長輸管道自動焊接設備及技術發展

（華北石油工程建設有限公司，河北 任丘 062552）

長輸管道自動焊接設備及技術發展

李彥德，魏立明，王國臣，陳 強，高云宇，崔陸河，康文遠

（華北石油工程建設有限公司，河北 任丘 062552）

隨著社會技術進步和人類對石油和天然氣需求量的急劇增加，長輸管道在向著大口徑、長距離、高壓力、高鋼級方向發展，焊接技術及相關的設備、材料性能也在同步提高，與之相適應的管道焊接技術也在發生著巨大的變化。管材鋼級從X42提高到X80；焊接材料從纖維素焊條到自保護藥芯、金屬粉芯、實心等各種焊絲；焊接方法從手工上向焊到手工下向焊，到藥芯自保護半自動焊，再到氣保護半自動焊、自動焊，管道焊接技術日趨成熟。結合長輸管道施工特點，在分析國內外管道焊接技術差異的基礎上，提出我國現階段長輸管道焊接技術發展的建議。

長輸管道；自動焊工藝；發展；發展建議

1 長輸管道焊接施工特點

（1）流動性強。施工作業點隨施工進度不斷移動，焊接作業處于流動狀態，相對于固定廠房作業而言，增加了焊接及安全質量管理難度。

（2）場地復雜。一條長輸管道可能會遇到多種地形，如戈壁、沙漠、黃土高原、山區、丘陵、水網等，地形地貌對焊接有間接影響，所以要因地制宜，選擇不同的焊接方法來滿足工程的需要。

（3）環境惡劣。風、雨、霜、雪、溫度、濕度、黑夜等自然環境會給焊接過程帶來直接影響。

（4）設備要求高。焊接及設備輔助要求能夠在如上嚴酷的工況狀態下穩定工作。

（5）干擾較大。由于多種原因，如人文、社會環境等外界因素的干擾，致使不能連續施工，往往造成現場多處留頭，增加連頭數量，不但影響焊接進度也增加了焊接難度，嚴重的還會延誤工期，增加大量施工成本。

（6）難度較大。管道焊接基本上都是固定口，需要全位置焊接；管道口徑大，焊工跟蹤觀察熔池非常困難；管壁較厚，一道焊口通常要幾組人按大流水組合完成，對焊工的技能要求較高。

2 長輸管道自動焊設備及技術現狀

2.1 國外設備及技術

（1）單焊炬焊機自動焊技術。

該技術的研究起步較早，目前已是非常成熟的管道焊接技術。美國CRC公司、意大利PWT公司、加拿大RMS公司、英國NOREST公司生產的焊接設備均已推廣應用。其中美國CRC-EVANS公司生產的P260焊機應用最為廣泛，是管道全自動焊接技術領域的領跑者。

（2）雙焊炬焊機自動焊技術。

該技術是一種已在國際管道工程中普遍應用的、成熟的管道焊接技術。其中，雙焊炬自動焊機以美國CRC公司生產的P600、P625焊機、法國DASA公司生產的Saturnax焊機、加拿大RMS公司生產的雙絲自動焊機應用最為廣泛。

（3）多焊炬焊機自動焊技術。

美國CRC公司率先推出了多焊炬管道內焊機，主要用于大口徑管道根部焊接；法國Serimax公司和荷蘭Vermaat公司在2000年左右先后推出了各自的龍門式多焊炬自動外焊機。焊機采用多頭全自動焊接系統，驅動多個焊頭同時工作，采用液壓、機械聯合定位，旋轉驅動，并配備多點焊縫跟蹤系統，實現了真正高效的焊接施工。這兩家公司的裝備體積龐大、笨重，導致該技術只能在固定工位的海洋管道施工條件下應用。

2.2 國內設備及技術

（1）單焊炬焊機自動焊技術。

該技術的研究已有20年歷史，是非常成熟的管道焊接技術。中國石油天然氣管道局研制的PAW2000為代表的國產單焊炬焊機，1999年首次應用于鄭州義馬煤氣管道，隨后中國石油集團工程技術研究院生產的APW-Ⅱ型焊機和四川成都熊谷加世電器有限公司生產的A-300型單焊炬焊機在國內西氣東輸一、二、三線管道工程中。

