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1、管道全自动焊接工法管道全自动焊接工法天津大港油田集团工程建设有限责任公司近几年，长输管道市场明显地向着高压力、大口径、厚壁厚的趋势发展。目前中国石油行业大多数施工单位采用全自动焊接的方式从事长输管道施工。目前中国石油行业各施工单位都在管道焊接装备、施工能力等方面取得长足的进步，陆续装备了自动焊接机组，进入了大口径管道施工市场。近年来，成品油管线工程及各种天然气支线工程建设累计将有数万公里正在施工。在未来的几年里，石油天然气管输管道工程施工市场容量巨大，给大港油田集团工程建设公司带来了更大的商机，市场发展前景看好。通过近几年的研究，从室内试验到现场实践，进行了全自动焊接设备优化配置及各项资源的优
2、化配置，合理调整了工艺参数，并针对不同地形地貌制定了适宜性的施工方案和施工组织方式，目前已形成了一套行之有效的施工工法大口径长输管道全自动焊接工法，并在全公司范围内推广应用，达到了预期的研究效果，取得了良好的经济效益和社会效益。一、工法特点一、工法特点1全自动焊接采用药心焊丝和气体保护，可以获得优良的焊接质量。该焊接工艺以其小电流、低电压、细直径实心焊丝、短路过渡为主要特点，下向焊时熔池体积小、可实现全焊接及抗锈低氢的内在优势，特别适合于填充焊，盖面焊时 Ar 气体和CO2气体的保护作用使其焊缝表面成型规则、饱满，且与母材过渡圆滑。2全自动焊接合格率高，焊接参数调定之后，即可实现自动化作业，减
3、少人为操作因素对焊接质量的影响，提高焊口一次合格率。3全自动焊接参数调定后能进行连续性作业，提高了生产效率，与其他焊接方法比较，减少了频繁更换焊条、焊丝产生的材料浪费，降低施工成本。同时全自动化焊接作业也降低了工人的劳动强度，但对工人的自身素质和操作能力有更高的要求。4全自动焊接工艺对管道组对坡口质量和坡口型式要求严格，需要配套的坡口整形机等设备。5全自动焊接的保护气体为 Ar 气体和 CO2气体，因此与其他焊接方法比较，施工环境更为苛刻，现场施工时要求环境风速小于 2m/s。二、适用范围二、适用范围1本工法适用于管径 DN700 以上、壁厚 11mm 以上的油气长距离输送管道水平固定对接的全
4、位置下向焊焊接施工。2本工法需要良好的工程施工环境，适于在地势平坦开阔的地段。三、工艺原理三、工艺原理管道全自动气体保护下向焊接工艺使用可熔化的焊丝与主要焊金属之间的电弧为热焊来溶化焊丝和钢管，在焊接时向焊接区域输送保护气体以隔离空气的有害作用，通过连续送丝完成焊接。管道全自动焊接其整个焊接过程是一个从平焊状态到立焊状态再到仰焊状态的平滑过度过程。管道全自动焊机的焊接速度、送丝速度、摆动宽度、摆动速度、焊接电压和焊接电流都要随着状态的变化而变化。圆周各点参数均由计算机程序自动控制完成，实现焊接工艺参数的连续变化。本工法采用 STT 半自动根焊+自动外焊机填充、盖面。根焊设备为林肯 STT型焊接
5、电源相匹配的送丝机，填充焊、盖面焊设备为 PAW2000 型自动外焊机。保护气体采用 Ar 气体和 CO2气体。四、施工工艺流程及操作要点四、施工工艺流程及操作要点（一）施工工艺流程（一）施工工艺流程图图 1 1 工艺流程图工艺流程图（二）操作要点（二）操作要点大港油田工程建设公司在西气东输陕京二线联络线工程第 8 标段中采用了全自动气体保护下向焊焊接方法，根据该工法在工程中的实际运用，概括总结出以下几点是否管口清理坡口修整管口预热管口组对安装焊接轨道输入焊接参数 焊接外观检查手工焊返修是 合格否无损探伤合格否手工焊返修焊接结束否操作要点。1管口清理组装前使用专用清管工具清除管内的所有杂物；使
