长输管道全自动焊质量控制

长输管道全自动焊质量控制
发布时间：2022-04-01T08:01:31.718Z 来源：《科学与技术》2021年第32期作者：郭钟元
[导读] 自动焊作为一种新型的高效焊接方法，广泛应用于工业和制造业，对提高生产效率、稳定产品质量、改善工作环境具有重要意义。

郭钟元
中石化胜利油建工程有限公司
摘要：自动焊作为一种新型的高效焊接方法，广泛应用于工业和制造业，对提高生产效率、稳定产品质量、改善工作环境具有重要意义。

但在工艺管道的安装过程中，自动焊接受诸多条件的限制，仍难以推广应用。

针对某工程管道自动焊应用中存在的问题，提出了管道自动焊应用的局限性。

关键词：长输管道；全自动焊；质量控制
1管道自动焊的应用现状
目前管道自动焊多应用于高钢级、大口径、大壁厚管道的流水施工作业过程，例如在西气东输二线等重大工程中，管道自动焊的应用取得了较好的效果。

大口径管道自动焊装备包括坡口机、内焊机、外焊机3部分:坡口机主要用于完成管口加工，按照坡口工艺图纸坡口;内焊机主要用于两个加工完成的管口组对和根焊;外焊机主要用于焊缝的热焊、填充及盖面焊接。

相较国外自动焊装备的发展，中国焊接装备发展较晚，随着自动焊装备的应用比例逐步上升，国内越来越多的公司逐渐开始研发自动焊装备，但国内装备在使用可靠性和耐用性方面，与国外先进水平仍有一定的差距。

2施工难点
由于内焊机爬坡能力的限制，内焊机主要用于地势平坦或坡度小于12°的地段。

坡度过大，不能保证焊接质量和施工安全。

内焊机可连续通过弯曲半径大于40d（d为钢管外径）的冷弯管和弹性敷设段，但不能通过热弯弯头。

导致接头增加，整体效率降低。

自动焊的焊接速度快，采用双焊炬焊接填充罩表面。

焊工应观察熔池表面的三维形状，通过控制两个焊枪的手柄实时调整姿态，在复杂的工况下形成良好的焊缝，保证单次焊接速度。

因此，对焊工的需求量大，焊工的培训周期相对较长。

内焊机根部全自动焊接工艺的焊接热输入、电弧焊接宽度和焊接深度相对较低，对焊缝坡口加工精度和焊缝装配精度要求较高。

焊缝坡口尺寸偏差和装配间隙的变化会导致焊接缺陷，其中熔化缺陷是最重要的焊接缺陷。

坡口的加工或焊接参数一旦失效，焊接缺陷就会表现出系统性和连续性的特征。

自动超声检测（automatical超声检测）具有检测速度快、检测率高、检测结果实时显示等特点，是检测非熔融缺陷的有效手段。

能及时反馈焊接质量，确保焊接单位及时调整焊接参数，避免重复出现缺陷，但AUT检测图不直观，需要高水平的评定人员。

试验过程受轨道安装精度、待检焊缝表面状况（如制管焊缝）、设备性能和试验过程的影响。

2长输管道全自动焊质量控制措施
2.1提升管端几何尺寸
管道端部坡口的加工和装配质量是影响自动焊接质量的重要因素，而管道端部的椭圆度又影响着坡口的加工和装配质量。

管道周长和其他几何尺寸。

随着管径的增大，对准难度随着椭圆度的增大而增大。

例如，中俄东输气管道项目将按照技术规格书的要求，将椭圆厂的内部控制指标从0.6%D降低到0.42%D；此外，在管端还应标明长、短轴线和管周长，以提高钢管现场分级和组装的效率，提高焊接合格率。

2.2焊工培训
目前，管道自动焊接技术还没有达到智能焊接的水平，焊工的水平仍然是决定环焊缝合格率的最重要因素。

由于全自动焊机机组一般为大流量运行，一台机组一般配备14～18名焊工，焊工的技术水平和焊接机组的整体水平更为重视。

成熟焊接单位的焊工除熟练操作焊接设备外，至少应具备以下能力：（1）观察电弧稳定性和熔池状态的能力。

特别是焊接深度大的热焊和双焊炬焊接；具有在焊接过程中发现缺陷并抛光的能力；焊接填料盖表面时，应能通过操作手柄进行微调；能够在传输场、天气或地形坡度变化时对焊接参数进行微调；焊接壁厚变化时的快速调整和适应能力。

