埋弧自動焊機在大口徑厚壁管道焊接中的應用

趙紅忠

中石化第五建設有限公司

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埋弧自動焊機在大口徑厚壁管道焊接中的應用

趙紅忠

中石化第五建設有限公司

摘 要：本文介紹了利用埋弧自動焊機采用手工氬弧焊打底+埋弧自動焊蓋面的焊接工藝進行大口徑厚壁管道預制階段的焊接工作，在整個焊接及管理過程中摸索了一套管理和施工方法，這種應用自動焊設備采用新工藝的施工方法是將制造廠焊接工藝結合現場施工特點、難點，通過分析、實施、改進后的焊接施工方法。

關鍵詞：埋弧自動焊機；手工氬弧焊打底+埋弧自動焊蓋面焊接；厚壁管道；提高；焊接效率；焊接質量

1.概述

隨著石油化工裝置產能不斷擴大和化工行業的飛速發展，新建高溫高壓設備容積不斷擴大，大口徑厚壁管道也越來越廣泛的應用于石油精制及合成化工業，能否解決大型裝置大口徑厚壁管道的焊接質量和焊接效率成為施工項目成敗的關鍵。某石化廠新建的整合甲醇裝置中就有大量的高溫高壓反應設備采用大口徑厚壁管道輸送介質，其中最大管徑DN900mm，壁厚δ=46mm，我單位承擔此部分管道的施工任務，在此工程采用了手工氬弧焊打底+埋弧自動焊蓋面的焊接工藝，編制了操作性強的自動焊生產管理流程，為自動焊機焊接工藝到流水線施工過程的質量控制得到有效的保證，解決了甲醇裝置的施工難點，使本裝置在保證質量的前提下按期中交。

2.焊接難點

普通管道的焊接技術已相當成熟，然而，對于大口徑、厚壁管道的焊接，難度依舊比較大。管徑大、管壁厚，焊接工作量大，采用手工電弧焊焊接勞動強度大，并且焊工在高強度的勞動作業下難以保證焊接質量持續穩定，若出現返修，打磨量大，返修困難，此外，焊工在管道內焊接，作業條件受限焊接技能很難施展，不利于焊工的身體健康。

3.埋弧自動焊工藝

3.1 焊接工藝的選擇

鑒于上述大口徑、厚壁管道的焊接難點，由于埋弧自動焊具有生產效率高、焊縫質量好、節約原材料和電能以及改善勞動條件的優點，我單位采用手工氬弧焊打底，埋弧自動焊蓋面的生產工藝。

3.2 埋弧自動焊生產線組成

一整套埋弧自動焊生產線應包括：原材料切斷機、坡口加工機、重型彎管焊接機及起重用行車（2臺10T單梁橋式起重機）組成，此外，在施工現場附近建造一個18.5m*60m的預制廠房，整個系統布置在廠房內（如下圖所示）

3.3 埋弧自動焊人員配備情況

施工隊長1名；工程師1名；質量檢查員1名；焊工（氬弧打底）4名；焊工（埋弧自動焊操作）4名；焊工（埋弧自動焊操作）4名，每臺生產線配2名；管工4名；起重工2名。

3.4 埋弧自動焊系統工作流程

管道進入預制場后，先根據管道單線圖確定管段尺寸，后經過切割機切割，切割后的管段運至坡口機上進行坡口加工，坡口加工好后進行人工組對及打底焊工作，打底焊完成后，進行埋弧自動焊填充蓋面，焊接完成后運至焊后檢驗、返修區，進行最終處理，整個過程中2臺行車負責材料運送工作，流程如下圖：

3.4.1 原材料定尺切斷

原材料定尺切斷是整個生產的第一步，我單位采用1臺全自動卡盤式定長火焰切割機（型號：AUTO PCM1000 I-A），適用管徑范圍：DN250～DN950mm，切割厚度12～75mm，此設備有手動和自動兩種工作方式。

（1）手動方式：根據管道圖中的管段尺寸，在原材料管子上畫出尺寸線，將管子吊上切割機的卡盤上卡死，等管道運行到尺寸線處停止，后人工調節切割參數再進行切割，由于手動方式切割效率不高，定尺精度不高，故很少應用；

（2）自動方式：相對于手動方式，自動方式的切割速度及定尺精度都相當高，與手動方式相同，先將原材料管子吊上切割機的卡盤上卡死，然后打開切割機的人機界面，進入主界面，進行管件數據及參數設置［1］，參數設置完成后啟動切割裝置。

