长输管道施工常用焊接方法简介及性能比较

长输管道工程常用焊接方法简介及性能比较华油工建第五工程处2010年12月14日根据我国管道施工企业的经济实力、人员的技术水平、设备情况和环境状况，目前长输管道工程采用的焊接方法有：①手工焊条上向焊；②手工焊条下向焊；③自保护药芯焊丝半自动焊；④STT气体保护半自动焊；⑤管道全位置自动焊；⑥埋弧自动焊(双管联焊)。1手工焊条上向焊焊接工艺简介1.1用途主要用于中小管径和焊缝的返修焊接。1.2工艺特点①焊接设备简单，只需要一台手工弧焊电源；②焊接材料：根焊道采用E6010焊条(在外部返修根焊道缺陷时用)，其它焊道采用E5015(CHE507GX)焊条；③操作难度较大；④焊缝无损检测合格率较低；⑤焊缝力学性能较好，特别是具有较高的塑韧性和抗裂性；⑥焊接效率低。2手工焊条下向焊焊接工艺简介2.1用途主要用于中等管径的焊接，也用于较大管径，山区等地形较复杂，自动焊和半自动焊设备无法进入的地段或连头焊口的焊接。2.2工艺特点①焊接设备简单，只需性能优良的手工弧焊直流电源；②根焊道焊接采用E6010纤维素焊条，此焊条的操作性能良好，具有中等操作水平的焊工就可焊出合格的焊缝；③热焊道采用E8010-G纤维素焊条，此焊条同样具有良好的操作性能；④填充、盖面焊道采用E8018-G低氢下向焊焊条，此焊条的操作性能较差；⑤焊缝无损检测合格率比手工上向焊高，但比纤维素焊条下向焊和药芯焊丝下向焊低；⑥焊缝力学性能较好，具有较高的塑韧性和抗裂性；3自保护药芯焊丝半自动下向焊焊接工艺简介自保护药芯焊丝半自动下向焊，目前采用了4种根焊焊接方法，分别是纤维素焊条下向焊、低氢焊条上向焊、STT半自动焊和RMD半自动焊。3.1用途药芯焊丝半自动下向焊，目前是我国长输管道工程的主要焊接方法之一。3.2工艺特点3.2.1焊条电弧焊(根焊)+自保护药芯焊丝半自动焊(填充、盖面焊)的工艺特点①焊接设备比较简单，只比手工焊增加一台送丝机；②焊接材料：根焊道采用E6010纤维素焊条，其它焊道采用E71T8-Ni1药芯焊丝；③此焊接方法具有较强的抗风能力，在风力不大于10m/s的情况下，风速对焊接质量无明显的影响；④焊缝无损检测合格率高；⑤焊缝的力学性能较好，但焊缝的塑韧性值(特别是低温韧性)具有较大的分散性；3.2.2STT(或RMD)半自动焊(根焊)+自保护药芯焊丝半自动焊(填充、盖面焊)工艺特点由于填充、盖面焊用的焊接方法与相同，这里主要介绍STT和RMD半自动焊的工艺特点。①电弧燃烧稳定；②操作容易；③飞溅极小；④焊缝成形美观；⑤焊接烟尘和噪声小；⑥焊接成本较低；⑦与手工焊相比焊接效率较高；⑧抗风能力较差。⑨由于STT根焊焊道的厚度一般可达4mm，且不需用砂轮机进行清理，所以在焊接药芯焊丝半自动焊后续焊道时，不易产生烧穿现象。4管道全位置自动焊焊接工艺简介目前我国采用的管道自动焊设备主要有PAW2000、NOREAST、CRC、PWT和RMS等自动焊设备。焊接工艺组合如下：①STT(或RMD)半自动焊+PAW2000管道外焊自动焊；②STT(或RMD)半自动焊+NOREAST管道外焊自动焊；③STT(或RMD)半自动焊+CRC管道外焊自动焊；④CRC管道内外自动焊；⑤NOREAST自动内焊焊+PAW2000管道外焊自动焊；⑥NOREAS自动内焊焊+NOREAST管道外焊自动焊；⑦NOREAST自动内焊焊+CRC管道外焊自动焊；⑧PWT外焊自动焊(根焊)+PAW2000管道外焊自动焊；⑨PWT外焊自动焊(根焊)+NOREAST管道外焊自动焊⑩STT(或RMD)半自动焊+RMS管道外焊自动焊。