、直管與彎頭（45°彎頭和 90°彎頭）、直管與直管的組對要求。當彎頭和直管組對時，先將彎頭和直管分別吊裝到組對機組對平臺上和管件支撐滾輪架上，使用手動式壓緊機構(gòu)定位鎖緊彎頭，手動移動關(guān)鍵支撐滾輪架到彎頭管口附近，確定好合適的組隊間隙后，使用

4、電動調(diào)節(jié)機構(gòu)開始進行組隊工作；當直管與法蘭組對時，先將直管和法蘭分別吊裝到在法蘭組對機卡盤上和管件支撐滾輪架上，手動移動管件支撐滾輪架到法蘭管口附近，確定好合適的組隊間隙后，使用手動調(diào)節(jié)機構(gòu)開始進行組隊工作。2.2 焊接機 焊接機是管道工作站的核心部分，主要由壓力式回轉(zhuǎn)滾輪架、伸縮橫臂、壓緊升降機構(gòu)、焊接電源系統(tǒng)、焊接機頭、電氣控制系統(tǒng)組成。彎管焊接機可以實現(xiàn)直管與直管、直管與彎頭、直管與法蘭等不同組合形式管件的自動化打底、填充、蓋面的焊接功能，能夠滿足不同材質(zhì)管件的焊接要求，其特殊的設計還可以有效控制管件旋轉(zhuǎn)的偏心度，保證了焊接過程的穩(wěn)定性。工件回轉(zhuǎn)滾輪架具備急停、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、無極調(diào)速等功能。

5、焊接系統(tǒng)在同一電源下可實現(xiàn) TIG、MIG、SAW 等多種焊接模式。圖1 管道工作站的構(gòu)成2.3 主要設備參數(shù)適用管子直徑范圍：250mm600mm；適用管子厚度范圍：10mm；適用管子焊口形式：直管與直管、直管與彎頭、直管與法蘭、直管與三通等；適應管材材質(zhì)：碳鋼、合金鋼、不銹鋼等；滾輪線速度：50mm500mm/min；壓輪壓緊方式：梯形螺紋鎖緊+組合式碟簧；滾輪中心距調(diào)節(jié)范圍：310mm600mm；工件最大重量：5T；Ø 伸縮有效伸縮行程：1000mm；Ø 端部最大承載：100KG；三、管道工作站的運行3.1 場地準備為安裝組對機的軌道和提供一個干凈的施工環(huán)境，管道工作

6、站用的場地要求用水泥硬化地面。圖2 管道工作站布置圖圖3 管道工作站布置圖3.2 軌道安裝圖4 軌道安裝圖圖5 軌道安裝圖 組對機的軌道是為組對機運行提供基礎，所以必須保證其穩(wěn)固，只要能夠達到這個目的，可以根據(jù)現(xiàn)場情況而定。3.3 設備組裝自動焊設備的組裝是將零部件件和電氣接頭的連接在主設備上實現(xiàn)設備運行的過程。建議將自動焊機從集裝箱中取出，軌道和自動焊機安裝在空間較大的場地上，方便直管與管件放置在組對機上，因集裝箱空間狹小，管徑稍大的組對時，不方便組對，耽誤時間。3.4 焊接過程 管道工作站共有四種焊接方法：氬弧焊、埋弧焊、氣保焊、脈沖焊。四種焊接方法各有各的優(yōu)點，具體選擇根據(jù)實際要需而定。

7、伊犁新天項目管道工作站選擇了埋弧焊焊接方法。下面就將埋弧焊的焊接過程進行闡述。3.4.1 埋弧焊的介紹埋弧自動焊指電弧是在一層顆粒狀的可熔化焊劑覆蓋下燃燒，電弧光不外露。其優(yōu)點是：（1）生產(chǎn)效率高。埋弧自動焊的生產(chǎn)率比手工電弧焊提高58倍。因為埋弧自動焊焊接時焊絲上無藥皮，焊絲為不間斷送進的裸焊絲，無需更換焊條。故可采用大電流焊接（比手工電弧焊大35倍），電弧熱量大，焊絲熔化快，熔池深，焊接速度比手工焊快的多，而且焊接變形量小。（2）焊劑層對焊縫金屬的保護好，焊縫質(zhì)量相應得到提高。（3）改善了勞動條件。除減少勞動量之外，由于自動焊時看不到弧光，焊接過程中發(fā)出的氣體量少，這對保護焊工眼睛和身體健