3.4.2 坡口加工

坡口加工采用數控高速坡口機（AUTO PBM950A-A），適用管徑DN250～DN950mm，該坡口機采用切削加工工藝，坡口面一次加工成型，由于其采用數控技術及PLC控制程序及觸摸屏人機界面操作，使其參數設置及加工的自動化程度大幅提高，其工作流更加簡潔，首先，將管件吊至滾道上，設定管徑，按“對中”按鈕使管件自動對中加緊，后在控制界面設置坡口加工參數［2］，參數設置好后，開始加工，加工完成后自動退刀。加工后坡口的管子根據組對、打底焊區的工作量狀況，分送到區1和區2，同時進行組對、打底焊。

3.4.3 焊前預熱及打底焊

將加工好坡口的管子和管件吊至組對、打底焊區，進行人工組對，對于厚壁管道的焊接一定要控制后預熱溫度，打底焊前可采用加熱片進行電加熱，待預熱溫度達到規范及設計要求時開始進行打底焊，采用手工氬弧焊打底焊接，焊接過程進行充氬保護，由于管徑較大，整管充氬成本太高，因此，可采用局部充氬的方式，在焊口兩側1000mm處采用巖棉封堵，即可滿足要求。

3.4.4 埋弧自動焊蓋面

焊接蓋面是整個自動焊過程的重要組成部分，是焊接質量的重要控制部分，采用2臺重型彎管焊接機（型號為AUTO PPAW950-A和AUTO PPAW750-A），前者工作直徑為DN250～DN950mm，后者工作直徑為DN250～DN750mm，2臺焊機主要由滾輪架、機體、立柱、壓緊裝置、焊接系統等組成，唯一不同的就是二者的壓緊方式不同，前者采用液壓壓緊，后者采用純機械壓緊，但其作用是相同的，都是為防止焊接跳動，加強焊件在運轉過程中的平穩度，并且 2臺焊機均采用埋弧焊焊槍，因而可根據焊件管徑及工作量的的不同，分別選擇合適的焊機。

焊接材料的選擇：焊材的選擇應保證焊縫金屬的成分盡可能接近母材的原則，在此次的大口徑、厚壁管道焊接生產中，主要材質有P11、A106、20#和20G，為了保證焊接質量，在經過反復試驗后，制定出合理的焊接工藝，確定焊接材料，然后進行大規模焊接生產。

（2）自動焊焊前預熱：采用埋弧自動焊蓋面，焊接前的預熱分兩種情況，一種是打底焊完成后立刻進行蓋面焊，可不進行預熱，因為在打底焊的過程中加熱片一直在管件上，用于保持適當的層間溫度，另一種是打底焊完成后不能立刻進行蓋面焊，應將焊口用保溫棉包好，并將管口兩端用巖棉封堵，保溫緩冷，防止產生裂紋，在后續進行蓋面焊時應將保溫棉及巖棉去掉，先清理完焊口上的鐵銹及其它雜物，然后用加熱片進行電加熱，待溫度稍大于預熱溫度后，拆除加熱片，立刻進行蓋面焊。

（3）焊后熱處理：根據材質及焊件厚度的不同，應選擇相應的熱處理方式及溫度，保證焊接質量。

3.4.5 質量檢驗

質量檢驗是整個焊接生產的最后一步，也是質量控制的重要一環，對于碳鋼材質焊接完成后，冷卻后即可進行無損檢測，對于P11等容易出現延遲裂紋的管段焊口，在焊后24小時方可進行無損檢測，將焊接完成的管件吊至檢驗、返修區（根據工作量分別放在1區和2區），經過相應的無損檢測，若有不合格，及時對不合格焊口進行處理，對于不合格的焊口應采用人工打磨，磨出缺陷，然后對缺陷處進行補焊，焊后重新進行無損檢測待合格后，方可辦理交接出廠，另外，合金鋼管道焊口返修次數不應超過2次，避免因重復加熱造成的晶粒粗大，形成裂紋。

4.結論

經過現場施工的實踐，在60天的時間內過預制焊接DN500 δ≥28mm以上焊口328道，焊接一次合格率達到98.3%，埋弧自動焊接采用以上焊接工藝在本套裝置大口徑厚壁管道焊接過程中沒有增加大量焊工的基礎上，提高了焊接效率，保證了焊接質量，解決了此套裝置焊接施工量大，作業面小的難點，為裝置實體質量得到保證起到了作用。

參考文獻：

［1］ 南京AUTO電氣公司，《卡盤式自動定長火焰切割機說明書》；

［2］ 南京AUTO電氣公司，《數控高速坡口機說明書》；

［3］ 戈兆文，龍 紅，嚴國華等，JB/T4708-2000，《鋼制壓力容器焊接規程》；