自动焊工艺在长输管道中的可行性研究

杨歌YANG Ge

（中石化石油机械股份有限公司沙市钢管分公司，荆州434001）

0 引言

目前，我国正处于产业升级关键阶段，对清洁能源需求越来越大。因为清洁能源主要分布在中西部地区，与需求地区之间距离较远。所以，对长输管道建设质量与速度提出了更高要求。长输管道建设市场中，国外工艺水平与自动焊接设备已经相对成熟，而我国长输管道建设工程依旧停滞在手工焊及半自动焊领域中，严重影响施工进程，难以满足高压、大口径、长距离的建设需求。为实现我国自动焊工艺在长输管道中高效、高质量应用，将自动焊工艺施工方法进行研究，从可行性角度出发，为长输管道工程进步与发展提供技术支撑。

1 常用长输管道自动焊工艺及其特征

1.1 工艺概述

我国应用的自动焊工艺主要分为三种类型：第一，STT半自动根加自动外焊工艺；第二，管道外自动焊加自动外焊工艺；第三，管道内自动焊加自动外焊工艺。三类自动焊工艺都具备各自的应用优势，区别在于：第一种焊接工艺背面成型好，所需设备成本低，但是焊接速度相对较慢，不适用于流化施工。因此，此工艺适用于焊接经验少、经济预算低的施工项目；第二种焊接工艺外观成型好，焊接质量较高且速度快，但是对施工人员技术有一定要求，设备价格偏高；第三种焊接工艺通常采取CRC 内自动焊，应用特征与第二种一致。基于当前建设目标，优先选择第二、三种焊接工艺更有利于长输管道焊接项目的建设，且这两种焊接工艺更符合现代管道施工建设的发展趋势[1]。

1.2 应用特征

自动焊工艺在长输管道建设中具有以下应用特征：第一，使用的是专业化的复合坡口；第二，管口组对之间没有缝隙，减少调整缝隙的时间，极有效提升组对效率；第三，长输管道焊接过程中，工作人员可以参照坡口组对状况，调整焊接参数，确保焊接达到最佳效果；第四，焊接参数能够根据管道的位置与焊层数进行设置，以贴合建设要求；第五，自动焊接工艺能够保证整周焊层足够完善，无需二次加工，能够直接进行填充与盖面的焊接；第六，自动焊接工艺能够保证所有焊道、焊头焊接质量的统一性，焊接缝隙外形美观标准。

2 长输管道中自动焊工艺的应用现状

2.1 管设备与人员配置

以西气东输二线管道工程为例，此工程中所涉及到的自动焊设备共有56 台，机组工作人员共有49 人。和半自动焊机组相比较，自动焊机组不仅增添了内焊机、外焊机、轨道等设备，还因为坡口的建设需要，增添了吊管机与坡口机，机组人员方面则增添了机手、车工、焊工以及普工。

2.2 焊接材料

自动焊工艺在长输管道的建设过程中采用了实心焊丝、金属粉芯焊丝以及气保护药芯焊丝，我国在自动焊项目中应用较多的是实心焊丝材料。考虑到熔化极气保护焊中宽度较窄，有较大几率在坡口侧壁形成熔合。同时，送丝以及焊接电弧的可靠性受实心焊丝多方面因素的影响，例如，实心焊丝的直径偏差、焊丝挺度、镀铜厚度、磨损程度等，这些因素都会对长输管道自动焊接质量与成效带来直接的影响。以往我国在进行长输管道自动焊接时，会使用国产实心焊丝，但是，由于实心焊丝批次与焊丝盘的变更，给焊接项目的建设带来一些负面影响，使焊接缺陷数量出现增长。所以，结合实际建设情况，决定采用进口实心焊丝，尽管缺陷率有一定的降低，但是在使用不同地区、批次的焊接材料时，也会出现电弧飞溅变大、稳定效果变差、需要重复调整加工的问题[2]。

2.3 焊接操作人员

长输管道的自动焊接工艺及设备的应用涉及到诸多方面的知识，其中包括焊接技术的基础常识、自动控制办法、机械、电气等。因此，长输管道焊接工程对实际操作人员的技术水平提出了较高的要求，要求操作人员具备焊接相关的专业技术、知识、经验，此外，还要在项目实施前通过自动焊的系统化培训。为保证长输管道的焊接质量，自动焊接机组操作人员不仅要明确焊炬设备的操控流程，还要与其他操作人员进行协同配合。机组内操作员工还应熟记调整自动焊接工艺参数的流程与设备维护检修的工序。实现高效、高质量自动焊技术的应用需要建立在持续、完整的工作环节中。但是由于部分地域不具备良好的自动焊施工条件，使自动焊工艺难以充分发挥出实效作用，且当完成需要自动焊机组的项目建设完毕后，部分承建商出于降低人力成本的考虑，将自动焊机组进行解散，将自动焊操作人员调至手工或半自动机组中。当出现需要自动焊工艺的情况，不便将原机组人员进行及时集合，只能将新入职的操作人员进行重新培训。这样的自动焊工艺工作模式使整体建设项目的进度有所减慢，且不能将技术与经验进行连续性的总结、传递与改进完善。