8、康是很有益。其缺點是適應能力差，只能在水平位置焊接長直焊縫或大直徑的環(huán)焊縫。3.4.2 管材的選擇伊犁新天煤制天然氣項目甲烷化裝置區(qū)工藝管道材質(zhì)有碳鋼、鉻鉬鋼和不銹鋼，根據(jù)預制焊接量、管徑和厚度綜合考慮選擇了20#和15CrMoG作為管道工作站預制的管材。管道工作站選用管子直徑范圍：250mm600mm，管徑太小壓力式回轉(zhuǎn)滾輪架無法運轉(zhuǎn)，管徑太大壓力式回轉(zhuǎn)滾輪架不能承受重量；選用管子厚度范圍：12mm，因為采用的大電流焊接，壁厚太薄容易燒穿。3.4.3 焊材的選擇 a 焊劑根據(jù)不同的材質(zhì)選擇不同型號的焊劑，焊接的顆粒度選取是一個很重要的環(huán)節(jié)，顆粒度過大：一，容易進空氣，焊縫得不到很好的保護，容

9、易起氣孔；二，焊劑下料三通經(jīng)常會堵塞，焊劑無法過度到焊縫。最好使用顆粒度不小于16-40目之間的焊劑。b 焊絲根據(jù)不同的材質(zhì)選擇不同型號的焊絲，等強匹配原則。自動焊焊絲為盤狀不間斷焊絲，焊絲的直徑根據(jù)選用的焊接方法而定?，F(xiàn)在市場是有兩種形式，帶盤的（圖6右）和不帶盤（圖6左），通常為了方便選擇帶盤的焊絲。圖6 焊絲的選擇3.4.4 班組配置一般一套管道工作站需要1名維修管理人員、1名焊工、1-2名管工、2名輔助工。3.4.5 焊工考試 管道工作站工作的焊工屬于特殊工種，特殊作業(yè)操作證上必須有能覆蓋實際現(xiàn)場所需要的項目，才能進入現(xiàn)場操作自動焊機，但是我們公司現(xiàn)在的焊工特殊作業(yè)操作證上沒有自動焊的

10、操作項目，現(xiàn)場考試就存在問題。伊犁新天煤制天然氣項目焊工的考試經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理和總包的同意才完成了考試工作。3.4.6 焊口組對要求 正常壁厚管件坡口角度一般為30°；坡口鈍邊量一般為0.5mm-1.0mm；坡口的間隙量一般為2.0mm-2.4mm； 錯邊量一般控制在 0mm-2mm，V 型坡口；錯邊量的控制非常重要，錯邊量超過2mm，打底焊會出現(xiàn)未融合，嚴重影響焊接質(zhì)量。目前國內(nèi)生產(chǎn)的管子與管件，正負偏差很大，橢圓度不夠，鑒于這種情況，管道自動焊的打底焊實施起來存在很大難度。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，管道工作站通常會采用手工焊打底+埋弧焊的焊接工藝。3.4.7 工作流程首先打開電源，手動上升電

11、動伸縮懸臂，松開卡盤三爪，使用起吊設備將管件吊裝到多功能焊接變位機上，用活動扳手收緊卡盤抓手壓緊管件。手動電動移動懸臂焊接機至焊件上的焊縫位置。電動調(diào)節(jié)焊槍位置和焊槍角度，手動送出恰當?shù)暮附z長度，手動下降焊槍使焊絲對準焊接起弧手工點焊點，在人機界面上選用合適的焊接方式，設定好合適的焊接參數(shù)，確認所有焊接準備工作到位后按起弧開關(guān)，開始完整的焊接工作。在每一道焊縫焊接工作過程中，可以根據(jù)焊縫間隙的大小和焊縫的錯變量多少隨時改變和修正焊接各種參數(shù)。3.4.8 工作原理焊接機頭通過手動方式和電動方式可以實現(xiàn)焊接機頭的位置調(diào)節(jié)和焊槍角度調(diào)節(jié)。通過觸控屏和操作盒可以隨時任意修改焊接參數(shù)，精確控制焊接工作的

12、整個過程，確保高質(zhì)和高量的焊接結(jié)果。圖7 焊口組對就緒圖8 人機界面選擇焊接方法圖9 人機界面輸入焊接參數(shù)圖10 開始施焊圖11 施焊過程圖12 施焊完成圖13 焊縫成形美觀圖14 領(lǐng)導親臨工作站指導工作四、常見故障4.1 滾輪不回轉(zhuǎn)：可能由于電源沒接通，接通電源即可；控制按鈕是否損壞，若損壞更換即可；變頻器出現(xiàn)故障，檢查變頻器排除故障即可；回轉(zhuǎn)有卡阻，排除卡阻；4.2 控制按鈕調(diào)節(jié)失控：檢查控制線路是否出現(xiàn)短線或者脫落；4.3 電動橫臂伸縮不動作：可能由于電源沒接通，接通電源；控制按鈕是否損壞，若損壞更換即可；檢查伸縮限位開關(guān)動作誤動作或損壞，手動復位或更換新開關(guān)。4.4 焊接成型不好：檢查