6、用棉纱和钢丝刷等工具将管口两端 100mm 范围内的尘土、油污、铁锈等清理干净，露出金属光泽，螺纹管端口焊缝处需把余高打磨平滑，严禁使用砂轮机打磨坡口以外的管材表面，然后由管工用对口器进行管口组对，用间隙板定间隙。并检查管口是否存在压痕、裂纹等缺陷，如果发现要及时按要求修复，不符合要求的管子不得组装。2 管口修整与组对全自动焊接对坡口要求严格，必要时用坡口整形机对管口进行整形。管道全自动焊接管口组对尺寸如下图：图图 2 2 管口组对管口组对管组对接头的坡口形式应为型，管道坡口角度应为 22.50.5，钝边1.22.0mm，间隙 2.03.0mm，组对错边量按 10%管壁厚控制。对口采用内对口器
7、 (连头碰死口及其它不能使用时内对口器时采用外对口器)施工时，应在根焊一遍后，方可卸除内对口器。使用外对口器时，必须在焊口整个圆周上均匀分布 46 处定位焊，每一处定位焊长度不应小于 100mm，且在卸下外对口器前，定位焊的累计长度不得少于管周长的 50%。两相邻管的螺旋焊缝在对口处应错开不小于 100 mm 的距离。3安装焊接轨道自动焊接小车行走在焊接轨道上，轨道与管道的同心度和与管口的平行度直接影响着焊接的质量，应采用专用工具安装轨道，轨道专用安装工具可以测量和调整轨道边缘与管道坡口之间的距离，调整轨道的松紧度。轨道安装专用工具的锤面硬度应稍低于焊接轨道的硬度，过硬易造成轨道的损伤。轨道安
8、装后，应保证轨道与管道表面的距离小于 3mm，轨道与管口端面的距离小于 2mm。4输入焊接参数轨道安装完毕后，将焊机安装在轨道上，按焊接指导书的要求调整焊机的焊枪位22.50.502.0mm0.52.0mm1.60.4mm置和角度。通过焊接参数输入器，将焊接参数输入到计算机中。表表 1 1 根焊焊接工艺参数根焊焊接工艺参数注：注： DCDC表示焊丝接正。表示焊丝接正。根焊电压为参考值，填充、盖面焊电流为参考值。根焊电压为参考值，填充、盖面焊电流为参考值。 （75-9075-90）Ar+Ar+（25-1025-10）COCO2 2 表表 2 2 填充焊、盖面焊焊接工艺参数填充焊、盖面焊焊接工艺参
9、数注：注：极性为焊丝接正。极性为焊丝接正。填充、盖面焊电流为参考值填充、盖面焊电流为参考值保护气体焊道焊材牌号直径(mm) 极性焊接电流(A)电压(V)送丝速度（in./min）焊接速度（cm/min） 气体配比流量l/min根焊AWS A5.18 ER70S-X1.2DC峰值 350420基值 609016251201501625见备注2030保护气体焊道焊接速度（cm/min）送丝速度（m/min）摆动速度（cm/min）边缘停留时间（ms）电压(V) CO2 (%)Ar(%)流量 L/min填充20358.09.0340440801401725152585751525盖面17277.08
10、.83003601001601725152585751525气 管 2.03.0 mm自动焊接小车控制电缆气 管Ar 气瓶CO2气瓶地线把线接 220V 电源PAW2000 全自动焊机控制箱气体配比器遥控盒焊接电源+-焊接管道自动焊专用轨道图图 3 管道全位置自动焊接系统示意图管道全位置自动焊接系统示意图5焊接根据焊接工艺规程的要求，管线焊前需预热管口，预热温度100且小于 150，预热宽度为坡口两侧不小于 75mm 的范围内，预热方法应保障在预热范围内温度均匀，可用非接触式温度计在距管口 50mm 处测量，预热结束温度高于但不超过规定温度50，预热源撤离后 12 分钟后，开始焊接，以保证温度
11、均匀。预热源为液化气，配备专用的中环型火焰加热器加热。火焰要远离防腐层，严禁用气焊和其它高温火源。6外观检查外观：宽度为坡口两侧外表面 0.52.0mm；余高为 02.0mm，局部不得大于 3mm，余高大于 2mm 且小于 3mm 部分的长度不得大于 50mm；焊缝外表面都不得低于母材表面，咬边深度不得大于 0.5mm，咬边深度在 0.30.5mm 的单个长度不得超过 30mm，累计长度不得大于焊缝周长的 15%；接口错边量小于 2mm。焊缝及附近表面上不得有裂纹、 未熔合、气孔、夹渣、凹陷、引弧痕迹、有害的焊瘤、夹具焊点、溶合性飞溅等，外观成形均匀一致。自检合格后，写焊工号(不准打钢印) 做
