最大化管道焊接效率

1、管道焊接（圖1）行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)很大，承包商們需要進(jìn)行激烈的投標(biāo)。然而，一旦中標(biāo)，承包商們就得在極短的時(shí)間和較低的預(yù)算內(nèi)，承受各個(gè)方面的壓力1啟動(dòng)和完成工作。為了滿(mǎn)足時(shí)間和預(yù)算的限制，管道承包商必須考慮一個(gè)重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)：工作效率。圖1工人正在調(diào)節(jié)管道位置。手工焊和自動(dòng)化焊2操作之前，管道正確裝配至關(guān)重要。管道焊接效率焊接專(zhuān)業(yè)人員最常遇到的問(wèn)題就是如何提高工作效率。當(dāng)比較不同的焊接工藝時(shí)，工作效率是最終的3決定因素。效率可以簡(jiǎn)單地定義為在某一給定時(shí)間內(nèi)完成的工作量，以此來(lái)推算總的焊接時(shí)間。焊接效率通常是指每小時(shí)熔敷金屬的磅數(shù)，也叫做熔敷4率。當(dāng)一種焊接工藝與另一種焊接工藝相比較時(shí)，這種測(cè)量方法非常有用

2、。熔敷率是指整個(gè)接頭焊縫金屬量所占消耗焊條總量的比值。例如，埋弧焊（5SAW）的焊接效率較高，而氣保護(hù)焊（SMAW）的焊接效率較低。電效率為了完成給定焊縫所消耗電力的多少也值得關(guān)注。這些效率問(wèn)題6在制造車(chē)間很容易計(jì)算，但是，如何將它們應(yīng)用到焊接管道效率的計(jì)算上呢？管道焊接中，效率可簡(jiǎn)單地看做：“每天能完成多少條合格焊接接頭”。7這句話(huà)中的關(guān)鍵詞是“合格焊接接頭?！彼械暮附討?yīng)用場(chǎng)合都有嚴(yán)格的焊接標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，因此，不僅要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)焊完一定數(shù)量的焊縫，而且焊縫8質(zhì)量必須滿(mǎn)足要求。因此，當(dāng)問(wèn)到效率的問(wèn)題時(shí)，必須考慮兩個(gè)條件。首先，要盡快的焊完焊縫。其次，每一條焊縫必須是高質(zhì)量的。如果這兩個(gè)條件9都

3、能滿(mǎn)足，那么工作效率就會(huì)很高。快速焊接世界各地都使用埋弧焊工藝焊接管道。這項(xiàng)焊接工藝不僅被焊工熟悉，對(duì)許多非焊接人士也熟知。埋弧焊10的許多規(guī)范都需預(yù)先進(jìn)行工藝評(píng)定。工藝評(píng)定是指事先找到合格焊縫的焊接工藝參數(shù)，然后再根據(jù)這些工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)際焊接。對(duì)管道焊接來(lái)說(shuō)，通常11使用下坡焊。對(duì)操作焊工進(jìn)行培訓(xùn)，使之掌握具體的操作技巧和方法。簡(jiǎn)易的焊接小冊(cè)子提供了一些管道下坡焊的基本焊接工藝。根部焊道通常采用直12徑為5/32英寸（4.0毫米）的纖維素型焊條施焊。一個(gè)經(jīng)驗(yàn)是，當(dāng)采用5/32英寸焊條施焊時(shí)，每分鐘所焊焊縫的長(zhǎng)度應(yīng)與焊條消耗的長(zhǎng)度大13致相同。假設(shè)SMAW時(shí)正常焊條殘頭的損失，最終的焊接速度約

4、為12英寸/分鐘。當(dāng)然，這個(gè)速度對(duì)焊縫裝配和接頭準(zhǔn)備來(lái)說(shuō)還不夠精確，但我們14將使用12英寸/分的焊接速度進(jìn)行比較。根部焊道的焊接表面通常有凸起，為了消除下一層焊道的夾渣，必須對(duì)凸起削平。下層焊道，也就是熱焊道15焊接也使用同樣的焊條。其余的焊道，填充和蓋面焊，通常都使用3/16英寸（5.0毫米）直徑的焊條施焊。假設(shè)我們要焊接24英寸的XHY管16，該管的標(biāo)準(zhǔn)壁厚是1/2英寸，由于壁厚較厚，通常需要7層焊道才能完全填充和加強(qiáng)焊接接頭。當(dāng)管道直徑為24英寸，周向焊縫長(zhǎng)約為75.417英寸。為了焊接該焊縫，通常在管道的兩側(cè)都安排一個(gè)焊工，這樣就可以把焊縫長(zhǎng)度減少一半。我們還能進(jìn)一步推斷，隨著焊縫接

