智慧管网交流山区管道全自动焊技术研究课件

山区管道全自动焊技术研究山区管道全自动焊技术研究1目录一 研究背景二 关键技术三 实践与效果1目录一 研究背景1一、研究背景（一）为何开展山区管道全位置自动焊技术研究1、管网发展需求近期内我国油气管网将迎来新一轮建设高峰，新增十万公里。我国山区面积占国土面积三分之二，山区管道占比越来越大，如中缅、中贵管道山区占比70%。需要研究山区管道全自动焊接技术来满足管道高速发展。2一、研究背景（一）为何开展山区管道全位置自动焊技术研究2一、研究背景2、建设高质量管道需求中缅、中贵管道采用手工焊和半自动焊焊接技术，受人为因素影响，焊接质量不稳定，有问题的焊口占有一定比例。需要研究山区管道全自动焊接技术来满足高质量管道建设。3一、研究背景2、建设高质量管道需求3一、研究背景3、全自动焊接施工技术优势从应用情况看，全自动焊接施工技术优势在于焊接工艺参数易控制、焊接过程稳定、焊缝力学性能优良、焊接参数可实时采集与传输，较大提高了焊接质量和焊接效率（综合效率是半自动焊的2-3倍）；手工焊、半自动焊受人为因素影响大，焊接质量不易控制，焊接效率低下。4一、研究背景3、全自动焊接施工技术优势4一、研究背景（二）现有焊接技术1、中俄东线全自动焊接技术目前，国内外大口径油气管道在平原地区已实现沟上全自动焊接（如中俄东线等），其主要使用条件：坡度小于12°、土质管沟、作业面大、施工断点少。5一、研究背景（二）现有焊接技术5一、研究背景2、山区管道焊接技术山区管道不同于平原管道，具有起伏频繁、坡度大、坡长面窄、土层薄、石方长、弯头多、施工断点多等特点，严重约束了沟上全自动焊接技术的使用，仍然采用手工焊和半自动焊。据统计，中缅管道坡度≤25°的占比90%。6一、研究背景2、山区管道焊接技术6一、研究背景（三）焊接技术展望为适应油气管网建设需求，获得高质量的管道焊口，发展山区管道全位置自动焊接技术是非常必要的。山区管道全位置自动焊关键技术：1、坡度25°及以下沟下全自动焊接技术2、大坡度全自动焊接技术7一、研究背景（三）焊接技术展望7目录一 研究背景二 关键技术三 实践与效果8目录一 研究背景8二、关键技术（一）坡度25°及以下沟下全自动焊接技术管沟成型后，在管沟内采用内自动焊机+外双焊炬自动焊机，实现坡度25°带曲率半径6D热煨弯管的管道焊口全自动焊接流水作业。主要涉及到内焊机研发、限坡度设计、作业带设计、施工机具适应性技改、沟下流水作业施工技术等。9二、关键技术（一）坡度25°及以下沟下全自动焊接技术9二、关键技术1、内焊机研发（1）内焊机技术现状现有工程使用的内焊机适应12°的纵向坡度，适应曲率半径为40D的冷弯管。不能适应山区管道沟下全自动焊接，需进行山区内焊机研发。10二、关键技术1、内焊机研发10二、关键技术（2）山区管道内焊机研制的山区用內焊机，从结构、动力、制动等方面进行研发，突破了爬坡能力和过弯能力（能通过6D热弯、爬坡25°），解决了25°及以下山区地形內焊机技术的适用性。11二、关键技术（2）山区管道内焊机11二、关键技术2、线路限坡度设计通过路由选择和线路纵断面设计控制管道坡度25°及以下，同时减少施工断点，实现管道沟下全自动焊接。12二、关键技术2、线路限坡度设计12二、关键技术3、作业带专项设计通过管线作业带宽度、坡度和地耐力、截排水、水工保护设计，为管道沟下全自动焊接提供施工条件。13二、关键技术3、作业带专项设计13二、关键技术4、施工机具适应性技改（1）山区布管机山区布管机是管道山区施工过程中运管、布管、对口等专用设备，自重44吨、履带宽度600毫米、加装了辅助履带助推装置，提高设备山地施工性能，在25°坡道稳定工作。14二、关键技术4、施工机具适应性技改14二、关键技术（2）移动电站经技改后的移动电站，爬坡能力不小于25°；附加牵引时，爬坡能力不小于35°。