新焊接工艺在中乌天然气管道工程中的应用.pdf

5 6 石油工程建设 2 0 1 0年 l 2月 瓣 一 李加平，宋天学，马中清 中国石油天然气管道局第二工程分公司，江苏徐州2 2 1 0 0 8 摘要 把 内 自动 焊打底 效率 高 、焊 接质量好 和 手 工半 自动 焊 工艺成 熟、填 充盖 面效 率 高的优 点结 合在一起 ，可形成一种焊接效率更高、焊接质量更好的管道焊接新工艺。文章结合 中乌天然气管道 工程 ，从坡 口型式、组对方式、焊接工艺参数等方面介绍 了内自动焊机打底 手工半 自动焊的新 工艺技 术 ，并对工 艺创新 点进行 了说 明 。 关键词天然气管道；内自动焊 ；半 自动焊；工艺参数 ；创新点施工 中图分类号T E 9 7 3 ． 3 文献标识码B文章编号1 0 0 1 2 2 0 6 2 0 1 0 0 6 0 0 5 6 0 3 0 引言 在中乌天然气管道工程 中，管道二公司承担了 B标段 2 5 6 k m和新增段 9 6 k m的施工任务。管道起 于布哈拉市以西 7 0 k m处的 Z A 0 1 9 9桩，止于乌哈边 境 ，全长 6 0 8 k m。地形 以平原 、草场、戈壁和沙丘 为主。在地势起伏较小的地段 ，工程首次采用了内 自动焊 机 打 底 手 工 半 自动焊 工 艺 ，充 分 利用 了 C R C内自动焊机和手工半 自动焊的优点，在 N o ． 1 线 施工中，仅用 1 2 5 个有效工 日，完成了D 1 0 6 7 mm 保护层 ，但岩棉材料本身的机械性能对保温层的稳 定性和抵抗变形能力也有很重要的作用。岩棉材料 的密度除了对导热系数产生影响外 ，对抗压性能和 线性收缩率等也有一定 的影响。从表 2的两种不 同密度 岩 棉制 品 的各 种性 能参 数 的 比较可 以看 出 ． 7 5 k g ／ m 岩棉的导热系数和线性收缩率 比 8 5 k g ／ m 的岩棉 略微偏 高 ，抗 压强度 则显著 降低 。其 中 7 5 k 咖 岩棉的抗压强度略低于美标中的相关要求。 由此可见，岩棉制品的密度不但对导热系数影 响较大，对保温层的机械性能影响也很显著 。 4结论 1 岩棉的密度对导热系数有显著影响，密度 为 8 0 k g ／ m 左右的岩棉 ，其导热系数最小，在此基 础上降低或增加密度都会使岩棉的导热系数增大。 2 在密度 一定 的条件下 ，岩棉 的导热 系数与 使用温度近似呈线性关系，导热系数随温度的提高 而增加 。 1 5 ．9 mm 或 1 9 ． 1 mm主管道 1 1 2 ．9 k m的焊接。 1内 自动焊机 打底 手 工半 自动焊填 充盖面 技术 内自动焊机打底 手工半 自动焊填充盖面是指 采用管道内 自动焊机 英文缩写为 I WM．即 I n t e r We l d i n g Ma c h i n e 在管道内部进行根焊道焊接 ，然 后采用手工 自保护药芯焊丝半 自动焊从外部进行热 焊 、填充焊 及盖 面焊操作 的一种新 型焊 接工 艺 。该 工艺首次在 中乌天然气管道 中应用 ，其特点是采用 了自动化程度高、焊接速度快、施工质量好的管道 3 岩棉密度对抗压强度和线性收缩率等机械 性能有一定影响，当岩棉的密度从 7 5 k g ／ m ， 提高到 8 5 k g ／ m 3 ，岩棉块的抗压强度明显提高 ，线性收缩 率略微降低。 