大口径管线二接一装置及焊接工艺

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得电源具有优良的动特性；控制系统与ESAB 公司均采用可控硅控制技术，具有控制精度高、网压补偿等优点；并且有平、降两用多特性，使得焊接规范选择更宽；优良的风道设计，使得电源的暂载率可达到100%；更低的下限电流，使得焊丝的选用范围更宽。

如图7所示。

(4) 电动拖板采用机械限位，大大简化了机构和避免了电器限位的失控烧电机等问题。

(5) MZ9悬挂式埋弧焊机头，包含了该公司研制的获得国家专利的几项最新技术（专利号：91210250.7、98229373.9、99230963.8），使得焊丝的校直、送进更稳定、可靠。

焊接机头送丝部分为国内首家采用等星齿轮减速送丝系统，效率高、送丝力矩大，确保动态送丝精度，焊枪采用偏心式导电焊枪，导电效果好，提高导电嘴的使用时间。

见图8。

(6) 采用该公司专利产品组合式送丝轮，其使用寿命长。

图 7 图 8
4 技术参数
●型号：GDJ-20
●承重能力：≤20T
●工件直径：Φ460-Φ1200
●滚轮线速度：200-1200mm/min
●最大驱动力：200KN
●滚轮直径：350mm
●滚轮电机功率：4×250W
●滚轮中心距：700mm
●工件长度：12.5m/根
●焊接电源：1000A（额定、直流）+1000A（额定、交流）
●焊接电压：24~44V
●焊丝直径：Φ3.2 ~Φ6mm
●焊接电流：1000A（额定、直流）+1000A（额定、交流）
●暂载率：100%（直流）、60%（交流）
●焊接速度：200~1200m/min
●送丝速度：0-2000mm/min
●焊丝间距：12-50mm（可调）（仅双丝用）
●十字操作机：垂直调节200mm、水平调节500mm，垂直水平调节
速度：2000m/min
●电动拖板：100×100mm，垂直、水平调节行程100mm。

●合页转动角度：0-90°
●外部尺寸：16000（L）×2500（W）×3000（H）
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5 焊接工艺试验及现场焊接工艺评定
针对“西气东输”主管线工况，选最常用的X70螺旋埋弧焊管（Φ1016×14.6）进行工艺试验，为保证根部质量，特采用STT打底焊。

(1) 坡口型式按“西气东输”要
求（见图9），该坡口角度较一般手
弧焊和埋弧焊略小。

图9
(2) 焊接工艺
埋弧焊热输入量大，因而在STT根焊后须进行热焊，方可采用埋弧焊填充盖面，典型工艺如下表1：
由于“西气东输”焊接工艺要求预热100℃，而在埋弧焊制管中又未预热，分别采取预热100℃及常温（≥10℃）二种方式进行。

表1 焊接工艺
注：DC+表示焊条或焊丝接正
(3) 无损检测及力学性能试验
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按“西气东输”标准Q/SYXQ4-2002要求，该公司首先在川内进行设备调试及模拟试验，待工艺确定后，方可到现场进行焊接工艺评定，并经中油集团公司管道焊接技术中心监督实施并检测认可，出具批准报告。

1)射线探伤
按Q/SYXQ6-2002标准委托中油华龙检测公司（甲方指定检测公司）对现场2道焊口SC01（未预热）SC02（预热100℃）进行100%RT，一次合格。

均未发现裂纹。

2)力学性能Charpy-v冲击试验，金相及硬度见表2：
表2 力学性能Charpy-v冲击试验，金相及硬度表
由表2可看出，预热100℃及未预热均满足标准要求，特别是采用埋弧焊后，低温冲击韧性较其它已采用方法有一定提高，最终中油管道焊接技术中心分别出具了两项合格的焊接工艺评定报告。

6 应用情况及其经验总结
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6.1应用情况
（1）按中油管道技术中心X70钢裂纹试验最低预热温度60℃，确定该“二接一”焊接工艺规程预热温度60℃。

现已正式发布西气东输线路工程X70钢管二接一焊接工艺规程，编号SC/XQ-WPS-01。

（2）该公司已按此工艺规范在山西永和工地顺利完成20道试验口，全部合格。

现下积极准备迎接在新疆甘肃标段的大规模施焊。

（3）用户
●江汉油建公司订购2套（西气东输管线安装现场使用）
●四川油建公司订购2套（西气东输管线安装现场使用）
6.2 优越性
由于“西气东输”所用钢管每段长度为12.5m，在钢管埋入地下之前，利用“二接一”焊接装置连接为25m，采用STT打底+埋弧焊盖面，仅需40分钟，合格率为100%；采用常规人工焊接方法，焊这条缝需要120分钟，合格率为90%。