（2）雙焊炬焊機自動焊技術。

該技術是已在國內管道工程中應用的、較為成熟的管道焊接技術。中國石油天然氣管道局研制并量產的PAW3000、CPP900型，四川成都熊谷加世電器有限公司研制并量產的A-600A、600B型雙焊炬焊機雙焊炬自動外焊機，先后在國內西氣東輸二、三線天然氣管道及漠大二線原油管道工程中推廣應用。

（3）多焊炬管道內焊機自動焊技術。

該技術是在國內管道工程中得以普遍應用的、較為成熟的管道根部焊接技術。中國石油天然氣管道局研制生產的 PIW 型、CPP900-IW/32、40、48、56型系列管道內環縫自動焊，四川成都熊谷加世電器有限公司研制生產的A-806/40、48、56型智能化管道內焊系統，先后在國內西氣東輸二、三線天然氣管道及漠大二線原油管道工程中推廣應用。

2.3 國內外管道自動焊焊接技術的差異

目前，國內外的長輸管道焊接方法及工藝大致相同，國產焊接設備和工藝基本能夠滿足長輸管道焊接需求。但是從具體細節上看，仍然有一定差距。

我國的管道自動焊設備在焊接電源方面，與一流的焊接設備制造商如奧地利福尼斯、法國薩福、瑞典伊薩公司產品相比，無論是焊機穩定性還是可靠性上還不及國外產品；在焊接控制系統、自動跟蹤及軟件開發方面，差距較大；在焊接材料方面，國內一些著名的材料制造商如天津大橋、金橋等企業近年來進步很快，相繼開發出用于X70、X80高強度管線鋼的氣體保護實心焊絲等高性能焊材，打破了國外公司對國內市場的壟斷，但在穩定性和操作工藝性上與國外產品相比，還稍有不足；在大口徑高鋼級管道焊接技術研究上，國外已于2002年和2004年分別完成了X100、X120大口徑管道的焊接試驗，并完成了累計6 km試驗段的焊接，國內目前研究較少。

3 長輸管道自動焊焊接設備及技術發展建議[1-5]

3.1 提高設備嚴酷環境下的適應性

從施工環境上，既要在東北、西北冬季的嚴寒（-20℃）條件下施工，又要在夏季沙漠地帶的酷熱（地表溫度高達50℃～70℃）環境中施工；既要在西北多風沙的黃土高原地帶施工，又要在西南、東南潮濕的環境中施工，設備要有適應不同環境的能力，如國產焊接設備對低溫環境的適應性和高溫狀態下的穩定性等都需要加強。

3.2 提高焊接設備在高原地區的適應性

在高原地區施工時，因為缺氧，內燃機發電設備自然降耗，導致發電電源頻率下降，理論上50 Hz的工頻經常只有45 Hz，所以要求自動焊設備具有彌補自然降耗或對45～60 Hz頻率的適應能力。

3.3 研發管道激光-電弧復合焊焊接設備及工藝

激光-電弧復合焊接技術是將物理性質、能量傳輸機制截然不同的兩種熱源（激光、電弧）復合在一起，同時作用于同一加工位置，既充分發揮兩種熱源各自的優勢，又相互彌補各自的不足，而形成的一種全新高效的焊接技術。

利用激光焊能量密度高、穿透能力強、焊接速度快和電弧焊橋接能力強的特點，加大管道焊縫的熔深，一次焊透鈍邊厚度可達到8 mm，這樣可極大減少焊縫填充量，既節省焊材，又有效節約了焊接時間，可實現較大壁厚管道的高效焊接。

3.4 研發管道攪拌摩擦焊設備及工藝

攪拌摩擦焊是一種高質量、低成本的綠色焊接方法。該技術屬固相焊接，其接頭不會產生與熔化有關的焊接缺陷，如裂紋、氣孔及合金元素燒損等；焊接過程中無弧光輻射、煙塵和飛濺，噪聲低；焊接過程中無需填充材料、保護氣體。該技術在國內航空航天領域已被廣泛應用。