13、焊接參數(shù)選用是否合適；檢查反饋線是否連接好；焊接模式選用是否正確；焊接工藝是否合適等；4.5 電動滑板上下不工作：查看電源是否接通；控制鈕子開關(guān)是否完好；電機電纜線是否脫落；上下限位開關(guān)是否動作；4.6 焊接時不起弧或者自動斷?。簷z查焊接電纜中的負極電纜線與工件連接是否良好；送絲機構(gòu)是否有卡堵現(xiàn)象；焊縫表面是否有雜質(zhì)。五、注意事項 5.1 控制箱、電源箱平時處于關(guān)閉狀態(tài)； 5.2 焊接電源功能開關(guān)正確設置； 5.3 吊裝或移入焊接管段至焊機滾輪上時，不可撞其焊機且要輕放在滾輪上； 5.4 焊機配套小車的放置位置和高度合適，保證焊接工件處于水平位置； 5.5 確認橫臂鎖緊機構(gòu)處于開啟狀態(tài)，才能升

14、降橫臂； 5.6 嚴禁通過橫臂電機升降來直接壓緊焊接工件，在壓緊輪接觸工件后應采用手動方式壓緊； 5.7 焊接工件應根據(jù)其管徑大小放置在相應的滾輪組上； 5.8 焊機主要依靠摩擦力來帶動被焊工件旋轉(zhuǎn)的，如遇直徑相當大（DN500）的工件或壁厚較厚（SCH60）且直徑較大（DN300）的工件時嚴禁通過強制壓緊焊接工件的方式來提高摩擦力，以免損壞機器； 5.9 焊接工件壓緊后方可啟動滾輪運轉(zhuǎn)，滾輪運轉(zhuǎn)時嚴禁直接用手清理滾輪上的雜物、長發(fā)、布條等可能會纏繞在滾輪和管子上； 5.10 清理主機機座平臺上的雜物前，應確認滾輪已停止轉(zhuǎn)動； 5.11 定期檢查變速箱、滾輪組、立柱絲桿及橫臂升降滑道的潤滑油并

15、及時添加； 5.12 每天結(jié)束工作前，必須關(guān)閉焊機總電源，及時清理廢棄的焊絲。六、總結(jié)手工電弧焊和自動焊相同焊接試件的數(shù)據(jù)對比（15CrMoG，Ø508×16mm）；焊接方法焊接位置施焊人數(shù)焊接電流A焊接電壓V焊接層數(shù)焊接速度cm/min完成所需時間合格率%手工電焊全方位290-14025-3664-10130min96.63自動焊1G1210-37030-34524-5535min99.04表1 數(shù)據(jù)對比從表1的對比中可以看出自動焊明顯的優(yōu)越性：人工減少，焊接時間大大縮短，合格率提高。很大的提高了焊接工作效率，降低了成本，提高了經(jīng)濟效益。缺點在于只能水平焊接，這對于裝置區(qū)

16、內(nèi)的管道配管有很大的局限性，對于石油化工管道、公用管道、地下管道、管廊管道、長輸管道項目具有很大的適用性。如何將自動焊更大限度的用于施工中，不僅僅需要自動焊的技術(shù)更需要合理的統(tǒng)計、規(guī)劃和安排管道的預制管段，盲目的引進管道工作站只會更多的增加項目成本。伊犁新天煤制天然氣項目作為公司第一個開展管道工作站的項目，每個階段都是在步步摸索中前進，施工隊曾幾次提出放棄使用管道工作站，但在公司和項目部的有力支持下才堅持開展下去。前進中遇到困難有：1、準備工作不充分，對工作站所用的消耗品備份不夠；2、焊材型號（焊劑的顆粒度和焊絲的直徑）和現(xiàn)場實際不符；3、對管道工作站不了解，操作經(jīng)常出現(xiàn)故障，出現(xiàn)了故障不會排除；4、焊工基本不會操作焊機，練習浪費了很多時間、材料和人員；5、公司沒有現(xiàn)成的工藝評定，做工藝評定又耽誤了很長時間；6、焊工如何進行考試；7、如何在自動焊機上對鉻鉬鋼進行預熱；8、人員如何進行合理的配置；9、如何制定管道工作站的管理制度；10、如何對管道工作站進行保養(yǎng)與維護。總的來說，伊犁新天煤制天然氣項目對管道工作站的