增加坡道驻车装置，在25°坡道上正常工作。配置电流、电压、频率稳压装置和360°全回转折叠吊臂。15二、关键技术（2）移动电站15二、关键技术（3）机械防腐集抛丸除锈、中频加热和红外线加热一体的机械防腐车，增加坡道驻车装置，可实现坡度≤25°防腐补口作业。16二、关键技术（3）机械防腐16二、关键技术5、施工工序施工准备线路交桩测量放线管沟开挖焊接清管组对二次布管坡口加工一次布管检测补口补伤回填清管试压干燥（气）地貌恢复完工交接竣工验收返修平作业带注：液体管道取消干燥工序。17二、关键技术5、施工工序施工准备线路交桩测量放线管沟开挖焊接二、关键技术6、沟下流水作业施工组织挖掘机扫线完成作业带整理和碾压；机械开挖管沟和焊坑，形成有5km左右的连续焊接作业面。吊管机进行布管和组对。移动电站提供焊接电源。内焊机进行对口和根焊。双焊炬自动焊机进行填充和盖面焊接。AUT无损检测。机械防腐补口。水工砌筑和管沟回填。18二、关键技术6、沟下流水作业施工组织18二、关键技术（二）大坡度全自动焊接技术采用自适应单焊炬自动焊机与内（外）对口器协同作业，可实现管道大坡度焊口和连头口全自动焊接。主要涉及到外焊机和内对口器研发、焊接工艺及焊接接头质量控制等。19二、关键技术（二）大坡度全自动焊接技术19二、关键技术1、自适应自动焊机研制的自适应自动焊机，可实现管道大坡度焊口和连头口“根焊-填充-盖面”全自动焊接。20二、关键技术1、自适应自动焊机20二、关键技术2、山区内对口器研制的山区内对口器，可适用于坡度40°的焊口内对口，并能通过曲率半径为6D的热煨弯管。21二、关键技术2、山区内对口器21二、关键技术3、焊接工艺内焊机+双焊炬自动焊焊接工艺。6G位单焊炬自动焊焊接工艺。22二、关键技术3、焊接工艺22二、关键技术4、焊口质量控制焊接接头未熔合控制焊接接头微观组织性能和断裂韧性焊接接头缺陷容限分析与工程临界评估（ECA）焊接接头残余应力及致裂边界条件23二、关键技术4、焊口质量控制23二、关键技术焊接接头未熔合控制以焊接温度场分布和流场判断焊接接头熔合情况，提出热输入、摆宽、摆频、焊速等大坡度自动焊焊接接头未熔合控制措施。焊接接头微观组织性能和断裂韧性对焊接接头进行了RT检测、组织观察、拉伸、弯曲、-20℃夏比冲击及CTOD系列试验，判别焊接工艺可行性。焊接接头缺陷容限分析与工程临界评估（ECA）通过大量的X70钢焊接接头性能试验数据，制作了ECA所需的FAD图，开发了基于BS7910标准的工程临界评估（ECA）软件。焊接接头残余应力及致裂边界条件研究了大坡度焊接接头残余应力分布情况，获得了附加应力对焊接接头残余应力的影响规律，得到了连头口应力集中点及致裂边界条件。24二、关键技术焊接接头未熔合控制24二、关键技术5、大坡度全自动焊施工组织陡坡段施工采用单焊炬自动焊工艺。配置1个工作站的机组施工。方案一采用轻轨或者索道布管，逐根管道组对焊接（作业带允许的情况下，也可采用之字形道路，搭设施工平台）；方案二可采用自动焊预制，吊装到位，该方案适用于短陡坡地段。25二、关键技术5、大坡度全自动焊施工组织25目录一 研究背景二 关键技术三 实践与效果26目录一 研究背景26三、实践与效果（一）试验对山区管道全位置自动焊技术的装备性能、焊接工艺和施工工序等进行试验。试验场地坡度25°场地试验45°工作台试验27三、实践与效果（一）试验试验场地坡度25°场地试验45°工作三、实践与效果（二）工程实践山区管道全位置自动焊技术以保山改线项目为示范工程。序号名称数量隧道合计1坡度小于12°12°-25°大于25°25°2长度（km）39.287.470.545.1152.43占比（%）7514.31.09.710028三、实践与效果（二）工程实践序号名称数量隧道合计1坡度小于1三、实践与效果（三）效果山区管道全位置自动焊技术中俄东全自动焊技术半自动焊技术地形适应于山区管道适应于平原管道不限主要焊接技术坡度25°及以下采用内焊机+双焊炬的沟下全自动焊接工艺。