2.4 相关标准及管理规定

目前我国在执行自动焊工艺时，参照的是管道焊接施工通用规范，基于通用规范，对自动焊工艺施工进行标准化管理，管理方面包括作业空间、管沟宽度、检测方式等。但是，现有的管理标准中缺少了对自动焊应用特征、设计、施工组织等相关内容的要求，导致自动焊工艺的施工步骤出现不协调的状况。首先，在自动焊施工过程中，没有充分考量管道、线路、施工扫线等问题对纵向坡度、弯管角度、变壁厚焊接等项目的影响。这样的施工状况会直接滞后项目建设进程，并在一定程度上影响自动焊工程的持续性，导致焊接质量不能满足建设标准；其次，差异化检测方案对施工问题、缺陷的评判标准没有建立系统性、一致性的标准。目前，应用较为广泛的是射线检测与超声波检测，这两种检测方法对面型及线型的建设工程的检测灵敏度有一定的差异，这就导致两种检测方案对自动焊工艺的评价存在矛盾之处；最后，有效的自动焊施工需要建立在效率与质量的管理基础上。当前对于自动焊工艺的使用目的主要提升建设效率与焊接合格率，忽视了自动焊接工艺在降低劳动强度、提高焊接性能方面的优势特征。基于此，如果自动焊工作质量没有按标准完成任务，只注重焊接效率，不仅会加大操作人员的工作强度，还极易出现焊接质量纰漏问题。

3 长输管道应用自动焊工艺的可行性研究

3.1 建成自动焊工艺技术系统

为实现长输管道自动焊工艺焊接效率与质量的提升，创建自动焊工作及其相关工作的协调与管理系统，使焊接工作有标准可依、有规定可靠，以此确保焊接工作符合项目建设要求。协调与管理系统包括：长输管道设计与路线勘察的地形环境特征；钢管制造中焊接椭圆度与周长偏差的要求，提高焊口质量；建设项目扫线中对地面硬化度进行管理，保证焊口沉降在标准范围内；在布管时，确保管道支撑的稳定性；在超声波检测中，严格遵循设备的标准要求进行校验，保证管组口与基准线的准确性科学规划检测站与自动焊工作站的位置，确保反馈信息的高效与准确[3]。

3.2 合理规划自动焊工艺设备应用模式

自动焊工艺在长输管道的应用过程中，其质量与性能都在不断地改进与优化，应用技术得以创新升级。但是，在实际的施工过程中，牵扯到大量的自动焊操作人员技能培训、焊接设备定期保养与维修、备品备件的制备等工作。针对以上问题，最好的解决办法就是选择性的采购国产焊接设备，或者临时租借外国焊接设备，以保证技术支持与售后服务的及时性与可靠性，进而提升长输管道自动焊工艺的高效化加工与大范围应用。

3.3 完善自动焊施工组织方法

首先，为保证在项目建设过程中，降低由于焊接故障与必要保养维护工作对整体施工进度的影响，自动焊机组应合理储备备用设备与备件。科学规划焊接机组工作面，在流水作业模式下，制定协调性强、衔接度高的工序，以此确保焊接工作与监测工作的高效有序；其次，应稳固自动焊接机组内部人员的稳定性，并提升操作人员的操作技术水平，以此达成机组人员配合默契的建设目标，确保无损检测技术的实效性与高效性，实现焊接工作进度的快速提升与焊接质量的有效监管；再次，通过自主研发或向外引进，将先进性的焊接材料与配套的焊接设备进行匹配，在设备与材料高度一致的基础上，确保稳定送丝与电弧焊接；最后，提前对长输管道的所在地域的纵向坡度进行观察，以此规划相应的焊接施工方案，保证复杂地带自动焊接工艺的有效实施。

3.4 创新自动焊质量评判和检测方法

对超声波检测评价标准方面展开相应的创新研究，进一步研究自动超声波检测评判标准在我国长输管道焊接项目检测的可行性，并在此基础上对接好我国长输管道设计要求、施工标准。此外，国外在长输管道施工项目中，通常会采用多探头自动超声检测。这种检测手段与相控阵自动超声波检测有一定的相似性，均为小车读取环焊缝缺陷信息，计算机分析判断得出检测结果，不同点在于：多探头超声波检测对环境的包容性更强，能够完成多种环境下的自动检测。因此，我国应多尝试不同的调研技术，并在我国长输管道项目建设中逐渐进行试验应用工作。

3.5 明确自动焊工艺应用方向与定位

电弧跟踪技术与自动控制技术在先进性研究的支持下不断完善创新，自动焊配件规范化、设计模块标准化以及应用平台的完善都为自动焊工艺的操作提供了更加便捷的基础，相应的焊接工作与维护保养也愈加高效，使焊接操作人员梯队得以扩大。基于以上便利条件长输管道的焊接质量越来越符合发展要求，有效提升焊接技术与经济效益，实现长输管道焊接方式的多样化升级[4]。

4 结语

自动焊工艺作为长输管道建设工程中的先进性施工手段，是我国管道建设领域必须掌握的新方法与新工艺，有必要将其融合至实际的建设项目当中去。自动焊接工艺的应用优势不仅体现在焊口的内部质量中，还体现在焊口的外部质量上。因此，应为自动焊作业及其相关工作创建独立的技术系统，并努力提高此工艺操作人员的技术水平，实现整体建设质量的提升。