5、頭寬度的增加，接頭18的準(zhǔn)備時(shí)間也相應(yīng)增加，而焊接速度就必須減校對(duì)我們所關(guān)心的效率來(lái)說(shuō)，在根部焊道和熱焊道焊接之后，后續(xù)每個(gè)焊道的焊接速度要減少10%。附19表中，案例所示，使用SMAW下坡焊焊接7層焊道的總的電弧時(shí)間是28分鐘多。這是實(shí)際的電弧時(shí)間，不包括打磨焊縫每個(gè)面的時(shí)間,這項(xiàng)操作20是確保熔渣被完全清除。此外，時(shí)間計(jì)算中也不包括焊工更換焊條的時(shí)間?，F(xiàn)在讓我們考慮采用另一種方法焊接此焊縫，這種方法采用林肯電氣有限公21司的組合焊接技術(shù)。根部焊道采用表面張力過(guò)渡（STT）工藝的半自動(dòng)化技術(shù)施焊，此外，使用機(jī)械化的氣體保護(hù)藥芯焊絲電弧焊（FCAW-G）22對(duì)焊縫進(jìn)行填充和蓋面焊。無(wú)論采用SM

6、AW還是半自動(dòng)化焊焊接根部焊縫，根焊都極為重要，它決定著整個(gè)焊縫接頭的完整性。由于管道安裝過(guò)程中23,要按要求速度手動(dòng)連接管道，因此，每個(gè)焊縫的裝配是不連續(xù)的?？紤]這一實(shí)際，建議焊縫采用半自動(dòng)手工焊。采用手工焊時(shí)，訓(xùn)練有素、經(jīng)驗(yàn)豐富24、手眼協(xié)調(diào)能力強(qiáng)的焊工往往是焊接成功的關(guān)鍵。然而，由于STT工藝具有更高的熔敷率，手工焊常見(jiàn)的根焊和熱焊組合焊道就減少成一個(gè)單一焊縫25，其厚度明顯大于根焊/熱焊組合焊道。堅(jiān)厚的根部焊道允許采用機(jī)械化運(yùn)動(dòng)控制FCAW-G焊接工藝。采用軌道固定牽引系統(tǒng)，下個(gè)焊道能夠連續(xù)26的采用上坡焊從管道底部焊接到管道上部。來(lái)自Bug-O系統(tǒng)PiperBug和PiperPlus

7、系統(tǒng)裝置能夠連續(xù)控制和移動(dòng)。安裝這些系統(tǒng)27中的任何一個(gè)只需花費(fèi)幾分鐘的時(shí)間。它們重量輕，攜帶方便，一個(gè)人就能夠很容易提起和操作。一旦將它吊運(yùn)到焊接軌道上，安裝好并開(kāi)始焊接，系28統(tǒng)會(huì)連續(xù)進(jìn)行焊接直到整條焊道完成。如附表所示，案例中，實(shí)際每個(gè)焊道的焊接速度要比案例I中使用手工焊下坡焊對(duì)應(yīng)焊道的焊接速度慢很多。29然而，由于案例中焊接工藝的熔敷率非常高，因此所需的焊道減少。假設(shè)隨著焊縫接頭寬度的增加，焊接速度相應(yīng)減小是有效的，那么結(jié)果就是焊接30熔敷率增加后，采用機(jī)械方式焊完焊縫的時(shí)間是22.21分鐘。這個(gè)結(jié)果約節(jié)省了5分鐘。然而在案例中，這個(gè)時(shí)間僅僅是燃弧和填充焊縫的時(shí)間31。既然所需焊道更少

8、，則打磨每道焊縫去除焊渣的總時(shí)間也會(huì)相應(yīng)減少。制造高質(zhì)量焊縫有各種各樣的方法用來(lái)提高焊接質(zhì)量。一個(gè)常見(jiàn)做法是提供更32有效的焊工培訓(xùn)。然而，成功有效的焊工培訓(xùn)非常依賴(lài)于允許的培訓(xùn)時(shí)間量和焊工個(gè)人的天分，所以，這種做法實(shí)行起來(lái)并不容易。另一種方式是將焊33接過(guò)程機(jī)械化，這樣焊槍和電流都使用計(jì)算機(jī)控制，確保可以采用同樣的焊接工藝規(guī)范焊接其它焊縫。焊接規(guī)范由項(xiàng)目的焊接檢驗(yàn)員、客戶(hù)或主管方共34同評(píng)定。如果高品質(zhì)的焊縫能夠不斷復(fù)制，焊完一條焊縫又一條焊縫，且焊縫具有更少的焊接缺陷，需要更少的切口和事后維修，那么管道建造速度就35相應(yīng)加快，從而節(jié)省時(shí)間和金錢(qián)。例如，切除、維修或更換一根24英寸管道的劣質(zhì)

