内自动焊机打底＋手工半自动焊在中乌天然气管道工程中的应用.pdf

EC T e c h n o lo g yI 工程技术 内自动焊机打底 手工半自动焊 在中乌天然气管道工程中的应用 ● 李加平马中清管道二公 司中亚项 目部江苏省徐州市2 2 1 0 0 8 摘要内 自动焊机打底 手工半 自动焊填盖是最新研发 的一种焊接工艺 ，它结合了内 自动焊和手工半 自动焊的优点 ， 在 中乌天然气管道 中得到成功应用 ， 并取得 了一系列可喜 的成绩 。本文从坡 口形式、 组对 方式、 焊接工艺参数等方面 介结 了内 自动焊机打底 手工半 自动焊技术 ， 并结合该工艺在 中乌天然气管道施工中的应用情况对工艺创新点进 行 了说 明。 关键词内 自动焊半 自动焊参数创新点 中图分类号 T G4 4 文献标 识码 B 文章编号 1 6 7 2 9 3 2 3 2 0 1 0 0 4 0 0 4 2 0 3 1工程概况 在 中 一乌天然气 管道工程 中，管道 二公司 承担 了 B标 段 2 5 6 k m 和新增 段 9 6 k in 的施 工任务 。管线起 于布 哈拉 市 以西 7 0 k in 处的 Z A0 1 9 9桩 ， 终止于乌哈边境 ， 管线全长 6 0 8 k m。 地形 以平原、 草场 、 戈壁和沙丘为主。 在地势起伏较小的地段 ， 工程首 次采用了内自动焊机打底 手工半 自动焊工艺， 充分利用 C RC 内自动焊机和手工半 自动焊 的优点 ，在 NO． i 线施 工 中，仅用 1 2 5个 有 效 工 日 ， 完 成 中1 0 6 7 X 1 5 ． 9 1 9 ． 1 主 管 线 焊 接 1 1 2． 9 kin 。 2内自动焊机打底 手工半自动焊技术 内自动焊机打底 十手工半 自动焊填盖是指采用管道内自动 焊机 英文缩写为 I WM， 即 I n t e r We l d i n g Ma c h i n e 在管道 内 部进行根焊道焊接 如图 l 所示 ， 然后采用手工自保护药芯焊 丝半 自动焊从外部进行热焊 、填 充焊 及盖面焊 操作 如 图 2所 示 的一种新 型焊接工 艺 ， 该工艺首 次在 中乌天然气管道 中得 以 应用 ， 其特点 是采用 了 自动 化程度高 、 焊接速 度快 、 施工 质量好 的管道内自动焊机进行根焊焊接 ， 根焊效率明显提高； 热焊、 填 充和盖面焊接则使用 目前操作简 单、 焊接质量好 、 效率较快的手 工 自保护药芯焊丝半自动下向焊接工艺， 两者结合， 优势互补。 2 ． 1坡 口形式 结合手工 半 自动焊 “ V” 形坡 口和全 自动焊复合 坡 口的各 自 特点，内自动焊机打底 手工半 自动焊填盖工艺采用复合坡 口 形式 ， 如图 3 所示 。坡 口采用坡 口机现场加工 ， 内坡 口面为满足 内焊机 的焊接 ， 采用“ V” 形 ， 外坡 V I 采用“ U” 形坡 口， 确保热焊焊 透和填 、 盖焊 接质量 ， 如 图 4所示。 4 2 I 石 油 化 工 建 设 1 0 ．0 4 图 1内自动焊机焊 图 2手工半 自动焊 2 ． 2组对方式 管 口组对 采用 内自动焊焊机 自带 的对 口器进行 ，对 口间隙 图 3坡 口形式 图 4坡 口加工 要求为 0 ～0 ． 5 ra m， 实际施工中一般均采用零间隙组对， 内坡 口 角度为 3 7 ． 5 。， 钝边 1 ． 8 ram； 外坡口底部弧度 R为 3 ． 2 ram， 上 部为 l 0 。；管壁厚度为 1 5 ． 9 ram或 1 9 ． i mm；组对时错边量 ≤ 3． 0 ram 。 2 ． 3焊接工艺参数 2 ． 3 ． 1焊接材料 如表 1 所示 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 ． 