其优越性和经济性显而易见，并且外观质量比常规方法要高得多。

6.3 经验总结
（1）移动埋弧“二接一”装置完全适合于管线安装，特别是在平原沙漠地段能减少主管线的焊接工作量40%左右。

（2）埋弧自动焊效率高，质量好，应用于管道安装环形焊缝隙施焊为国内首创，填补了国内大口径管线施工工艺的空白。

（3）国产埋弧焊“二接一”装置完全能满足各项使用性能及工艺性能要求。

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7 国内其它管线“二接一”装置及焊接工艺介绍
国内，在20世纪90年代，为了提高焊接施工效率采用了双联管焊接工艺。

管道二公司在年初制作了一台管线“二接一”装置，准备在“西气东输”工程上使用。

其双管联焊工艺如下：
长输管道钢管的长度一般为12米左右。

如果钢管的长度能增加一倍，则现场的施工进度会大大加快，且可降低施工成本。

为此，在运输条件允许的施工作业带附近设立双管联焊作业站，即在双管联焊作业站内将二根钢管联接成一根长度为24米左右的长钢管。

这样在施工现场可减少50%的焊接量。

由于“西气东输”管道工程管径大（Φ1016mm）、管壁厚（14.6~26.2mm），应用双管联焊工艺优势更加明显。

双管联焊焊接工艺通常有如下三种：
(1) 维素焊条下向焊接根焊焊道，埋弧自动焊在滚轮架上连续焊接填充和盖面焊道；
(2) 采用STT半自动下向焊焊接根焊焊道，埋弧自动焊在滚轮架上连续焊接填充和盖面焊道；
(3) 改变钢管原有的坡口形式，在钢管的内外各焊接一道埋弧自动焊焊道。

1、和
2、的焊接效率与
3、相比低，但不需改变坡口形式，在出厂钢管的原坡口上进行焊接。

8 国外管线“二接一”装置典型应用实例及经验介绍
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科洛尼尔成品油管道原名Colonial Product Pipeline，以美国得克萨斯州的休斯顿为起点，经路易安那州的莱克查尔斯（Lake Charles，Louisiana），密西西比州的巴吞鲁日，科林斯（Baton Rouge，Collins），再经亚拉巴马州（Alabama）到佐治亚州的亚特兰大市（Atlanta，Gerorgial）。

主体管道规格为32~36英寸，全线经过14个州，总长2845英里。

科洛尼尔管道施工要求进度快，将干线管道1540英里分包给6个施工承包公司，在施工中各段工程客观条件不同，承包公司各自有其施工方法。

这些颇有经验的施工公司对大型管道采用的各种不同的施工方法首先之一就是使用双节管。

使用双节管（二接一管）占全管道用管的一半。

科洛尼尔管道36英寸干线共分成10个工程段，各段里程长度由91英里到126英里不等，所有的管子有一半是由预制厂供给的双节管（将两根管子焊成一长根）。

采用这种方法，使很大一部分环形焊口可以在预制场采用自动焊，提高焊接的质量，又节省了现场环形焊缝的工作量；但是增加了管道运输的困难。

使用双节管要看线路的地形条件，山区或丘陵地带等采用双节管会遇到困难。

科洛尼尔干线的10个工程段中，用双节管的有第4、5、7、8和第9工程段，而起点端的3个施工承包公司所承包的第1、2和部分第3工程段未能采用双节管。

原因并不是地形的影响，而是州际的法律限制不能在公路上运输这样长和这样重的大件。

这只限于在得克萨斯州，在路易斯安那州虽有相似的规定，但执行不严，可以通过。

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威廉兄弟公司在第4和第5工程段，专门装备了一个预制场，将两根管子焊接成双节管。

为这两个工程段服务。

预制场随着工程的进展而移动，连续搬了5次。

预制场由26名工作人员负责，搬运十分方便，拆卸和再安装只需24小时，大部分时间是在运输途中。

这种活动的便于搬迁的预制场，对大型管道加快施工速度提供了条件，特别是当今管道施工的机具日臻完善，日施工2.5至3英里的速度已是常规的速度了，为适应施工进度缩短预制场至现场施工的距离，只能是预制场的及时搬迁。

设在恩特普尔斯(Enterprise)的威廉兄弟公司最大的一个预制场，可以将50英里的管材焊成双节管，相当于焊成双节管3300根，这个预制场共占地41英亩，大部分用地是用来堆放管子。