4.1根焊焊接工艺4.1.1管道内焊自动焊管道内焊自动焊设备是一种专门用于管道内焊根焊道的焊接设备。φ1016管道内焊机，有6个焊接机头，左右两侧各三个。每个机头分别焊接60°+5mm范围焊道的焊接。左(或右)侧的三个机头同时焊接，左(或右)侧焊接完成后，右(或左)侧的三个机头同时开始焊接，焊接方向都是下向焊。φ1219管道内焊机，有8个焊接机头，左右两侧各4个。每个机头分别焊接45°+5mm范围焊道的焊接。左(或右)侧的4个机头同时焊接，左(或右)侧焊接完成后，右(或左)侧的4个机头同时开始焊接，焊接方向都是下向焊。此焊接设备的最大优点是焊接速度快，焊接一道根焊焊道的纯焊接时间只需100s左右。但此焊接设备通常只能适用一种管径钢管的焊接以及对管口的组装质量要求较高，这是此焊接设备的两个缺陷。图1内焊机管道自动焊坡口型式·5~15°80~90°75~90°4.1.2PWT管道自动焊PWT管道自动焊设备是一种从管外部焊接根焊焊道、填充焊道和盖面焊道的管道自动焊设备。PWT管道自动焊设备在西气东输管道工程主要用于根焊道的焊接。PWT管道自动焊设备主要由柴油机驱动的焊接电源、焊接电流控制系统、焊接小车控制系统、供气系统、冷却系统、焊接小车、编程器和焊接小车轨道等部分组成。表1PWT焊接系统与内焊机焊接系统比较项目PWT自动焊系统内焊机焊接系统机头所处位置管外部管内部机头数量(个)26（8）焊接方向下向下向焊接时间(s)240100辅助时间(min)88PWT焊接系统与内焊机焊接系统的主要区别见表1。4.2填充盖面焊焊接工艺4.2.1PAW2000管道自动外焊机PAW2000管道自动焊设备是由管道特种机械研究所研制的，全套设备由焊接小车、焊接小车轨道、计算机自动控制柜、手持操作盒、笔记本电脑、气体配比器、气瓶和电源等组成。PAW2000管道自动焊设备是用计算机精确控制各焊接位置的焊接工艺参数，自动控制的工艺参数有：送丝速度、焊接速度、摆动幅度、摆动速度、两侧停留时间。只要参数设定准确、焊工操作得当，可焊接出除根焊道外的各种优质焊道。焊枪的摆动方式为平摆，可焊接V型、U型及复合型坡口，一次焊接焊道的最大宽度为30mm。4.2.2NOREAST管道自动外焊机NOREAST管道自动外焊机是从英国引进的，也是较早应用于我国管道工程的管环焊缝自动焊设备。全套设备包括焊接小车、小车轨道、控制箱、焊接参数输入器、供气系统和电源等。NOREAST管道自动外焊机是用计算机控制各焊道的焊接工艺参数，在焊接过程中计算机不能对焊接参数进行自动调节，部分工艺参数可在一定的范围内手动调节。自动控制的工艺参数有：送丝速度、焊接速度、摆动频率。只要参数设定准确、焊工的操作水平较高即可焊接出除根焊道外的各种优质焊道。焊枪的摆动方式为角摆，可焊接V型、U型及复合型坡口，一次焊接焊道的最大宽度为15mm。4.2.3CRC管道自动外焊机CRC管道自动外焊机是从美国引进的管道自动焊设备，全套设备包括焊接小车、小车轨道、控制箱、焊接参数输入器、供气系统和电源等。分为P200、P260、P600等。P200和P260焊机是单焊枪焊机，可用于全部外焊焊道的焊接。P600是双焊枪焊机，可用于填充和盖面焊道的焊接。通常情况下焊接填充焊道时，两焊枪一次焊接完成两层焊道；焊接盖面焊道时，两焊枪完成一层排焊时道。图2CRC焊道示意图5双管联焊工艺简介由于我国交通条件的限制，长输管道钢管的长度一般为12m左右。如果钢管的长度能增加一倍，则现场的施工进度会大大加快，且可降低施工成本。