3 ． 2根焊 参数 在中乌天然气管道施工中， 内自动焊机采用 C RC全自动内 表 1焊接材 料一览表 焊机 ，由 4台林 肯焊机提供焊接 电源 其 中一 台用于 内焊道修 补 ，内焊机设 6个枪 头 ，将 圆周分成 6等份 ， 6把枪头各 负责 6 O 。， 每把焊枪都有单独的控制电路板， 自成系统。焊接过程中 l 、 2 、 3号焊枪先 打火焊接 ， 顺时 针完成 焊接 ， 如 图 5所 示 ， 接 着 6 、 5 、 4 号焊枪打火开焊 ， 逆时针完成焊接 ， 如 图 6所示 ， 这样整个 根焊道完成 ， 完成一道根焊道的纯焊接时 间为 9 4 s 。 根焊 6把焊枪参数的设置根据位置不同而不同，主要体现 在送丝速度和焊接电流方面， 焊接速度由旋转大盘统一控制， 各 日 日 图 5 内焊机顺 时针施焊示意 图 图 6内焊机逆时针施焊示意图 焊枪的焊接速度全部一致 ， 其参数范 围如表 2所示 。 2 ． 3 ． 3手工半 自动焊参数 手工半 自动焊 采用林 肯焊 机供 电， 送 丝系统为 L N一 2 3林 肯 送丝机。 为确保热焊与根焊间焊 道焊透而又不至烧穿 ， 热焊焊接 电流和 电压 的选 择尤为重要 ，一般采用大 电流 、高速度进行焊 接 ， 其它填充 、 盖面焊就 按正常的手 工半 自动焊焊 接操 作 即可。 手工半 自动焊 包括热焊 l 遍 ， 填 充焊根据 壁厚为 3 ～5 遍 根据 壁厚 不同而不同 ， 盖 面焊 1 遍 ， 不需要排焊 ， 焊接参 数如表 3所 不 。 3内自动焊机打底 手工半自动焊技术的创新点 3 ． 1内自动焊机打底 手工半自动焊技术在长输管道施工中首 次采用 该工艺结合手工药芯焊丝半自动下向焊工艺成熟、填盖效 率高的特点， 与管道 内自动焊机打底效率高、 质量好的特点相结 合， 首次在中乌天然气管道中得以应用和推广， 形成了一种新的 管道焊接工艺模式 。 3 ． 2采用内自动焊机打底， 施工工效明显提高 根据现场实际测算 ，采用内自动焊机打底工艺完成直径 1 0 6 7 mm 管道根焊 平均 为 9 4 s ， 而 同样 的管径 ， 采用直 径 4 ． O mm 纤维素焊条 ， 三名 电焊工 同时进行 根焊 ， 完成 一道 焊 V J 所耗用 的 时间平均为 5 mi n 3 0 0 s 左右 。 3 ． 3根焊道不 需进行打磨清渣 管道 内焊机采用气体保护方式进行焊接 ，根焊道表面及背 面均没有焊渣 ， 无 需进行清渣 。而 采用 手工 电弧焊打底工 艺时 ， 必须在根焊道完成后花费 4 ～6 mi n进行清渣处理。 3 ． 4填充金属量少 ， 填充盖面时间短 ， 减少材料成本 采用 “ 内焊机打 底 半 自动焊 ” 工 艺时 ， 钢管采用双 面坡 口 形式 ， 即管 内侧为 V形坡 口， 管外侧为 U 形坡 口。 而管道施工 中 最常使用 的“ 手工 电弧焊打底 半 自动焊” 工 艺一 般均 采用单面 V形 带钝边 坡 口形式。 以 1 0 6 7 1 5 ． 9 ram 钢管 为例 ， 采 “ 内 焊机 打底 半 自动焊 ”工 艺焊接一道焊 口所 需的填 充金属量 可 节省 约 1 ． 2 1 k g 。 3 ． 5焊接质量高 手工电弧焊打底， 焊接质量受人为因素影响较大， 根焊道常 出现的焊接缺陷种类较多， 如未焊透、 单边未熔合、 咬边等。 而采 用 内焊机焊接根焊 ， 因为 完全 是全 自动 的机械化焊 接 ， 人为 因素 影响较小， 所以焊接质量容易得到保证。同时由于内焊机焊接根 焊时采用 零间 隙组对 ， 根 焊道厚度 均可达 到 3 ． 5 mm 左右 ， 焊接 热焊时不容易产生烧穿或 内凹等缺 陷。 