CRC全自動焊接在中俄原油管道二線工程中的應用

（大慶油田工程建設有限責任公司 管道工程公司，黑龍江 大慶 163712）

0 前言

中俄原油管道二線工程起始于黑龍江省漠河縣，止于黑龍江省大慶市，管道全長941.8 km，管徑813 mm，設計壓力為9.5～11.5 MPa。全線采用X65（L450M）螺旋縫埋弧焊鋼管和直縫埋弧焊鋼管。工程于2016年8月22日開工，2017年底建成投產通油，工期之短，任務之重，寒季施工氣溫之低，在國內工程中實屬罕見。為了保質保量按期完工，結合施工現場特點，必須使用快速、高效的焊接工藝，保證焊接進度和一次焊接合格率，盡量避免返工返修。為此，大慶油田工程建設公司多次組織專家評審、論證，最終確定了采用以自動焊為主，半自動焊為輔的焊接工藝，其中CRC全自動焊工藝就是線路最主要的焊接施工工藝之一。

1 CRC全自動焊的特點

CRC管道全自動焊系統包括具有8把焊槍的32″內焊機（CW、CCW 各有 4個）、P260熱焊系統和P625雙焊槍焊接系統。

1.1 CRC內根焊系統

內焊機集對口器和根焊機于一體。根焊在管口的內圓周完成，焊接速度快、效率高，質量保證。以X65鋼、φ813 mm管材為例，用32″內焊機打底，先進行CW（順時針）焊接，CW方向的4個焊槍同時施焊；完畢后再進行CCW（逆時針）焊接，CCW方向的4個焊槍同時施焊，根焊完成僅需60 s，焊接參數在施工前設定，焊接過程中不需修改。

圖1 CRC內焊機

1.2 CRC P260單焊炬系統

P260單焊炬系統由計算機控制系統、焊機機頭組件、焊接電源和保護氣系統等組成。單焊炬系統簡單、輕便，易于操作，配備φ0.9 mm×2.7 kg實心焊絲，約90 s即可完成半圈的熱焊焊接。設備自帶垂直跟蹤技術，具有32個可編程通道，可為每個焊道的焊接參數進行編程。安全數據密鑰防止未授權的焊接參數變量被更改。當技術人員通過數據鑰匙設定好焊接參數后，焊工在焊接過程中只需保持焊槍處于中心位置即可。

1.3 CRC P625雙焊炬系統

P625型雙焊炬系統采用脈沖MIG和過弧跟蹤，加上全數字監控和控制，最大限度地提高焊接速度，同時又保證焊接質量。藍牙連接允許焊接參數在任何地方進行編程，然后通過無線方式將其下載到機器上。因此可以動態地修改參數，并上傳性能數據以供分析，機載計算機確保精確控制焊接參數，如電壓、電流、行程速度、振蕩、停頓時間等，并以Excel格式存儲所有重要焊縫數據的實時日志以便進一步處理。適用于窄間隙疊焊或寬間隙排焊，焊接效率與單焊頭自動外焊機相比提高50%以上。P625型雙焊槍焊接系統能自動跟蹤焊道，可以根據弧壓反饋來調節焊槍的上下和左右位置，以保證整個焊接過程中焊槍始終處于焊道的正中間位置，保證焊口的質量，具有自動化程度高、焊接速度快、全天候作業等特點。

