四大管道预制焊接自动化研究

姜兆宝 陈麦存

摘 要：我国电站管道焊接行业中，自动化应用比例很低，有统计数据显示我国适用的焊接材料在200万吨的焊材中，有73%的焊条和埋弧焊丝，气保护焊丝只占27%，也就是说，加工制造的各类焊接结构大部分是用手工焊条完成的，它是一种污染大、能耗高、效率低的焊接加工方法，因此推广焊接自动化是一种趋势。

关键词：四大管道；预制；焊接自动化

四大管道焊接工作量在电站工程中工作量较大、工作比较集中，最适合进行管道预制自动化焊接。我国电站管道焊接行业中，自动化应用比例很低，有统计数据显示我国适用的焊接材料在200万吨的焊材中，有73%的焊条和埋弧焊丝，气保护焊丝只占27%，也就是说，加工制造的各类焊接结构大部分是用手工焊条完成的，它是一种污染大、能耗高、效率低的焊接加工方法，因此推广焊接自动化是一种趋势。

1 焊接自动化方案选择

焊接自动化的的方案可以选择手工氩弧焊打底+MAG焊接或埋弧焊、窄间隙MIG焊接。

1.1 方案一

1.1.1 氩弧焊打底

氩弧焊打底使用ZX7-400STG焊机，同传统手工氩弧焊工艺相同，但是为了保证焊缝背部不被熔穿，氩弧焊打底厚度应该在5mm以上。

1.1.2 MAG自动焊填充盖面

MAG自动焊设备为PPAWM-24A2管道预制焊机，设备的主要参数如下：

型号说明：适用管径Φ60-630mm

用途：适用于各个行业直管和直管、直管和锥形管、直管与法兰、直管与弯头、直管与三通等的自动焊。

技术参数：

（1）适用材质：碳钢、合金钢、不锈钢、低温钢。

（2）适用坡口型式：I、V、U、双V型。

（3）适用壁厚：3-60mm，弯头直径D≥DN300、壁厚≥20mm时需配重。

（4）适用长度：直管≥400mm。

（5）焊接效率（寸/天）：TIG：80-120、CO2/MAG：200-300、SAW：250-350。

1.1.3 焊接工艺及特点

（1） MAG焊接用混合气体Ar80%+CO220%。

（2） 焊接大口径厚壁管采用多层多道焊接，常用规格设置焊接专家库，自动调用焊接参数。

（3） 适合于大口径厚壁管，口径范围为Φ60-630mm，对于管径和壁厚的适应性好。

1.2 方案二

1.2.1 氩弧焊打底同方案一

1.2.2 埋弧焊填充和盖面

埋弧焊设备选用PPAWM-44A8，设备主要性能参数如下：

型号规格：PPAWM-44A8

技术参数：

（1）适用管径：DN400-1100

（2）适用壁厚：6-60mm

（3）适用管长：小于等于10m

（4）管头长度；小于等于2200mm

（5）最大承重：小于等于5T

（6）适用材质：碳钢、合金钢、不锈钢、低温钢等

（7）适用焊缝：各种管段焊缝，如管子-管子焊缝、管子-弯头焊缝、管子-法兰焊缝、法兰-法兰焊缝、法兰-弯头焊缝等（必要时采用假管过渡联接）

1.2.3 焊接工艺及特点

（1）埋弧焊焊丝与焊剂的搭配至关重要，必须经过工艺评定验证正确性。

（2）管道预制时，管径越大、管壁越厚，埋弧焊的适应性越好。

（3）埋弧焊的熔深能力强，为了防止熔穿，打底焊缝的厚度应足够，若有必要一般采用一遍氩弧焊打底。一遍电焊填充增加根部焊道厚度的办法来解决。

1.3 方案三

1.3.1 窄间隙MIG焊

窄间隙MIG自动焊的主要技术特征是：焊丝进入窄间隙焊枪之前，通过左右摆动滚轮进行弯曲，赋予其弯曲特性；焊丝左右摆动，电弧也随之左右振动，亦即电弧旋转，可使坡口壁完全熔融，实现无不良融合的优质焊接。窄间隙焊枪为水冷，一次保护气体从电极两侧流过，二次保护气体从工件表面流出，形成良好的保护特性。

1.3.2 焊接工艺及特点

（1）窄间隙MIG自动焊与埋弧自动焊等传统技术相比，主要技术优势是：焊接效率高，清渣容易，侧壁充分熔合，焊接热影响区窄以及焊缝氢含量低。

（2）火力发电用锅炉的埋弧焊主配管因为焊缝氢含量高，影响了焊接质量。窄间隙MIG焊氢元素含量仅有埋弧焊的1/3，因而在焊缝的疲劳强度方面占有突出优势。

（3）可以实现打底、填充、盖面的自动化，但对坡口的对口要求高，否则容易出现缺陷。不推荐采用。

2 经济性分析

以公司印度六部四大管道为例，使用常规手工焊接的方法，配管（单台）工作量及人力消耗情况（因焊材消耗量相差不大，不予考虑），参考设备厂家数据及相似预制车间资料可知，采用MAG或者埋弧焊的效率是手工焊接的4-5倍。因此，若单台机组采用自动焊可节约人工=（54+57+62+180）*3/4=264工日。按高压焊工日工资300元计算，可节省人工费用79200。以PPAWM-24A2预制自动焊机为例，设备购置费用为135470元，因此购置一台设备需要两台600MW机组的四大管道配管工作量才能回本。

3 结论

（1）焊接自动化能够大大减轻焊工的劳动强度，对于焊工的技能水平要求不高，在高技能焊工紧缺，人工成本不断上涨的背景下，焊接自动化具有广阔的应用前景。

（2）因为管道的可能存在椭圆度、马蹄口等不规则的情况，所以达不到采用全自动焊接的条件，选择手工氩弧焊打底和自动焊填充和盖面是最理想的方式，即选择方案一或者方案二。但是自动焊主要适用于大口径、厚壁管上，否则，因为自动焊前期准备工作时間长，应用在小口径管道上效率甚至不如手工焊。

（3）单从生产成本角度考虑，自动焊的成本优势并不是特别突出，如果考虑到高技能焊工的培训费用、工作量不饱满时候的人工费用等情况，四大管道预制的自动焊依然具有一定的推广意义。

参考文献：

[1]李伟明.高效自动焊在管道工厂化预制中的应用[J].焊接技术，2002（12）.

[2]刘古文 孙静涛.管线预制自动焊设备及焊接工艺[J].焊接，2000（09）.

[3]季伟明.PPAWM-Ⅱ型管道预制自动焊机在管道工厂化预制中的应用[J].化工建设工程，2002（05）.