坡度大于25°焊口、连头焊口采用单焊炬自动焊焊接工艺。坡度小于12°焊口采用内焊机+双焊炬的沟上全自动焊接工艺。连头焊口采用手工焊+单焊炬自动焊机的焊接工艺。手工焊和半自动焊的焊接工艺。弯管适应曲率半径6D热煨弯管适应曲率半径40D冷弯管不限符合率100%焊口全自动焊接96.5%焊口全自动焊接无功效山区平均每天10个焊口平原平均每天15个焊口山区平均每天2-4个焊口质量焊接工艺参数易控制、焊接过程稳定、焊缝力学性能优良。全自动焊与半自动焊组合，焊接过程稳定、焊缝力学性能优良焊接工艺纪律不易控制，焊缝性能离散性大。29三、实践与效果山区管道全位置自动焊技术中俄东全自动焊技术半自山区管道全自动焊技术研究山区管道全自动焊技术研究31目录一 研究背景二 关键技术三 实践与效果1目录一 研究背景1一、研究背景（一）为何开展山区管道全位置自动焊技术研究1、管网发展需求近期内我国油气管网将迎来新一轮建设高峰，新增十万公里。我国山区面积占国土面积三分之二，山区管道占比越来越大，如中缅、中贵管道山区占比70%。需要研究山区管道全自动焊接技术来满足管道高速发展。2一、研究背景（一）为何开展山区管道全位置自动焊技术研究2一、研究背景2、建设高质量管道需求中缅、中贵管道采用手工焊和半自动焊焊接技术，受人为因素影响，焊接质量不稳定，有问题的焊口占有一定比例。需要研究山区管道全自动焊接技术来满足高质量管道建设。3一、研究背景2、建设高质量管道需求3一、研究背景3、全自动焊接施工技术优势从应用情况看，全自动焊接施工技术优势在于焊接工艺参数易控制、焊接过程稳定、焊缝力学性能优良、焊接参数可实时采集与传输，较大提高了焊接质量和焊接效率（综合效率是半自动焊的2-3倍）；手工焊、半自动焊受人为因素影响大，焊接质量不易控制，焊接效率低下。4一、研究背景3、全自动焊接施工技术优势4一、研究背景（二）现有焊接技术1、中俄东线全自动焊接技术目前，国内外大口径油气管道在平原地区已实现沟上全自动焊接（如中俄东线等），其主要使用条件：坡度小于12°、土质管沟、作业面大、施工断点少。5一、研究背景（二）现有焊接技术5一、研究背景2、山区管道焊接技术山区管道不同于平原管道，具有起伏频繁、坡度大、坡长面窄、土层薄、石方长、弯头多、施工断点多等特点，严重约束了沟上全自动焊接技术的使用，仍然采用手工焊和半自动焊。据统计，中缅管道坡度≤25°的占比90%。6一、研究背景2、山区管道焊接技术6一、研究背景（三）焊接技术展望为适应油气管网建设需求，获得高质量的管道焊口，发展山区管道全位置自动焊接技术是非常必要的。山区管道全位置自动焊关键技术：1、坡度25°及以下沟下全自动焊接技术2、大坡度全自动焊接技术7一、研究背景（三）焊接技术展望7目录一 研究背景二 关键技术三 实践与效果8目录一 研究背景8二、关键技术（一）坡度25°及以下沟下全自动焊接技术管沟成型后，在管沟内采用内自动焊机+外双焊炬自动焊机，实现坡度25°带曲率半径6D热煨弯管的管道焊口全自动焊接流水作业。主要涉及到内焊机研发、限坡度设计、作业带设计、施工机具适应性技改、沟下流水作业施工技术等。9二、关键技术（一）坡度25°及以下沟下全自动焊接技术9二、关键技术1、内焊机研发（1）内焊机技术现状现有工程使用的内焊机适应12°的纵向坡度，适应曲率半径为40D的冷弯管。不能适应山区管道沟下全自动焊接，需进行山区内焊机研发。10二、关键技术1、内焊机研发10二、关键技术（2）山区管道内焊机研制的山区用內焊机，从结构、动力、制动等方面进行研发，突破了爬坡能力和过弯能力（能通过6D热弯、爬坡25°），解决了25°及以下山区地形內焊机技术的适用性。