長輸管道自動焊連續施工技術工藝分析

李文

(中石化河南油建工程有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

隨著國家管網公司的成立以及大口徑高強度鋼管道建設的快速發展，管道自動焊的應用場景越來越多。各管道建設單位對自動焊技術關注度極高，在自動焊工藝開發、設備引進和研發等方面投入了大量精力。經過近年來的發展，中石化的自動焊技術已逐步在管道建設項目開展實戰應用，研發出多種新自動焊工藝。經過幾個項目的施工實踐，不斷從工藝方法、設備機具、檢驗手段、人員配備、現場準備等方面完善自動焊施工工藝，長輸管道自動焊施工將在未來長輸管道工程項目上被廣泛使用。該工藝具有焊口質量高、施工效率高、適應性強、勞動強度低等特點。結合目前全自動焊施工的經驗，長輸管道全自動焊能否連續施工，將影響到工程進度和工程成本。導致長輸管道不能連續施工的主要因素有以下6 個方面：(1) 線路此起彼伏，熱彎管較多；(2) 小型河流、道路等穿越點較多；(3)線路施工作業面不充足；(4)外協工作不到位，造成多次轉場；(5) 長輸管道全自動焊施工屬于流水作業，因設備和人員造成停工；(6)焊接一次合格率不高，造成返工。

1 全自動焊連續施工條件

在長輸管道的施工過程中，為了保證全自動焊連續施工應滿足以下6 個方面：(1)適用于DN500～DN1400 等多種管徑的平原低丘地帶，其適應坡度地形≤12°；(2) 線路施工斷點少；(3) 長輸管道線路施工作業面充足；(4)征地協調計劃周密，無阻工現象；(5)施工機組配備優良的設備及人員；(6)焊接一次合格率高。

2 全自動焊施工流程

長輸管道自動焊施工流程圖如圖1 所示。

圖1 工序流程圖

3 全自動焊施工控制方法

3.1 施工準備

(1)現場踏勘。確定施工點的管線走向、埋深、地質、地下管線及其他障礙物等情況。

(2) 管道調查。向項目部進行咨詢調查，確定待焊接處管線路由、管口封堵情況以及連頭施工實施方案等。

(3)技術準備。明確自動焊的各工序操作要點，制定坡口清理打磨、管口組對、焊接過程監測等工序操作規程，同時根據自身設備型號，按照標準規范及設計文件要求進行焊接工藝評定及用于指導現場施工的焊接工藝規程，報項目部批準后實施。

(4)設備工裝準備。檢查電站、焊接氣瓶棚、焊機、行走小車、中頻預熱和電伴熱帶等完好，可靠運行；計量器具、儀表設備應經過檢定和校準，在有效期限內。

(5) 材料準備。對焊材、焊接用保護氣體和導電嘴、噴嘴等焊接配件輔助材料進行進場驗收，符合相關標準規定。

(6)人員準備。管道全自動焊工除具有各省級市場監督部門頒發的焊工資格證外還應具備應急管理廳下發的焊接與熱切割作業合格證件(應項目業主要求確定)，經施工項目部上報監理和業主后參加業主組織的焊工崗前考試，取得焊工上崗證后方可進行施焊。焊工資格證持證項目的焊接方法、焊接位置、有效期等應能符合上崗考試要求。作業人員進行安全教育培訓和安全技術交底。

(7) 崗前練兵。磨合期為機組到場后7 天時間練兵期，嚴格按照正式版《焊接工藝規程》開展規范性練兵操作，要求質量合格率穩中有升，方可向監理提請上崗考試。焊接機組通過監理組織的考試達到合格要求，才能進入考核期施工。

3.2 全自動焊接設備及焊接材料

為進一步加強施工現場綜合管理，促進項目管理與施工機組現場管理的相互融合，提高施工水平，規范施工質量，形成良好施工氛圍，全面提升施工機組管理能力，促進施工現場管理科學化、規范化、制度化，切實堅持并持續改善施工現場的綜合管理，最終達到優化配置機組管理水平。

全自動焊施工工藝采用GMAW↓(根焊) + GMAW↓熔化極氣保護實芯焊絲(熱焊/填充/蓋面)。根焊設備為熊谷A-800 系列內焊機，熱焊、填充、蓋面設備為熊谷DPS-500P 焊接電源＋熊谷A-610 雙焊炬外焊系統。