参考文 献 【 1 ]G o l d s t e i n R J ． E e k e E R G， I b e l e W E，e t a1． He a t t r a n s f e r --a r e v i e w o f 2 0 01 l i t e r a t u r e[J J ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f H e a t a n d Ma s s T r a n s f e r , 2 0 0 3， 4 6 1 8 8 7 1 9 9 2 ． [ 2 ]宋世林． 岩棉与矿 渣棉性能 差异研究[ J ] ． 非金 属矿， 2 0 O l ， 2 4 1 1 l l 4 ． [ 3 ]Z h a n g B o - Mi n g ， Z h a o S h u - Y u a n ， H e Xi a o - D o n g ． E x p e r i me n t al a n d t h e o r e t i c a l s t u d i e s o n h i g h t e mp e r a t u r e t h e r mal p r o p e r t i e s o f fib r o u s i n s u l a t io n [ J ]． J o u ma l o f Q u a n t i t a t i v e S p e c t r o s c o p y＆ R a d i a t i v e Tr a n s f e r， 2 0 08， 1 0 9 1 3 0 9 1 3 2 4 ． 作者 简介 韩 长军 1 9 6 7 - ，男，河南洛 阳人 ， 高级工程 师 ，1 9 9 0年 毕业于大庆石 油学院石 油机械 专业 ，硕士 ，现 从事石化行业设备设计及项 目管理工作 。 收稿 日期 2 0 1 0 0 3 2 4 羊 羊 ★ ★ ★ ★ ★ ★ 第 3 6卷第 6期 李加平等 新焊接工艺在 中乌天然气 管道工程 中的应用 5 7 内自动焊机进行根焊焊接 ，根焊效率明显提高 ；热 焊 、填 充 和盖面 焊接则 采 用 目前 操作 简单 、焊 接质 量好 、效率较快的手工 自保护药芯焊丝半 自动下向 焊接工艺 ．两者结合 ，优势互补。 1 ． 1 坡 口型 式 结合手工半 自动焊 V型坡 口和全 自动焊复合 坡 口的各 自特点 ，内自动焊机打底 手工半 自动 焊填充盖面工艺采用了复合坡 口型式 ，见图 1 。坡 口采用坡 口机现场加工，内坡 口面为满足 内焊机的 焊接采用 V型 ，外坡 口则采用 U型以确保热焊焊 透和填 充 、盖面 焊接 质量 。 图 1 坡 口型 式 1 ． 2组对 方式 管 口组对采用 内 自动焊机 自带 的对 口器 ，对 口间 隙要求 为 0～0 ． 5 m m，在 实 际施 工 中一般 均 采用零 间隙组对 ，内坡 口角度为 3 7 ． 5 。 ，钝边 1 ． 8 m m．外 坡 口底 部 弧 度 R 为 3 ． 2 mm， 上 部 为 1 0 。 ，管 壁 厚 度 为 1 5 ． 9 mm 或 1 9 ． 1 m m，组 对 时错 边 量 ≤ 3 ． 0mm 1 ． 3 焊接工艺参数 1 ． 3 ． 1 焊接材料 见表1 表 1 焊接材料 规格 型号 备注 E R 7 0 S G f 1 ． 5 k g盘 1 击 0 ． 9mm 根 焊 E 8 1 T 8 一 G 5 ． 6 k g盘 击 2 ． 0mm 热焊 、填充 、盖面 1 ． 3 ． 2 根 焊 参数 在 中乌 天然气 管道施工 中。内 自动焊机采用 C R C全 自动 内焊机 ，由 4台林肯焊机提供焊接 电 源 其中一台用于 内焊道修补 ，内焊机设 6个枪 头 ，将圆周分成 6等份 ，6把枪头各负责 6 0 。 ，每 把焊枪都有单独的控制电路板 ，自成系统。