11二、关键技术（2）山区管道内焊机11二、关键技术2、线路限坡度设计通过路由选择和线路纵断面设计控制管道坡度25°及以下，同时减少施工断点，实现管道沟下全自动焊接。12二、关键技术2、线路限坡度设计12二、关键技术3、作业带专项设计通过管线作业带宽度、坡度和地耐力、截排水、水工保护设计，为管道沟下全自动焊接提供施工条件。13二、关键技术3、作业带专项设计13二、关键技术4、施工机具适应性技改（1）山区布管机山区布管机是管道山区施工过程中运管、布管、对口等专用设备，自重44吨、履带宽度600毫米、加装了辅助履带助推装置，提高设备山地施工性能，在25°坡道稳定工作。14二、关键技术4、施工机具适应性技改14二、关键技术（2）移动电站经技改后的移动电站，爬坡能力不小于25°；附加牵引时，爬坡能力不小于35°。增加坡道驻车装置，在25°坡道上正常工作。配置电流、电压、频率稳压装置和360°全回转折叠吊臂。15二、关键技术（2）移动电站15二、关键技术（3）机械防腐集抛丸除锈、中频加热和红外线加热一体的机械防腐车，增加坡道驻车装置，可实现坡度≤25°防腐补口作业。16二、关键技术（3）机械防腐16二、关键技术5、施工工序施工准备线路交桩测量放线管沟开挖焊接清管组对二次布管坡口加工一次布管检测补口补伤回填清管试压干燥（气）地貌恢复完工交接竣工验收返修平作业带注：液体管道取消干燥工序。17二、关键技术5、施工工序施工准备线路交桩测量放线管沟开挖焊接二、关键技术6、沟下流水作业施工组织挖掘机扫线完成作业带整理和碾压；机械开挖管沟和焊坑，形成有5km左右的连续焊接作业面。吊管机进行布管和组对。移动电站提供焊接电源。内焊机进行对口和根焊。双焊炬自动焊机进行填充和盖面焊接。AUT无损检测。机械防腐补口。水工砌筑和管沟回填。18二、关键技术6、沟下流水作业施工组织18二、关键技术（二）大坡度全自动焊接技术采用自适应单焊炬自动焊机与内（外）对口器协同作业，可实现管道大坡度焊口和连头口全自动焊接。主要涉及到外焊机和内对口器研发、焊接工艺及焊接接头质量控制等。19二、关键技术（二）大坡度全自动焊接技术19二、关键技术1、自适应自动焊机研制的自适应自动焊机，可实现管道大坡度焊口和连头口“根焊-填充-盖面”全自动焊接。20二、关键技术1、自适应自动焊机20二、关键技术2、山区内对口器研制的山区内对口器，可适用于坡度40°的焊口内对口，并能通过曲率半径为6D的热煨弯管。21二、关键技术2、山区内对口器21二、关键技术3、焊接工艺内焊机+双焊炬自动焊焊接工艺。6G位单焊炬自动焊焊接工艺。22二、关键技术3、焊接工艺22二、关键技术4、焊口质量控制焊接接头未熔合控制焊接接头微观组织性能和断裂韧性焊接接头缺陷容限分析与工程临界评估（ECA）焊接接头残余应力及致裂边界条件23二、关键技术4、焊口质量控制23二、关键技术焊接接头未熔合控制以焊接温度场分布和流场判断焊接接头熔合情况，提出热输入、摆宽、摆频、焊速等大坡度自动焊焊接接头未熔合控制措施。焊接接头微观组织性能和断裂韧性对焊接接头进行了RT检测、组织观察、拉伸、弯曲、-20℃夏比冲击及CTOD系列试验，判别焊接工艺可行性。焊接接头缺陷容限分析与工程临界评估（ECA）通过大量的X70钢焊接接头性能试验数据，制作了ECA所需的FAD图，开发了基于BS7910标准的工程临界评估（ECA）软件。焊接接头残余应力及致裂边界条件研究了大坡度焊接接头残余应力分布情况，获得了附加应力对焊接接头残余应力的影响规律，得到了连头口应力集中点及致裂边界条件。24二、关键技术焊接接头未熔合控制24二、关键技术5、大坡度全自动焊施工组织陡坡段施工采用单焊炬自动焊工艺。配置1个工作站的机组施工。方案一采用轻轨或者索道布管，逐根管道组对焊接（作业带允许的情况下，也可采用之字形道路，搭设施工平台）；