線路焊接采用熔化極氣體保護焊(內焊機根焊+雙焊炬外焊機熱焊、填充、蓋面)工藝，焊接設備為熊谷內焊+熊谷外焊焊接設備，復合U 型坡口，內焊材料為Lincoln Pipeliner70S-6(φ0.9 mm)，外焊材料為Lincoln Pipeliner 70S-6(φ1.0 mm)。

內補焊采用熔化極氣體保護焊(內焊機補焊槍半自動焊)工藝，焊接設備為熊谷內焊設備，內焊材料為Lincoln Pipeliner 70S-6(φ0.9 mm)。

根焊、熱焊、填充及蓋面均采用保護氣體進行保護。

3.3 全自動焊施工

(1)坡口加工。全自動焊接坡口采用復合U 型坡口。管端加工前，應檢查管端內、外側的平整情況，保證管端150 mm 范圍內的內、外側至與母材平齊。采用專用坡口機進行現場加工，管端坡口的加工參數應符合焊接工藝規程中接頭尺寸的要求。坡口加工完成之后經自檢合格后填寫坡口加工記錄。

不等壁厚對焊管段采用過渡管或坡口過渡處理措施。一般采用內削邊處理，內坡口角度≤15°。壁厚差相鄰等級采用坡口過渡處理，壁厚差2 個等級時采用過渡管處理。

為了避免坡口銹蝕及污物腐蝕對焊接質量的影響，所加工的坡口宜在24 h 內使用完成，如當天不能使用的應采用保鮮膜進行包裹。

(2)管口組對。管口組對前，應保證管內的泥沙、冰雪、雜物等均以清理至干凈。鋼管內外表面坡口及兩側150 mm 范圍內無起鱗、磨損、鐵銹、渣垢、油脂、油漆等影響焊接質量的其他有害物質存在，應采用機械法在坡口及兩側25 mm 范圍內清理至金屬光澤。

兩相鄰管的鋼管焊縫(直焊縫、螺旋焊縫) 在對口處應相互錯開不應小于100 mm 的距離。直縫管制管焊縫宜在位于鋼管周長的上半部。管道焊縫的錯邊量不大于2.0 mm，宜均勻分布在鋼管圓周，并滿足其焊接工藝規程的要求。

為了保證焊工操作和安全，采用溝上焊接作業時，空間高度應大于500 mm；采用溝下焊接時應配置焊接防塌棚及安全通道。對每道焊口的組對情況進行檢查并記錄。

(3)焊前預熱。X60 以上級別鋼制管道施焊前管口需對焊縫兩側進行預熱，其預熱溫度控制在80～150 ℃左右；若返修時預熱溫度一般為90～150 ℃。冬季預熱宜采用纏繞式中頻加熱設備以保證管口處均勻加熱，其溫度一般為100～150 ℃。預熱后應及時清除鋼管表面污垢。為了保證預熱溫度均勻，采用紅外線測溫儀、接觸式測溫儀或測溫筆在距焊縫25 mm處的圓周均勻測量溫度。

(4) 軌道安裝。軌道安裝時，應控制好軌道邊緣與管端之間的距離、軌道的松緊程度，軌道與管道的同心度和管口的平行度。安裝過程中應采用軌道尺或者特殊加工的軌道定位器來定位軌道位置。軌道安裝后，對軌道兩側至少測量4 個點的位置的安裝尺寸進行檢查方可安裝焊機機頭，其安裝尺寸應滿足：軌道與管表面的距離差不大于2 mm；軌道與管口端面的間距140 mm。

(5) 內焊機根焊。管道自動內焊機(A-800 系列)系統由電動、氣動和機械模塊組成，其功能是組對及焊接(從管道內部對根部進行施焊)。內焊機施焊前應根據焊接工藝規程中的送絲速度、焊接速度等參數錄入其控制系統，焊接過程中則不需要進行修改[1]。

內焊機必須在完成焊道全周長的根焊后方可撤離，應力較集中時需熱焊完成后方可撤離。

根焊完成后，應進行外觀檢查，外觀合格后進行熱焊作業，不合格應采用內補焊進行補焊。采用自動焊內焊機焊接根焊道，對管道兩端采取防風措施，即在管道焊接起始管的管端安裝不易脫落的臨時盲板，在正在焊接的管端罩上用防雨布或帆布制作的防風罩，并用捆扎帶固定。根焊完成后的鋼管在放置到管墩上的過程中，鋼管不應受到振動和沖擊。