焊接过 程 中 1 、2 、3号焊 枪 先 打 火 焊 接 ，顺 时 针 完 成 焊 接 ，接 着 6 、5 、4号焊 枪 打火开 焊 ，逆时 针完成 焊 接 ，这样完成一道根焊道的纯焊接时间为 9 4 S 。 根焊时 6把焊枪参数的设置根据位置不同而不 同，主要体现在送丝速度和焊接电流方面 ，焊接速 度由旋转大盘统一控制 ，各焊枪的焊接速度全部一 致 ，其参 数范 围见 表 2 。 1 ． 3 ． 3手工半 自动焊参数 手工半 自动焊采用林肯焊机供电，送丝系统为 L N 一 2 3林肯送丝机 。为确保热焊与根焊间焊道焊透 但又不致烧穿 ，热焊焊接电流和电压的选择尤为重 要 ，一般采用大电流、高速度进行焊接 ，其他的填 充 、盖 面焊就 按正 常 的手工 半 自动焊操 作 即可 。手 工半 自动焊包括热焊 1 遍 ，填充焊 3 ～ 5遍 根据 壁厚 不 同而不 同 ，盖 面焊 1遍 ，不 需 要排 焊 ，焊 接参 数见 表 3 。 表 2 中乌天然气管道 C RC内自动焊参数 送丝速度／ 焊接速度／ 保护气体 焊枪编号 焊材牌号 直径／ mm 极性 焊接电流／ A 电压， V 2 5 ．4 mm ／ m i n 2 5 ．4 mm ／ m i n 气体配比 流量／ L ／ m i n 1 l 8 O～21 0 1 8～2 2 3 8 0～4 0 0 2 2 0 0～2 3 0 2 0～2 4 4 0 0～4 2 0 3 ER7 0 S G 0 ． 9 DC 1 8 O～21 O 1 8～2 2 3 8 0～4 0 0 6 5～8 5 7 5 ％Ar- I- 2 5 ％ CO2 3 0～4 0 4 1 8 0～21 O 1 8～2 2 3 8 0～4 0 0 5 2 0 0～2 3 0 2 0～2 4 4 0 0～4 2 0 6 1 8 0～21 0 1 8～2 2 3 8 0～4 0 0 表 3中乌天然气管道手工半 自动焊参数 送丝 速度／ 焊接速度， 焊道 焊材牌号 直径／ mm 极性 焊接电流， A 电压， v 焊接方 向 2 5 ． 4 m m／ mi n 2 5 ． 4 m m／ mi n 热焊 E 8 1 T 8 一 G 2 ．O D C 2 4 0～2 8 0 1 8～2 2 1 0 0～1 2 0 2 5～3 O 下向焊 填充 E 8 1 T 8 一 G 2 ．O D C 2 6 0～2 8 0 1 8～2 4 9 0～1 l 0 2 0～2 8 下 向焊 盖面 E 8 1 T 8 一 G 2 ．O D C 一 2 2 0～2 4 O 1 8～2 2 8 5～1 o 0 1 5～2 5 下 向焊 5 8 石油工程建设 2 0 1 0年 1 2月 2内自动 焊机打底 手工半 自动焊技 术 的创 新点 2 ． 1 内自动焊机打底 手工半 自动焊技术在长输 管道施工中首次采用 手 工 药 芯 焊 丝 半 自动下 向焊 的工 艺成 熟 、填 盖效率高 ，与管道 内 自动焊机 的打底效率高 、质 量好的特点相结合 ，形成了一种新的管道焊接工 艺模式 ，并首次在 中乌天然气管道 中得 以应用和 推广 。 2 ． 2 采用内自动焊机打底 。施工工效明显提高 根据现场实际测算 ，采用内 自动焊机打底工艺 完 成直 径 1 0 6 7 m m 管 道 根 焊 的 时 间 平 均 为 9 4 S ； 而 同样 的管 径 。采用 直径 4 ． 0 mm纤 维 素 焊 条 。3 名电焊工同时进行根焊 ，完成一道焊 口所耗用的时 间平均 为 5 m i n 。 2 ． 3 根焊道不需进行打磨清渣 管道内焊机采用气体保护方式进行焊接 ，根焊 道表面及 背面均 没有焊 渣 ，无需 清渣 。