为了解决这一问题，在运输条件允许的施工作业带附近设立双管联焊作业站。即在双管联焊作业站内将二根钢管联接成一根长度为24m左右的长钢管。这样在施工现场可减少一半的焊接量。当管道工程管径大、管壁厚进，采用双管联焊工艺其优势会更加明显。双管联焊焊接工艺通常有如下三种：一是，纤维素焊条下向焊接根焊焊道，埋弧自动焊在滚轮架上连续焊接填充和盖面焊道；二是，采用STT半自动下向焊焊接根焊焊道，埋弧自动焊在滚轮架上连续焊接填充和盖面焊道；三是，改变钢管原有的坡口型式，在钢管的内外各焊接一道埋弧自动焊焊道。一和二的焊接效率与三相比低，但不需改变坡口型式，在出厂钢管的原坡口上进行焊接。三的焊接效率较高，但需重新加工坡口。6各种焊接方法操作人员培训及操作难度比较随着焊接方法由手工焊向半自动焊、自动焊甚至是智能化的焊接的发展，焊工的操作难度和劳动强度都在下降，但设备的维护、维修、调整和焊接工艺参数的设定的难度却在增加。下面就西气东输管道工程所用焊接方法进行比较(见表2)。表2操作人员培训及操作难度序号焊接方法焊工维护、维修工培训时间(月)合格比例(%)操作难度文化程度操作难度系数1焊条上向焊107010初中22焊条下向焊6806初中23药芯焊丝半自动焊7806中技44STT半自动焊3805中技55管道自动外焊2904中技76管道自动内焊1903大专87PWT自动焊2905大专108埋弧自动焊1952中技47各种焊接方法人员及设备配备以西气东输管道工程钢管，平原段各焊接方法的一个作业机组为例，进行人员和设备的比较。表3人员及设备的配备序号机组名称人员(人)设备(台/套)管理人员焊工其他合计吊管机焊接设备对口器坡口机其它设备合计参考价格(万元)1手工焊机组31617362161082710002半自动焊机组31417342141072410003管道自动焊机组31615342161072613004内焊机自动焊机组41515342140172416005全焊道外焊自动焊机组41515342151172615006CRC自动焊机组5101530380171845007双管联焊机组36162506206145008焊接效率及焊接成本焊接效率以各种焊接方法的一个作业机组，在良好的作业条件下，一天有效作业时间10h完成的西气东输管道工程完成的焊口道数计算。焊接成本以作业机组的组装焊接完成每道焊口的成本(只包括组装焊接作业的人工费、设备费和材料费等)计算。表4焊接效率、焊接成本序号机组名称焊口数量(道/天)成本(元/道)焊接材料机组直接成本1手工焊机组1532038002半自动焊机组2024035003管道自动焊机组4012023004内焊机自动焊机组509021005全焊道外焊自动焊机组459022006CRC自动焊机组7515025007双管联焊机组403516009各种焊接方法的焊接质量表5焊接质量比较序号机组名称根部面部无损检测力学性能质量稳定性1手工焊机组较好一般一般较好一般2半自动焊机组较好一般良好一般一般3管道自动焊机组良好优秀良好优秀较稳定4内焊机自动焊机组优秀优秀良好优秀较稳定5全焊道外焊自动焊机组优秀优秀良好优秀较稳定6CRC自动焊机组优秀优秀良好优秀较稳定7双管联焊机组良好优秀优秀优秀稳定10采用新的焊接方法时应注意的几个问题1、一个新的焊接工艺方法引进后，首先应从思想上重视，相信自己也相信这种新的工艺方法能够适用我国的国情，焊接出优质的焊口。不要出现一点小小的问题就去否定这种新的工艺方法。2、一个新的工艺方法，不要第一次应用于工程