2.3无损检测
特殊工艺评定是AUT检测质量控制的重要组成部分，也是自动焊接施工技术准备的重要组成部分。

完成特殊程序评估是AUT测试单元进场测试的前提。

特殊工艺评定主要包括以下三个步骤：（1）按管径、壁厚、坡口形状对试焊缝进行处理，试焊缝应具有符合DEC文件要求的缺陷；确定被测焊接单元所采用的坡口参数，包括坡口角度、内坡口高度、钝边高度等，并根据坡口参数进行试块设计和加工。

试块的处理周期一般为20天。

如果壁厚和坡口参数发生变化，则应对试块进行返工；AUT试验设备应使用试块进行校准，并通过扫描试验焊缝完成特殊工艺评定的相关工作。

AUT测试单元的鉴定完成时间一般为7天。

从以上三个环节可以看出，试块的设计和加工只能在施工单位焊接工艺坡口参数尽早确定的情况下进行；AUT测试设备的校准只能在试块加工完成后进行，并且必须对AUT测试过程进行特殊评估。

将AUT试验程序的专项评定与焊接工艺评定挂钩，尽快完成AUT试验程序的专项评定，确保自动焊接施工的及时启动。

2.4施工组织设计文件编制
全自动焊接施工组织设计文件应充分考虑全自动焊机机组大流量施工的特点，编制的目的是全面实施全自动焊接连续施工。

可能吧。

干旱地区全自动焊接施工应充分考虑焊接通道的连续性。

建立满足自动焊机组连续施工的焊接通道，减少连接点是施工组织设计的核心。

水网区全自动焊接施工应考虑管道输配通道、焊接通道和重型机械行走通道的连续性。

此外，在水系密集的区域，应考虑将焊接单元的连续通路施工段划分为一个“施工单元”。

例如，在建的中俄天然气东输管道连云港至泰兴段共分155个施工单位。

各施工单位的进出路线、焊缝数量、弯头、地下障碍物等信息和数量在地图上标注，形成清晰的“施工战争图”。

各施工单位的焊接、防腐、沟槽等工序应及时、紧密结合，做到“干一段，完一段”，确保雨季来临前及时完工。

在通道旁留有连接点，也可在雨季施工，保证工程顺利进行。

2.5持续技术创新
为了进一步挖掘全自动焊接技术的潜力，采用了超窄坡口全自动焊接技术、外根部自动焊接技术等新工艺技术。

为解决山区工程应用中存在的问题，结合现有的自动焊接设备，开发了热弯连续焊接技术和全自动连接头焊接技术。

水系统和其他区域，并随时可用。

具有全地形、全直径、全材料等复杂工况下的全自动焊接能力。

2.6加快制定专项焊接方案
随着油气管道“一个国家管网”的建设，越来越多的新建管线与既有管线相连。

已建管道在施工期受不完整数据（如钢质管道含碳量、冷裂纹敏感性指标等）的影响。

因此，与新建管道连接的焊接接头不能完全按照现行规范要求进行评定。

因此，在保证焊接质量的前提下，有必要针对这些情况制定专门的焊接方案，以保证工程的顺利施工。

2.7提高信息化控制水平
工程质量管理在管道智能化建设中起着重要作用。

对于全自动焊接，自动采集预热温度、层间温度、焊接电压、电流、送丝速度等焊接参数。

但与工程质量管理要求仍存在差距，主要表现在以下三个方面。

数据采集系统中使用的温度传感器为非接触式，焊机的便携式温度计主要为接触式。

两种测量结果相差很大（误差一般在10℃左右）。

因此，没有条件使用数据采集系统来判断焊接工艺的实施情况。

目前，坡口加工质量检验的通用角度尺和焊缝外观质量检验的焊缝检验尺均采用机械测量和手工记录。

记录的检验结果的真实性无法保证，工作效率不能满足工程实际要求。

今后应实现测量结果的数字化显示和存储。

图像采集的智能化水平有待进一步提高。

智能现场图像采集系统尚未实现对影响焊接质量的重要工序的全过程采集。

通过图像采集对违章作业进行智能识别是智能化施工现场下一步的发展方向。

结论
从近年来中国数条典型管道工程的建设情况看，不同设计单位的设计理念存在差异，不同施工单位的施工优势也各不相同。

建设单位在组织好项目建设的同时，应适时开展设计单位、施工单位之间的经验交流与分享活动，取长补短、共同提高，为长输管道建设的长期发展积蓄力量。

参考文献：
[1]权涛.中国长输油气管道自动焊技术应用现状及展望[J].化工管理,2021(05):69-70+72.
[2]李祥,张剑锋,徐海峰.油气管道自动焊接技术的发展探讨[J].石油技师,2020(03):12-16.
[3]苏汉臣,范进章.管道全位置自动焊接技术[J].中国石油和化工标准与质量,2020,40(19):187-189.。