而采用 手工 电弧焊 打底工 艺 时 ，则 必须在 根焊道 完成 后花 费 4 ～ 6 m i n进行清渣处理。 2 ． 4 填充金属量少，填充盖 面时间短 ，减少材料 成本 采用 内焊机打底 半 自动焊工艺 时 ，钢管采 用双面坡 1 I 型式 ，即管内侧为 V型坡 口，管外侧 为 U型坡 口。而管道施工 中最常使用的手工 电弧 焊打底 半 自动焊工艺一般均采用单面 V型 带钝 边 坡 口。以 D 1 0 6 7 m m1 5 ． 9 m m钢管为例 ，采 用 内焊机打底 半 自动焊工艺焊接一道焊 口所需 的填充金属量可节省约 1 ． 2 1 k g 。 2 ． 5 焊接质量高 手工电弧焊打底 ，焊接质量受人为 因素影响 较大 ，根焊道常 出现的焊接缺陷种类较多 ，如未 焊透 、单边未熔合 、咬边等 。而采用 内焊机进行 根焊 ，因为完全是全 自动 的机械化焊接 ，人为 因 素影响较小 ，所以焊接质量容易得到保证 。另外 由于 内焊机根焊时采用零 间隙组对 ，根焊道厚度 均 可 达 到 3 ． 5 m m 左右 ，热 焊时 不容 易产 生烧 穿 或 内凹等缺陷。而手工电弧焊打底时 ，根焊道厚度 往往会因焊接速度的快慢而厚薄不均 ；当根焊道 偏薄时 ，热焊时便容易产生烧穿或 内凹等缺陷。 2 ． 6 施工工效明显提 高 见表4 表 4 GMAW F CA W_ s和 S MAW F CA W 工艺有效时间比较 工序 GMA W F C A W S S MA W F C AW S 序号 备注 名称 的有效时间／ m i n 的有效时间／ m i n l 组对 2～3 2～3 GMA W 预 热 温 度 为 ≥ 6 O ℃ 2 预热 1 ～ 2 3～5 S MA W 预 热 温 度 为≥ 1 o 0℃ 含 清 理 内焊 机 3 根焊接 1 ．5～2 5～7 枪头时间 4 清根 0 4～6 合计 4 ． 5～7 1 4～2 1 管道施工工效的直接影 响因素包括 组对 时 间、预热时间、根焊时间 、根焊清根时间，这 4道 工序所耗时间的长短 。直接影响着单位时间内完成 焊 口的数量 。以内 自动焊机打底 手工半 自动焊 G MA W F C A W S 和手 工 下 向焊 打 底 手工 半 自动焊 S M A W F C A W S 作 比较 ，见表 4 ，可 以看出，采用内 自动焊机打底 手工半 自动焊工 艺的有效时间为手工下向焊打底 手工半 自动焊 工艺 的 1 ／ 3左 右 。 3 内自动焊机打底 手工半自动焊技术的应用情况 在 中乌天然气管道工程 中，管道二公司 I WM 机组采用内 自动焊机打底 手工半 自动焊技术 ， 于2 0 0 8年 1 1月 2 5日正式打火开焊 ，在前期混合 气供应不足和设备故障频繁的情况下，项 目部仍坚 持推广该工艺 ，1 2月 1 5日，机组趋于正常 ，焊接 速度和质量逐步提升。2 0 0 9年 5月，I WM机组 以 月焊接焊 E l 3 0 6 9道 ，日平均焊接焊 E l 9 9道的好 成绩 受 到业 主 、局 E P C项 目部 一 致 好评 。机组 于 5月 2 2日一举 创下 日焊接 1 5 8道 口的 中亚 管道 全 线该工艺施工 的最高纪录。截至 2 0 0 9年 l 2月 3 0 日，管道二公 司 I WM机组在 中乌管道工程施工中 累 计 焊 接 道 口 长度 1 7 8 k m，焊 接 一 次 合 格 率 95 ． 5％ 作者 简介 李加平 1 9 7 4 - ， 1 9 9 8年毕 业于 中国石 油 大学 ， 工作 。 收稿 E l 期 2 0 1 0 0 1 1 9 男 ，湖 北仙 桃 人 ， 工 程 师 ， 现 主要从 事管道施 工 管理