長輸管道施工常用焊接方法簡介及性能比較

長輸管道工程常用焊接方法簡介及性能比較華油工建第五工程處2010年12月14日根據(jù)我國管道施工企業(yè)的經(jīng)濟實力、人員的技術(shù)水平、設(shè)備情況和環(huán)境狀況，目前長輸管道工程采用的焊接方法有：①手工焊條上向焊；②手工焊條下向焊；③自保護藥芯焊絲半自動焊；④STT氣體保護半自動焊；⑤管道全位置自動焊；⑥埋弧自動焊(雙管聯(lián)焊)。1手工焊條上向焊焊接工藝簡介1.1用途主要用于中小管徑和焊縫的返修焊接。1.2工藝特點①焊接設(shè)備簡單，只需要一臺手工弧焊電源；②焊接材料：根焊道采用E6010焊條(在外部返修根焊道缺陷時用)，其它焊道采用E5015(CHE507GX)焊條；③操作難度較大；④焊縫無損檢測合格率較低；⑤焊縫力學(xué)性能較好，特別是具有較高的塑韌性和抗裂性；⑥焊接效率低。2手工焊條下向焊焊接工藝簡介2.1用途主要用于中等管徑的焊接，也用于較大管徑，山區(qū)等地形較復(fù)雜，自動焊和半自動焊設(shè)備無法進入的地段或連頭焊口的焊接。2.2工藝特點①焊接設(shè)備簡單，只需性能優(yōu)良的手工弧焊直流電源；②根焊道焊接采用E6010纖維素焊條，此焊條的操作性能良好，具有中等操作水平的焊工就可焊出合格的焊縫；③熱焊道采用E8010-G纖維素焊條，此焊條同樣具有良好的操作性能；④填充、蓋面焊道采用E8018-G低氫下向焊焊條，此焊條的操作性能較差；⑤焊縫無損檢測合格率比手工上向焊高，但比纖維素焊條下向焊和藥芯焊絲下向焊低；⑥焊縫力學(xué)性能較好，具有較高的塑韌性和抗裂性；3自保護藥芯焊絲半自動下向焊焊接工藝簡介自保護藥芯焊絲半自動下向焊，目前采用了4種根焊焊接方法，分別是纖維素焊條下向焊、低氫焊條上向焊、STT半自動焊和RMD半自動焊。3.1用途藥芯焊絲半自動下向焊，目前是我國長輸管道工程的主要焊接方法之一。3.2工藝特點3.2.1焊條電弧焊(根焊)+自保護藥芯焊絲半自動焊(填充、蓋面焊)的工藝特點①焊接設(shè)備比較簡單，只比手工焊增加一臺送絲機；②焊接材料：根焊道采用E6010纖維素焊條，其它焊道采用E71T8-Ni1藥芯焊絲；③此焊接方法具有較強的抗風(fēng)能力，在風(fēng)力不大于10m/s的情況下，風(fēng)速對焊接質(zhì)量無明顯的影響；④焊縫無損檢測合格率高；⑤焊縫的力學(xué)性能較好，但焊縫的塑韌性值(特別是低溫韌性)具有較大的分散性；3.2.2STT(或RMD)半自動焊(根焊)+自保護藥芯焊絲半自動焊(填充、蓋面焊)工藝特點由于填充、蓋面焊用的焊接方法與相同，這里主要介紹STT和RMD半自動焊的工藝特點。①電弧燃燒穩(wěn)定；②操作容易；③飛濺極小；④焊縫成形美觀；⑤焊接煙塵和噪聲??；⑥焊接成本較低；⑦與手工焊相比焊接效率較高；⑧抗風(fēng)能力較差。⑨由于STT根焊焊道的厚度一般可達4mm，且不需用砂輪機進行清理，所以在焊接藥芯焊絲半自動焊后續(xù)焊道時，不易產(chǎn)生燒穿現(xiàn)象。4管道全位置自動焊焊接工藝簡介目前我國采用的管道自動焊設(shè)備主要有PAW2000、NOREAST、CRC、PWT和RMS等自動焊設(shè)備。焊接工藝組合如下：①STT(或RMD)半自動焊+PAW2000管道外焊自動焊；②STT(或RMD)半自動焊+NOREAST管道外焊自動焊；③STT(或RMD)半自動焊+CRC管道外焊自動焊；④CRC管道內(nèi)外自動焊；⑤NOREAST自動內(nèi)焊焊+PAW2000管道外焊自動焊；⑥NOREAS自動內(nèi)焊焊+NOREAST管道外焊自動焊；⑦NOREAST自動內(nèi)焊焊+CRC管道外焊自動焊；⑧PWT外焊自動焊(根焊)+PAW2000管道外焊自動焊；⑨PWT外焊自動焊(根焊)+NOREAST管道外焊自動焊⑩STT(或RMD)半自動焊+RMS管道外焊自動焊。4.1根焊焊接工藝4.1.1管道內(nèi)焊自動焊管道內(nèi)焊自動焊設(shè)備是一種專門用于管道內(nèi)焊根焊道的焊接設(shè)備。φ1016管道內(nèi)焊機，有6個焊接機頭，左右兩側(cè)各三個。每個機頭分別焊接60°+5mm范圍焊道的焊接。