(6)全自動單焊炬熱焊。為了保證鈍邊的融合，增加熔深，采取增大電流、增加大送絲速度，焊接速度較填充蓋面快，必須單焊炬焊接。管道自動焊熱焊設備為雙焊炬自動外焊設備熱焊施焊前應根據焊接工藝規程中相應焊接參數錄入到控制系統中，例如：電流、電壓、焊接速度、送絲速度、擺動寬度、頻率、左右停留時間等。

外焊機固定在焊接軌道上，根據規程適當調節外焊機，即可進行熱焊道的焊接。熱焊道的起弧、收弧接頭應保證與其根焊道的接頭處錯開30 mm 以上。熱焊完成后對起、收弧接頭處進行打磨，打磨時應注意不要碰到坡口。采用電動鋼絲刷對層間氧化層進行清理，同時對整個焊道進行檢查，確定合格后進入下道工序。

(7)全自動雙焊炬填充蓋面。熱焊焊道外觀合格后，即可用進行填充、蓋面焊接。填充、蓋面施焊前應根據焊接工藝規程中相應焊接參數錄入到控制系統中。同時應確定填充焊道的層數和道數，填充焊道每層厚度大約2～3 mm。填充、蓋面焊接過程中，各層接頭位置應錯開30 mm 以上。其中為了保證蓋面焊道的外觀成形，最后一層填充焊道應控制在距離管表面1～2 mm 左右處。填充、蓋面焊接過程中，各層間應采用電動鋼刷對氧化層進行清理，同時并用砂輪機打磨焊道表面的熔渣、密集氣孔、引弧點或接頭高凸處及坡口邊緣的飛濺，以避免未熔合缺陷的產生。采用雙焊炬焊機焊接，除最后一遍填充焊外，所有填充焊需要啟動電弧水平和垂直跟蹤功能。接頭打磨時要圓滑過渡且不能傷及坡口。最后一遍填充則根據情況及時調節焊接參數確保蓋面焊接工序的正常進行。蓋面焊接過程前，應對其填充焊道進行檢查，如有填充不飽滿的地方需要補焊、填充太滿的地方則適當打磨。蓋面焊道的寬度應滿足每側比坡口增寬1～2 mm。運用雙焊炬焊機蓋面焊時采用排焊，蓋面成型美觀，寬度均勻，“6 點”處焊道的余高容易超標的現象，應根據情況及時調節參數。填充、蓋面焊接完成后，采用電動鋼刷及時清理飛濺，然后進行焊道外觀檢查。

每道焊口宜當日完成。若當日不能完成的焊口其焊接厚度應滿足50%鋼管壁厚，且不少于3 層焊道，并置于在防風棚內。未完成的焊口應采用防潮、隔熱的材料進行包裹。次日焊接前，應按照焊接工藝規程要求預熱至層(道)間溫度的最低值。

(8)表面清理及外觀檢查。蓋面焊完成后，應使用電動鋼絲輪等工具對焊接表面焊渣及飛濺等附著物進行清理，清理完成后進行焊工自檢以確保焊縫外觀質量。焊縫表面不得有裂紋、氣孔和焊瘤等外觀缺陷。按照項目要求填寫相應的記錄表格并做好焊口標識。

(9)軌道拆除。焊工自檢及質檢員外觀檢查合格后，方可拆除其軌道。

4 連續施工保證措施

為最大程度發揮全自動焊接效率，應根據工程線路特點和以往全自動焊工程施工經驗，制定組織、人員、設備等方面連續施工保證措施。

4.1 加強施工組織管理

加強征地協調，保證有連續施工的作業面，避免造成停工轉場。優化焊接機組各崗位人員，提升專業技能水平，確保每個焊接機組整體技術水平，減少因個別人員造成焊接工效降低。配備專業的設備維保人員，避免設備故障原因造成停工。在有條件的情況下采用單槍組合自動焊配合主線路全自動焊焊接，避免后期轉場和連頭工作。為了保證焊接機組有足夠的施工作業面應提前優化施工段，并進行劃分，減少機組轉場次數。加強管材出庫與現場布管的級配管理，避免錯邊超標，提高管口組對效率。

4.2 加強設備管理

開工前期準備充足的設備配件，確保施工過程備件充足。加強維護，定人定機。焊工每天檢查焊機狀況，及時保養做好設備運轉記錄。加大檢查力度，對全自動焊接設備完好情況和設備性能定期進行檢查，對焊接質量不穩定的焊接設備及時查找原因并進行維修。