而手工 电弧焊打底时 ， 根 焊道 厚度往往会 因根焊 工焊 接速度 的快慢 而薄不均 ，当根焊道 偏薄时， 热焊时便容易产生烧穿或内凹等缺陷。 表 2中乌天然气管道 C R C内自动焊 参数 | 直 径 薯 j ＼ | t ∞ t l 萋 v 慧 ＼ 鬻 送 丝 遵 葭 |僻 搔 罄 镰 持 _ 、m | 。 馓 性 j | 速褒m ／ “ 。 囊 |气体 配比 自棚_ L ／ | 1 E R 7 0 S G O ． 9 D C 1 8 0 ～2 1 O 1 8 ～2 2 3 8 0 ～4 0 0 6 5 ～8 5 7 5 ％Ar 2 5 ％C O 2 3 0 ～4 0 2| |E R T O S G O , 9 Q | 毫 2 ∞～ 2 j | 。 2 叠 ～ | |锈_ 踮 1 5 ％ ％ ￡ Q t 薯 l铃～ Q 3 E R 7 O S G O ． 9 D C 1 8 O～2 1 0 1 8 ～2 2 3 8 0 4 0 0 6 5 ～8 5 7 5 ％Ar 2 5 ％C O 2 3 0 ～4 0 | 4| | 踊 乏 G - ≥ I 时 、 钓 _ 2 、 Q i 8 2 2 ； 鼬～ | _ | 曩 5 ％ 昏 一 卜的 5 E R 7 0 S G 0 ． 9 D C 2 0 0 ～2 3 0 2 0～2 4 4 0 0～4 2 0 6 5～8 5 7 5 ％Ar 2 5 ％C O 2 3 0 ～4 0 色| |聃嗡_ G Q I 。| 、 鹋 ～ m|i | 、 8 ～ 链 | 。| 3 钓 每 鹋 | 瞒～ 7 5 ％ z 5 ％ c o i | ～ 媳 表 3 中乌天然气 管手工半 自动焊参数 遵 } 焊 号 】 氢 径n 1m _ } 榜 |性 _ I 一 惬V 遮 丝 速 度 zm 鹾 婚 基 受 f n ／ n j 鲭墩 _ I句 热焊 E 8 1 T 8 一 G 2 ． 0 D C 一 2 4 0 ～2 8 0 1 8 ～2 2 1 0 0 ～1 2 0 2 5 ～3 0 下 向焊 | 碡 瀛l 霉 E 色 I- IG | 薯 |Q 薯 l | 2 钓 ～ 2 ∞j 蠹 强 。 赣 鬣 蠹 | _ 、 l t 薯 薯 。 ～ 蕊警 毒 譬 t 憾f 盖面 E 8 1 T 8 一 G 2 ． 0 D C 一 2 2 0 ～2 4 0 1 8 ～2 2 8 5 ～1 O 0 1 5 ～2 5 下 向焊 下转 4 6页 石 油 化 工 建 设 1 0 ．o 4 I 4 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m EC T e c h n o lo g y I 工程技术 表3使用不同焊接电流铁素体含量对比表 表 4使用不 同电弧 电压铁素体含量对 比表 3 不同层间温度及冷却方式对铁素体含量的影响。如表 5所示， 从铁素体含量测量的结果可以看出 层温控制采用水冷 控制时 ， 焊缝金属 中铁 素体 含量最高 ， 空冷且 层温≥5 O 0 ℃时 ， 焊 缝金属中铁素体含量最低，空冷 室温的焊缝金属中铁素体含 量居中。造成铁素体含量差异的主要原因有两方面 首先， 试件 焊接完后立 即水 冷 ， 可 以缩短 高温焊 缝与空气的接触时 问 减小 增氮量和元素的氧化烧损 ； 其次， 层温的高与底 ， 对焊接起到不 同程度的预 热作 用 ， 影响 了焊接 时的最高温度 ， 从而影响了焊逢 合金元素的烧损 ， 以致减少焊逢 中铁素体的含量。因而可得出， 表 5使用不同层间温控 方法铁 素体含 量对 比表 萋 强 搪 瀛 | ＼ t 一龟 弧 电 医 f、 一 蜗 c9 Q 1 0 0 A I 约2 3 水冷至室温 1 0 ． 