焊接双节管的作业线全长395英尺，宽为90英尺。

在作业区的前后都设有150英尺的撬装托架，这个托架每100英尺有4英寸的倾斜度，这样就可以使管子滚到焊到焊接作业处。

焊接好的双节管也用相同结构的托架，将管子滚到汽车装车的地方，由那里装上布管的汽车。

在预制场里有两辆汽车吊车，一是自管材堆放场院将管子吊到托架上，这是一台短臂的吊车；另一台有60英尺的长臂的吊杆，因为起吊的双节管长80英尺。

双节管的焊接程序是：将两根40英尺长的管子焊接前先用自动打磨机将坡口打光，每个管口各有一台打磨机，要求将坡口的钝边打磨到3/16～5/32英寸，然后将管口顶死不留缝隙，这与往常的作法不同。

焊口是内焊一道，外焊两道，都是采用埋弧焊。

外焊采用的是浮动式的焊头；所谓浮动式焊头，就是在管口不太圆整，则焊头可以浮动，
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自动调节。

现在外焊两道同用一个焊头，而过去第一道和第二道是分开的由两个焊头分别施焊。

焊接速度是由管子旋转的速度来确定的。

内焊是由装在有轨小车上的60英尺的结构长杆，焊头装在长杆的端部，用液压驱动小车将长杆和焊头送到管内的内焊缝的位置上，焊接的程序都是自动进行的。

焊接时管子是由托轮驱动而转动的，焊接完毕将长杆退出来，这些操作由一个焊工执行。

管子打好坡口对紧口后，送进来内对口器，也是由液压操作的。

操作位置就在焊工的位置上，内对口器对好以后管子转动，开始第一道外焊，焊完以后抽出内对口器，然后进行内焊，同时进行曲第二道外焊。

焊接完毕后，液压推动器将80英尺管子推到托架上滚到布管汽车停放处。

设在恩特普尔斯的威廉公司和预制场所焊接的大量管子是壁厚为0.281英寸的，有些是0.312和0.375英寸厚的。

焊接这样厚的管子，焊头运行要慢些，并且要增强电流。

用较旧式的双焊头，即埋弧焊，第一道根部焊用一个焊头，第二道焊用另一个焊头。

采用这种预制方法，每天可以焊成双节管132根，约2英里，最多的一天可焊成168根。

威廉公司所用的布管车，加上一种特殊装置，运长管子时可以转很小的弯，这种拖车在这个施工段共有12台。

9 技术经济分析
9.1设备造价
管道二公司设计制造的大口径管线二接一装置，据对方介绍，造价在500万元。

这当然包含有一定水分。

转胎部分和预制厂内的直缝管焊
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接装置（操作机）相似，行走拖板也是简单的。

500万当中有一半的价钱是用于购买吊车的。

看来现场吊装和运输方式是此“二接一”装置得以推广应用的关键问题；由于专业性较强，它也是增加造价的主要原因。

从北京百事达电器设备有限公司报价来看（见表3），内容非常简单，基本设备装置价格应在70-80万元，这个价格应该是较准确的。

表3 设备报价
如果加上装卸管、起重和运输设备，总价格要很高了，可能要越过200万元以上了。

9.2 操作人员培训与操作难度比较及设备配备
随着焊接方法由手工焊向半自动焊、自动焊甚至是智能化的焊接发展，焊工的操作难度和劳动强度都在下降，但设备的维护、维修、调整和焊接工艺参数的设定的难度却在增加。

“西气东输”管道工程所用焊接方法进行比较，见表4。

表4 操作人员培训及操作难度
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以“西气东输”管道工程Φ1016mm×14.6mm钢管平原段各焊接方法的一个作业机组为例进行人员和设备的比较，见表5。

表5 人员及设备的配备
9.3 焊接效率与成本及焊接质量
焊接效率以各种焊接方法的一个作业机组，在良好的作业条件下，一天有效作业时间10h完成的Φ1016mm×14.6mm焊口道数计算。

焊接成本以作业机组的组装焊接完成每道焊口的成本（只包括组装焊接作业的人工费、设备费和材料费等）计算以及焊接质量的比较，见表6。

图6 焊接效率、焊接成本和焊接质量
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采用新的焊接工艺方法后，首先应从思想上重视，培养高素质的操作人员。

按照规程在较好的环境下反复论证和实践，适应了接的焊接方法后，再不断进行改善和改进。

通过比较分析可以看出，虽然“二接一”装置一次性设备投资较大，但其设备装置的通用性很大，有些机组可以借用或拿到其它场合使用，安装调试也较容易。

从表5、表6可以看出，“二接一”装置施焊，速度快，质量稳定，是一种值得推广应用的管道施工工艺。

10 结论
大口径管线“二接一”焊接装置及焊接工艺技术成熟，性能可靠。

在平原、沙漠等合适的现场条件下，可以在管道作业中，具备施工速度快，质量易于保证，以及装置设备具有操作简单，灵活可移动的特点，焊接工艺成熟，可以很快得以推广应用。

在很好解决运输吊装问题的基础上，可以在“西气东输”、中俄管线等大口径管线施工中发挥应有的作用。

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