圖2 P260系統和P625系統

2 CRC全自動焊工藝

采用IWM（內焊機根焊）+GMAW（P260熱焊+P625填充/蓋面）工藝。

2.1 焊材

中俄原油管道二線工程CRC全自動焊工藝評定和現場用焊材如表1所示。

2.2 接頭設計

坡口采用CRC-EVANS公司推薦的窄間隙坡口形式，如圖3所示。采用對接接頭，坡口形式為復合U型，無背墊；蓋面焊時坡口兩側焊縫寬度0.5～2.0 mm。

表1 CRC全自動焊工藝焊材及氣體

圖3 接頭設計

焊道數量及順序如圖4～圖6所示。錯邊量及最小焊層（焊道）數量如表2所示。

2.3 工藝參數

根焊工藝參數如表3所示，熱焊/填充/蓋面焊工藝參數如表4所示。

2.4 工藝評定試驗

外觀檢查：焊縫外觀整齊、均勻，無裂紋、未焊透和燒穿，符合外觀檢查標準要求。

射線檢測：無超標缺陷，符合標準要求。

圖4 T=12.5 mm焊道順序

圖5 T=14.2 mm焊道順序

圖6 T=16～17.5 mm焊道順序

表2 錯邊量及最小焊層（焊道）數量

表3 根焊焊接工藝

表4 熱焊/填充/蓋面焊接工藝

AUT檢測：無超標缺陷，符合標準要求。

力學性能試驗：按照GB/T31032-2014《鋼制管道焊接及驗收》要求取樣和試驗。

4個拉伸試件均斷裂于母材，抗拉強度值均高于X65鋼的最小抗拉強度535MPa；刻槽錘斷試驗和彎曲試驗均未見明顯缺陷；在-20℃進行沖擊試驗，焊縫中心和熱影響區的沖擊吸收功均不小于35 J；宏觀金相無明顯缺陷，在母材、熱影響區、焊縫中心共取16個硬度點進行硬度試驗，焊縫和熱影響區均不大于260 HV10，滿足標準規范要求。說明該焊接工藝所焊接頭性能優良，可以在中俄原油管道二線工程施工現場推廣和應用。

3 現場口檢驗

2016年10月開工之初，在中俄原油管道二線工程第一標段漠河施工段進行了現場口取樣檢驗，力學試驗項目如表5所示。試件室溫拉伸試驗（Rm、斷裂位置）、-20℃夏比沖擊試驗（KV2）、刻槽錘斷試驗、彎曲試驗、金相檢驗的檢測結果符合GB/T31032-2014《鋼制管道焊接及驗收》的要求。

表5 CRC全自動焊工藝現場口力學試驗項目

檢驗結果表明，現場口力學性能優于焊接工藝評定時力學性能，中國石油天然氣管道科學研究院材料測試中心出具了中俄原油管道二線工程現場口檢驗報告和結論。結論指出，CRC全自動焊工藝完全符合相關管道焊接施工規范要求，完全可以在中俄原油管道二線工程上應用、推廣。

4 現場應用情況

自2016年8月22日開工，截至2017年5月30日中俄原油管道二線工程主體焊接完畢，CRC全自動焊機組率先完成焊接任務，并在寒季極端溫度條件下創下了單日50道口的記錄，一次焊接合格率達96.7%。CRC全自動焊機組配置如表6所示。

5 質量保證措施

（1）因地制宜，根據施工現場環境合理布置施工機組。（2）焊工培訓合格，并取得中俄原油管道二線工程焊工上崗證方可從事現場焊接作業。（3）嚴格要求焊工按照《中俄原油管道二線工程焊接工藝規程》操作。（4）每日作業前檢查設備及配件，焊接完畢后做好設備維護工作。（5）CRC全自動焊工藝采用的是氣體保護，抗風能力差，現場組對焊接要在防風棚中進行，并且在管道端部加裝盲板。（6）大興安嶺地區冬季氣溫低，防風棚內增設浴霸、小太陽、電暖器、暖風機等取暖措施，保證焊接時的環境溫度符合焊接工藝規程的要求。

表6 CRC全自動焊機組配置

6 結論

CRC全自動焊接工藝在中俄原油管道二線工程成功應用，為后續的中俄天然氣東線工程中高寒地區CRC全自動焊接施工積累了寶貴的施工經驗。同時由于CRC全自動焊接工藝速度快、效率高，使得中俄原油管道二線工程提前一個月完成了主體焊接任務，為實現2018年1月1日正式投產通油奠定了基礎。