目前國內已成功研發無軸肩攪拌摩擦焊技術，與傳統攪拌摩擦焊技術相比，具有諸多優勢：焊接過程不受攪拌針長度和軸肩的限制；可實時控制焊接厚度，實現不同厚度的連續焊接；更換攪拌頭時，在工件上不留下匙孔等，使得該技術在管道焊接施工中推廣應用成為可能。經初步計算，焊接效率可為現有單焊炬管道全位置自動焊的6～8倍，所需能量僅為傳統焊接方法的20%左右。

3.5 研發管道單熔池雙絲焊設備及工藝

德國CLOOS、美國CRC、奧地利FRONIS等公司對單熔池雙絲自動焊技術進行了研究，該技術具有坡口小、熔敷率高、焊接速度快的優點。據報道，其綜合效率與單根獨立的焊絲焊接比較，達到了1+1＞2的效果。目前，美國CRC正在進行單弧雙絲管道全位置自動焊接技術的試驗研究，還未進行工業化應用。

3.6 研發管道自動焊上向焊焊接工藝

國外絕大多數知名管道焊接設備公司提供的設備及工藝都是φ1.0 mm焊絲、氣體保護下向焊。從目前國內長輸管道涉及的母材、焊材、焊接設備、焊接方法來看，從母材和焊材的化學成分、規格，焊接電流、電弧電壓、焊接速度、熱輸入量和線能量的計算而知，焊接熱輸入的裕度是很大的。若采用直徑略大的焊絲、較慢速度、大一些的焊接規范、上向焊的焊接工藝，其綜合效率或許更高。

4 結論

長輸管道自動焊技術具有效率高、質量穩定、對操作人員要求低的特點，在歐美發達國家得到了廣泛的應用，采用率達到80%以上。我國的長輸管道焊接仍以手工半自動焊為主，自動焊工藝采用率還不足10%。隨著國產管道自動焊設備及技術的不斷完善和創新，自動焊不僅可在平坦地區發揮質量和效率優勢，而且將進一步拓展至山地長輸管道施工，并成為我國長輸管道建設的主要現場焊接方式，應用前景十分廣闊。

[1]杜則裕.工程焊接冶金學[M].北京：機械工業出版社，1993.

[2]周振豐.焊接冶金學[M].北京：機械工業出版社，1996.

[3]熊臘森.焊接工程基礎[M].北京：機械工業出版社，2002.

[4]陳建平，周曉輝，李東明，等.直徑1.4 mm焊絲管道自動外焊焊接工藝[J].電焊機，2016，46（8）：80-81.

[5]陳建平，馮柏軍，楊鎖軍，等.長輸管道焊接施工常見的焊接缺陷及防治要點[J].焊接技術，2013，42（10）：73-74.

Long distance pipeline automatic welding equipment and technical development

LI Yande，WEI Liming，WANG Guochen，CHEN Qiang，GAO Yunyu，CUI Luhe，KANG Wenyuan
（North China Petroleum Engineering Construction Co.，Ltd.，Renqiu 062552，China）

Along with the social technology progress and the rapid increase of human demand for oil and gas，long-distance pipeline develops towards large diameter,long distance,high pressure and high steel level，welding technology and related equipment，and material properties in the synchronous improve，corresponding pipe welding technology is changing so much.From X42 to X80 pipe steel level；welding materials from cellulose electrode to self-protection flux cored,metal powder,solid welding wire；welding method from hand to welding to manual down welding，to the semi-automatic welding cored from protection，and then to the protect semi-automatic welding，automatic welding，pipe welding technology has become increasingly mature.Combining with the characteristics of long distance pipeline construction，based on the analysis of the differences between the pipe welding technology at home and abroad，put forward the suggestions for the development of long distance pipeline welding technology at the present stage in China.

long-distance pipeline；auto-welding technology；development of recommendations

TG457.6

C

1001-2303（2017）09-0043-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.09.09

本文參考文獻引用格式：李彥德，魏立明，王國臣，等.長輸管道自動焊接設備及技術發展[J].電焊機，2017，47（09）：43-45.

2017-05-15

李彥德（1973—），男，工程師，學士，主要從事石油儲運工程施工生產、技術及質量管理工作。E-ma il：HB-JP@163.com。