5 1 、 ∞ | ＼ | 2 3 穗 l l ll爨奄 誊 漕 ＼ 1 l l 1 O O A 约 2 3 空冷温度5 0 0 。 C 3 ． 3 。 】 根 焊 接I 1 ．5 2 ra in I 5 - 7m in l鑫 宕 焊 机 l 4 6 1 石 油 化 工 建 设 1 0 ．o 4 采用空冷至室温的冷却方式， 焊缝铁素体含量符合目标要求。 4 不 同的电弧长度对铁素体含量的影响 。 如表 6所示 。 从 实验中铁素体含量测量的结果可以看出焊缝中铁素体的含量 随焊接 电弧长度的减小而增大 。 分析原 因系 电弧拉长时 ， 焊缝金 属中氮含量增 加 ，从而导致焊缝 中铁索体 含量减少 。因而可得 出， 采用短电弧焊接方法， 焊缝中铁素体含量符合目标要求。 表 6焊接 时采用不 同的 电弧长度铁索体含量对比表 誊 惧接电 瀛t 吣 | 萋 龟 弧电 珏 焊接时电弧长 度 铁熹 食量℃ 1 O O A 约 2 3 长 电弧 1 ． 3 l＼ 、 强 _ 终2 3 疆 t 黾 弧 霉 1 0 0 A 约 2 3 短电弧 5 ． 8 4实际效果 通过对实验的认真分析和实施，找到影响焊缝铁素体含量 关键因素中， 最适合焊接工艺参数和温控方法， 并实际应用于加 氢二合--／ [ I 热炉的 T P 3 2 1 炉管的焊接过程中，通过实际测量， 所有的焊逢金属中铁素体含量均在 4 ～8之间， 完全符合图纸设 计要求， 分析和现场实验的日标完全实现。 通过现场分析实验和工程施工实践，提高了公司炉管焊接 的技术水平 ， 也锻炼了公司的焊 接技术管理 队伍 的创新能力 。 为 现 场加热炉炉管焊接 施工起到了关键作用 ，分析实验达到 了预 期效果。 参考文献 1王正樵 ， 吴幼林 ． 不锈钢 2 肖纪美 ． 不锈钢的金属学 问题 3 张文钺 ． 金属熔焊原理及工艺 4质量专业理论与务实 ． 北京 中国人事 出版社 ， 2 0 0 7 收稿 日期 2 0 1 0 - 3 -2 0 4内自动焊机打底 手工半自动焊技术应用情况 在 中乌天然气管道工程 中 ， 管道二公司 I WM 机组采用 内自 动焊机打底 手工半自动焊技术 ， 于 2 0 0 8 年 l 1月2 5日正式打 火开焊， 在前期混合气供应不足和设备故障频繁的情况， 项目部 仍坚持推广该工艺， 1 2月 1 5日， 机组趋于正常， 焊接速度和质量 步步提升。2 0 0 9年 5月， I WM机组以月焊接焊口3 0 6 9道， 日平 均焊接焊 口 9 9道的好成绩受到业 主、 局 E P C项 目部一致好评 。 机组于 5月 2 2日一举创 下 日焊接 1 5 8道 口的中亚管道全 线该 工艺的最高纪录。 截至 2 0 0 9年 1 2 月 3 0日， 管道二公司 I WM机 组在 中乌管道工程施工 中累计焊接道 口， 长度 1 7 8 k m， 焊接一次 合 格 翠 9 5 ． 5 ％。 5结束语 内 自动焊机 打底 手工半 自动焊技术是最新研发的一种焊 接工艺形式 ， 该工 艺首次在 中亚天然气管道 中应用 ， 并在 中乌天 然气管道施工中取得了巨大的成功。内自动焊机打底 手工半 自动焊技术充分发挥了全自动内焊机和手工半自动焊的优点， 形成强强组合 ，为 中乌天然气管道工程 NO． 1 线主体提前完工 和 NO． 2线施工作 出了巨大 的贡献 ，同时创造了可喜的经济效 益 。 该 工艺成功 的推广和应用 ， 也为今后国内外大 口径长输管道 施工提供 了一种新的焊接工艺模式。 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 1 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m