9、焊縫，平均要花費(fèi)一個(gè)美國(guó)承包商5000美元。此外，還需要數(shù)36個(gè)小時(shí)和另外兩個(gè)工人進(jìn)行這項(xiàng)工作。如果一個(gè)大型的野外管道上有很多這樣劣質(zhì)焊縫需要維修，很明顯因修復(fù)而失去的時(shí)間如何滿(mǎn)足有限的工程期限37就是一個(gè)大問(wèn)題。然而，承包商不僅要擔(dān)心維修所耗費(fèi)的工時(shí)，還要考慮這類(lèi)維修帶來(lái)的成本增加。由于每個(gè)焊縫接頭都必須符合相應(yīng)的管道焊接規(guī)范38和標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)應(yīng)用SMA工藝到管道上時(shí),需要訓(xùn)練有素、能勝任的焊工進(jìn)行施焊。即使這樣，缺陷仍能從焊工更換焊條時(shí)大量的熄弧和引弧過(guò)程產(chǎn)生，39或是從焊工重新定位繼續(xù)焊接和減輕局促焊接位置導(dǎo)致的身體不舒服的移動(dòng)放松中產(chǎn)生。大多數(shù)管道焊工中途停止焊接,然后重新啟動(dòng)繼續(xù)焊接時(shí)沒(méi)

10、有40問(wèn)題，但是這些焊接操作起停位置焊接缺陷的可能性增加了。每個(gè)這樣的位置，都可能存在夾渣和其它質(zhì)量缺陷，增加日后維修的風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)械化焊接系41統(tǒng)可以消除這些起停位置，從根本上消除這類(lèi)缺陷的影響。機(jī)械化管道焊接系統(tǒng)將焊工放置在一個(gè)觀察者和質(zhì)量控制者的位置，如圖2、圖3所示。雖42然焊工仍需要到一些局促或不舒服的位置進(jìn)行焊接作業(yè)，但他們的角色變成了檢測(cè)和調(diào)節(jié)焊縫。實(shí)際焊接操作是通過(guò)系統(tǒng)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)控制和導(dǎo)向直線(xiàn)擺43動(dòng)的自動(dòng)化高度控制實(shí)現(xiàn)的。焊工的工作就是引導(dǎo)焊接電弧，向左或向右，同時(shí)自動(dòng)高度傳感器保持適當(dāng)高度，維持恰當(dāng)?shù)碾娀∩扉L(zhǎng)量。焊工可以完全44控制整個(gè)系統(tǒng)，最大限度地提高焊接速度和焊縫質(zhì)量。合

11、格的焊工監(jiān)測(cè)和控制焊接工藝，根據(jù)訓(xùn)練指示進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。以這種方式，所有焊縫都根據(jù)項(xiàng)45目協(xié)議最有效率的制造，滿(mǎn)足事先的工藝評(píng)定規(guī)范，從而達(dá)到最好的焊接質(zhì)量。管道焊接效率和質(zhì)量的提高簡(jiǎn)單地講，機(jī)械化系統(tǒng)利用一組夾持在管道46上的導(dǎo)軌進(jìn)行引導(dǎo)，一個(gè)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化焊接小車(chē)沿著軌道移動(dòng)，對(duì)焊縫進(jìn)行填充和蓋面焊。PiperBug和PiperPlus系統(tǒng)具有一個(gè)送絲47機(jī)和一個(gè)LincolnElectricWave電源，該電源能產(chǎn)生不同類(lèi)型的波形。該系統(tǒng)為焊接工藝提供了精確、可重復(fù)的運(yùn)動(dòng)和路徑控制，48通過(guò)工藝檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，完全控制焊接工藝的各個(gè)方面。這種控制方式有效提高了焊接效率和每條焊縫的質(zhì)量。無(wú)論采用何種焊接工藝，都需要在49實(shí)際作業(yè)前對(duì)焊接工藝進(jìn)行評(píng)定，這對(duì)所有類(lèi)型的自動(dòng)化和機(jī)械化系統(tǒng)都是必須的。即使推薦的焊接工藝也要進(jìn)行全面焊接工藝評(píng)定，對(duì)焊接試驗(yàn)進(jìn)行50檢驗(yàn)和批準(zhǔn)。當(dāng)改進(jìn)焊縫時(shí)，所有的焊接參數(shù)，比如送絲速度、焊接速度、擺動(dòng)形式等都要記錄在控制盒中。一旦獲得批準(zhǔn)，所有開(kāi)發(fā)和保存的焊接參51數(shù)就可以存貯在控制盒本身或標(biāo)準(zhǔn)USB存儲(chǔ)設(shè)備上。這些數(shù)據(jù)還要存儲(chǔ)在個(gè)人電腦上進(jìn)行永久保存。