4.3 優化線路，加強溝通，減少斷點

全自動焊接適用于DN500～DN1400 等多種管徑的平原和坡地地帶長輸管道線路自動焊接施工。內焊機系統最大可適應≤12°的坡度地形，針對地勢起伏超過12°的山區丘陵地帶，可提前根據施工環境、鋼管內壁厚度變化的次數、施工地點等影響全自動焊接工效的因素，通過冷代熱和改線等優化措施減少連頭斷點，提高一次通過性，使全自動焊接連續作業面更長[2]。

(1)河溝、干渠等穿越措施。對小型河溝、干渠、山丘等進行降坡處理，管道盡可能采用降坡取直、增加冷管以及彈性敷設與降坡相結合的方式進行縱向轉向；對于小型溝渠、排水管溝、河流，采取埋設涵管便橋的方式，確保涵管便橋修筑方式或者預制簡易浮筒方式通過；對中型長度、無通航的河流，采取多組浮筒組成臨時浮橋；對于大型河流，可通過辦理航道通行的河流采取浮船載運的措施。

(2)道路穿越措施。一般縣級以下道路，若車流量較小，可采取大開挖的方式通過，施工前先封閉道路，待管道焊接后彈敷穿越道路后，在其上方敷設干土和厚鋼板，施工完成后，再恢復道路通行。若道路車流量大，在施工前，先修筑一條臨時繞行道路，用于車輛通行，待道路穿越施工完成后，再恢復道路。在管道能夠采用大開挖穿越的三、四級公路時與設計溝通采用蓋板涵來代替套管。開挖加蓋板涵穿越方式縮短了施工時間，減少對交通的影響，同時也避免了穿越段留頭。

采用開挖方式穿越機耕道，應提前下臥預埋的敷設方式，即管道在穿越機耕道時，提前開挖引溝(深度較淺，一般為2 m)，將管道下臥埋設于路面下方，同時在管道上方鋪設鋼板等進行保護，快速回填至路面，不影響機耕道的正常通行。然后在公路段的兩側線路，挖一個臨時管溝，深度從2 m 逐漸過渡到地表，讓管道以縱向彈敷的方式敷設。待焊接完畢后，進行沉管作業，直至管溝深度達到設計埋深要求。

(3)地下障礙物穿越措施。對于地下灌溉水管線(PVC 等塑料水管線)的障礙物，測量時進行統計工作，征地賠償針對性告知情況進行補償時間，焊接時連續進行。

對于鑄鐵水管線，敷設在地上的管線，征地時進行補償，管理單位配合進行更換檢修工作，施工時更換為軟性連接管進行連接，焊接管線置于水管線下方，設備通過時采用鋪設鋼板、墊土袋的方式確保設備通過時管線無影響，回填后，恢復原輸水方式。對于敷設在地下的鑄鐵水管線，征地時進行補償，焊接直接焊接，管道下溝時，管線管理單位關閉閥門切管。

對于國防光纜、通信光纜、地下電纜、地下管道等地下障礙物，由于在運營，無法切斷施工，嚴格控制預留的長度，穿越處設置在管線的中間，若偏離單根管線中間較多時，地形較好、穿越地下障礙物更方便的一側進行二接一預制，作為非全自動焊口施工。

4.4 加強焊接質量管理

加強焊工責任心教育，嚴格三檢制，細化工序管理。加大焊工重新進行焊接工藝規程的詳細交底。焊接時，要求焊工掌握好焊絲擺動角度，在坡口部位適當停留，保證焊滴與坡口完全熔合。控制層間溫度，尤其是停焊后再焊時，重新預熱到規定溫度，滿足焊接工藝規程要求。焊接過程中，注意觀察熔池金屬的異常情況，發現異常及時打磨處理。做好坡口清理，完全清除坡口表面及附近區域的污物、銹蝕及表面缺陷等，露出金屬光澤。控制好電流、電壓、焊接速度等焊接參數[3]。

5 結語

長輸管道自動焊連續施工技術在一些重點項目中得到成功應用，取得了一定成效。自動焊連續施工技術需要不斷總結提升，施工單位要持續加強總體統籌，優化現場策劃，提升自動焊技術和工藝應用水平，實現項目主動快速高效推進，降低施工成本，努力提高市場競爭能力。