左(或右)側(cè)的三個機頭同時焊接，左(或右)側(cè)焊接完成后，右(或左)側(cè)的三個機頭同時開始焊接，焊接方向都是下向焊。φ1219管道內(nèi)焊機，有8個焊接機頭，左右兩側(cè)各4個。每個機頭分別焊接45°+5mm范圍焊道的焊接。左(或右)側(cè)的4個機頭同時焊接，左(或右)側(cè)焊接完成后，右(或左)側(cè)的4個機頭同時開始焊接，焊接方向都是下向焊。此焊接設(shè)備的最大優(yōu)點是焊接速度快，焊接一道根焊焊道的純焊接時間只需100s左右。但此焊接設(shè)備通常只能適用一種管徑鋼管的焊接以及對管口的組裝質(zhì)量要求較高，這是此焊接設(shè)備的兩個缺陷。圖1內(nèi)焊機管道自動焊坡口型式·5~15°80~90°75~90°4.1.2PWT管道自動焊PWT管道自動焊設(shè)備是一種從管外部焊接根焊焊道、填充焊道和蓋面焊道的管道自動焊設(shè)備。PWT管道自動焊設(shè)備在西氣東輸管道工程主要用于根焊道的焊接。PWT管道自動焊設(shè)備主要由柴油機驅(qū)動的焊接電源、焊接電流控制系統(tǒng)、焊接小車控制系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、焊接小車、編程器和焊接小車軌道等部分組成。表1PWT焊接系統(tǒng)與內(nèi)焊機焊接系統(tǒng)比較項目PWT自動焊系統(tǒng)內(nèi)焊機焊接系統(tǒng)機頭所處位置管外部管內(nèi)部機頭數(shù)量(個)26（8）焊接方向下向下向焊接時間(s)240100輔助時間(min)88PWT焊接系統(tǒng)與內(nèi)焊機焊接系統(tǒng)的主要區(qū)別見表1。4.2填充蓋面焊焊接工藝4.2.1PAW2000管道自動外焊機PAW2000管道自動焊設(shè)備是由管道特種機械研究所研制的，全套設(shè)備由焊接小車、焊接小車軌道、計算機自動控制柜、手持操作盒、筆記本電腦、氣體配比器、氣瓶和電源等組成。PAW2000管道自動焊設(shè)備是用計算機精確控制各焊接位置的焊接工藝參數(shù)，自動控制的工藝參數(shù)有：送絲速度、焊接速度、擺動幅度、擺動速度、兩側(cè)停留時間。只要參數(shù)設(shè)定準確、焊工操作得當，可焊接出除根焊道外的各種優(yōu)質(zhì)焊道。焊槍的擺動方式為平擺，可焊接V型、U型及復(fù)合型坡口，一次焊接焊道的最大寬度為30mm。4.2.2NOREAST管道自動外焊機NOREAST管道自動外焊機是從英國引進的，也是較早應(yīng)用于我國管道工程的管環(huán)焊縫自動焊設(shè)備。全套設(shè)備包括焊接小車、小車軌道、控制箱、焊接參數(shù)輸入器、供氣系統(tǒng)和電源等。NOREAST管道自動外焊機是用計算機控制各焊道的焊接工藝參數(shù)，在焊接過程中計算機不能對焊接參數(shù)進行自動調(diào)節(jié)，部分工藝參數(shù)可在一定的范圍內(nèi)手動調(diào)節(jié)。自動控制的工藝參數(shù)有：送絲速度、焊接速度、擺動頻率。只要參數(shù)設(shè)定準確、焊工的操作水平較高即可焊接出除根焊道外的各種優(yōu)質(zhì)焊道。焊槍的擺動方式為角擺，可焊接V型、U型及復(fù)合型坡口，一次焊接焊道的最大寬度為15mm。4.2.3CRC管道自動外焊機CRC管道自動外焊機是從美國引進的管道自動焊設(shè)備，全套設(shè)備包括焊接小車、小車軌道、控制箱、焊接參數(shù)輸入器、供氣系統(tǒng)和電源等。分為P200、P260、P600等。P200和P260焊機是單焊槍焊機，可用于全部外焊焊道的焊接。P600是雙焊槍焊機，可用于填充和蓋面焊道的焊接。通常情況下焊接填充焊道時，兩焊槍一次焊接完成兩層焊道；焊接蓋面焊道時，兩焊槍完成一層排焊時道。圖2CRC焊道示意圖5雙管聯(lián)焊工藝簡介由于我國交通條件的限制，長輸管道鋼管的長度一般為12m左右。如果鋼管的長度能增加一倍，則現(xiàn)場的施工進度會大大加快，且可降低施工成本。為了解決這一問題，在運輸條件允許的施工作業(yè)帶附近設(shè)立雙管聯(lián)焊作業(yè)站。