12、自检记录，如此流水作业进行组对焊接。7探伤检验焊完的焊缝先检查外观合格后再进行无损探伤。管道焊缝 100%进行环向焊缝的 X射线照相，执行石油天然气钢质管道对接焊缝射线照相及质量分级标准级为合格。将检测结果及时确认核实后，对不合格的焊口安排专人进行返修。8不合格焊口返修 组织专门返修小组对不合格焊缝进行返修，焊口返修采用手工焊接返修。二次返修不合格的焊口需割口重新焊接、拍片检查至合格。五、材料、设备及劳动力组织五、材料、设备及劳动力组织（一）工程材料（一）工程材料该工法在西气东输陕京二线联络线工程第 8 标段运用时采用地工程材料有：1钢管钢管标准：API Spec 5L（GB/T 9711.2
13、） 钢 级：X70（L485）直 径：1016mm 壁 厚：17.5mm其化学成分和机械性能见表 3。表表 3 3 钢管的化学成分和机械性能表钢管的化学成分和机械性能表C Mn S P 化学成分 0.22 1.65 0.015 0.025 屈服强度(Mpa)抗拉强度(Mpa)伸长率（） 机械性能 483562162焊接材料表表 4 4 焊接材料表焊接材料表焊材焊材标准牌号焊材规格根焊焊丝AWS A5.18 ER70S锦泰 JM581.2mm填充、盖面焊丝AWSA5.28 ER80S-G锦泰 JM681.0mm3保护气体本工法用到的保护气体为 Ar 气体和 CO2 气体。其中 Ar 气体纯度：9
14、9.96，CO2 气体纯度：99.5，CO2 气体含水量：0.005。（二）机具设备（二）机具设备本工法使用的主要机械设备见表 5。表表 5 5 主要机械设备表主要机械设备表序号设备名称、型号数量备注1自行式移动电站（DZ100）4 台野外行走功能2林肯半自动焊机（STT）2 台打底根焊3PAW2000 全自动焊机4 台填充盖面4吊管机（70T）3 台布管、对口5坡口整形机1 台加工坡口6气动内对口器1 台组对焊口7清管器1 台对口前清理管内杂物8层间测温仪1 台测试层间温度9热处理仪1 台进行焊后热处理10温湿度仪1 台测量环境温、湿度11风速仪1 台测量环境风速12焊接检验尺 KH45 型
15、2 把焊缝外观检验（三）劳动力组织（三）劳动力组织本工法人员组织见表 6。表表 6 6 劳动力组织表劳动力组织表序号工种数量备注1项目经理1对工程全面负责2项目副经理2协助项目经理工作2施工班长1负责现场施工3技术负责人2负责工程技术4安全负责人2负责工程安全5质量负责人1负责工程质量7测量工2测量定位8起重工3起重10管工10组对11电焊工10焊接12电工1施工用电13辅助工及其他人员10辅助施工六、质量控制六、质量控制1制定长输管道全自动焊接 施工项目管理质量方针、目标。成立施工质量管理项目组，明确项目部岗位质量管理职责。2施工前，检查 验收管子的长度、钢管厚度、防腐层厚度、防腐质量、管口质量（直径、椭圆度、管口垂直度、管子直度）等。对螺旋焊缝管，检查测量管口周长、直径，以使匹配对口，做到使两相邻管口直径误差1mm，周长误差4mm。对检查出的不合格的管子应标识隔离。3清理管口，采用 专用清理工具 将管口的坡口、钝边修好；机制坡口的内卷边要清除掉，螺旋管、直缝管管端内外焊道高出管壁10mm 范围内要用砂轮机抹平且平缓过渡；管端内外 20mm 内的锈迹要清除，直至见到金属本色 。管组对接头的坡口形式应为 型，管道坡口角度应为 22.50.5，钝边 1.22.0mm，间隙 2.03.0mm，组对错边