即在雙管聯(lián)焊作業(yè)站內(nèi)將二根鋼管聯(lián)接成一根長度為24m左右的長鋼管。這樣在施工現(xiàn)場可減少一半的焊接量。當管道工程管徑大、管壁厚進，采用雙管聯(lián)焊工藝其優(yōu)勢會更加明顯。雙管聯(lián)焊焊接工藝通常有如下三種：一是，纖維素焊條下向焊接根焊焊道，埋弧自動焊在滾輪架上連續(xù)焊接填充和蓋面焊道；二是，采用STT半自動下向焊焊接根焊焊道，埋弧自動焊在滾輪架上連續(xù)焊接填充和蓋面焊道；三是，改變鋼管原有的坡口型式，在鋼管的內(nèi)外各焊接一道埋弧自動焊焊道。一和二的焊接效率與三相比低，但不需改變坡口型式，在出廠鋼管的原坡口上進行焊接。三的焊接效率較高，但需重新加工坡口。6各種焊接方法操作人員培訓(xùn)及操作難度比較隨著焊接方法由手工焊向半自動焊、自動焊甚至是智能化的焊接的發(fā)展，焊工的操作難度和勞動強度都在下降，但設(shè)備的維護、維修、調(diào)整和焊接工藝參數(shù)的設(shè)定的難度卻在增加。下面就西氣東輸管道工程所用焊接方法進行比較(見表2)。表2操作人員培訓(xùn)及操作難度序號焊接方法焊工維護、維修工培訓(xùn)時間(月)合格比例(%)操作難度文化程度操作難度系數(shù)1焊條上向焊107010初中22焊條下向焊6806初中23藥芯焊絲半自動焊7806中技44STT半自動焊3805中技55管道自動外焊2904中技76管道自動內(nèi)焊1903大專87PWT自動焊2905大專108埋弧自動焊1952中技47各種焊接方法人員及設(shè)備配備以西氣東輸管道工程鋼管，平原段各焊接方法的一個作業(yè)機組為例，進行人員和設(shè)備的比較。表3人員及設(shè)備的配備序號機組名稱人員(人)設(shè)備(臺/套)管理人員焊工其他合計吊管機焊接設(shè)備對口器坡口機其它設(shè)備合計參考價格(萬元)1手工焊機組31617362161082710002半自動焊機組31417342141072410003管道自動焊機組31615342161072613004內(nèi)焊機自動焊機組41515342140172416005全焊道外焊自動焊機組41515342151172615006CRC自動焊機組5101530380171845007雙管聯(lián)焊機組36162506206145008焊接效率及焊接成本焊接效率以各種焊接方法的一個作業(yè)機組，在良好的作業(yè)條件下，一天有效作業(yè)時間10h完成的西氣東輸管道工程完成的焊口道數(shù)計算。焊接成本以作業(yè)機組的組裝焊接完成每道焊口的成本(只包括組裝焊接作業(yè)的人工費、設(shè)備費和材料費等)計算。表4焊接效率、焊接成本序號機組名稱焊口數(shù)量(道/天)成本(元/道)焊接材料機組直接成本1手工焊機組1532038002半自動焊機組2024035003管道自動焊機組4012023004內(nèi)焊機自動焊機組509021005全焊道外焊自動焊機組459022006CRC自動焊機組7515025007雙管聯(lián)焊機組403516009各種焊接方法的焊接質(zhì)量表5焊接質(zhì)量比較序號機組名稱根部面部無損檢測力學(xué)性能質(zhì)量穩(wěn)定性1手工焊機組較好一般一般較好一般2半自動焊機組較好一般良好一般一般3管道自動焊機組良好優(yōu)秀良好優(yōu)秀較穩(wěn)定4內(nèi)焊機自動焊機組優(yōu)秀優(yōu)秀良好優(yōu)秀較穩(wěn)定5全焊道外焊自動焊機組優(yōu)秀優(yōu)秀良好優(yōu)秀較穩(wěn)定6CRC自動焊機組優(yōu)秀優(yōu)秀良好優(yōu)秀較穩(wěn)定7雙管聯(lián)焊機組良好優(yōu)秀優(yōu)秀優(yōu)秀穩(wěn)定10采用新的焊接方法時應(yīng)注意的幾個問題1、一個新的焊接工藝方法引進后，首先應(yīng)從思想上重視，相信自己也相信這種新的工藝方法能夠適用我國的國情，焊接出優(yōu)質(zhì)的焊口。不要出現(xiàn)一點小小的問題就去否定這種新的工藝方法。2、一個新的工藝方法，不要第一次應(yīng)用于工程