|
|
本帖最后由 船舶新闻 于 2016-5-4 09:40 编辑
1.小 口 径长输管道建设背景及发展方向
建设油气管道的根本目的就是为了安全可靠、低成本的输送能源。围绕这一目的，我们就要选择一种费用低而又能最大限度地提高生产率，并且能满足工程质量要求的焊接工艺。一种质量可靠、切实可行的、经济高效的焊接工艺对于长输管线建设的成本控制很有帮助，不仅体现了企业管理的综合水平，也提高了企业的竞争力、应变能力和开拓能力。
随着科学技术的不断进步，长输管道焊接技术也在向着自动化、智能化方向不停发展。目前在西方等焊接技术发展较早的国家，全年只有15%～20%的焊接钢用于传统手工焊，其余的钢材全部采用自动和半自动焊。在我国，管道焊接技术也由20世纪70年代及以前的手工焊为主，发展到今天的大、中口径长输管线基本全部采用半自动、全自动焊接。然而对于小 口 径长输管线焊接，由于小 口 径焊管曲率较大、管壁较薄、在焊接过程中易晃动等原因，采用半自动焊接有一定难度，目前在我国仍以传统手工焊为主，或手工焊打底，半自动焊填、盖。
近年来，随着我国石油天然气工业的发展和城市现代化建设的推进，基于大口径主管线上的小 口 径城市供气支线建设项目不断增多。手工焊技术虽然具有一定优点，但其劳动强度大、焊缝质量不稳定、焊材利用率低、对焊工技术要求高、生产效率低下等缺点已不容忽视，严重滞缓了我国扩大清洁能源使用率的进度及城市现代化建设步伐，也造成了能源的浪费。因此，改变传统焊接方式，使用新技术，高质高效地建设小 口 径长输管线迫在眉睫。
随着半自动下向焊技术的发展，目前国外出现了适用面广泛的RMD+金属粉芯焊丝打底技术和可以显著减少小 口 径管道焊接烧穿等缺陷的特细自保护药芯焊丝。其中，RMD+金属粉芯焊丝打底技术已在西气东输二线等大口径长输管道工程中得到了认可，但在小 口 径管道建设中RMD+金属粉芯打底技术和细丝半自动下向焊技术在我国还没有广泛应用。
我公司在西气东输二线酒泉等五市供气支线工程小 口 径管道焊接中首次采用了RMD金属粉芯焊丝半自动下向根焊+细丝半自动下向填充和盖面焊工艺。此项工艺的成功采用，打破了我公司成立至今40多年来小 口 径长输管道焊接只能依靠传统手工焊的局面，管道焊接质量和施工效率大大提高，是焊接理念和思想的上重大转变。同时也为国内同类管道施工企业在以后的小 口 径管道建设提供了现实依据。一定程度上加快了我国长输管道建设的步伐，确保我国的经济建设高速发展。
2.小 口 径管道半自动下向焊技术简介
在本次工程初期与半自动下向焊工艺同时使用的氩弧焊打底和焊条电弧焊填、盖工艺成熟、应用广泛、优缺点明显，本文在此不在详细说明，主要介绍一下半自动下向焊技术。我公司在本次管材规格为φ168.3mm×5.6mm（材质为X65）的工程中，打底采用米勒公司生产的PipePro300型焊机，焊材为E70C—6M—H4（直径1.2mm），保护气体为80%Ar+20%CO2混合气体。填、盖使用奥太Pulse MIG—500型多功能焊机，焊材为E71T8—Ni1J（直径1.6mm）。
（1）RMD+金属粉芯焊丝根焊技术
RMD（融敷金属控制）是一种通过软件精确控制短路过渡的技术，可使焊接熔池更平静，电弧更稳定。在焊接过程中, RMD技术能通过检测焊丝短路电流发生时间来及时改变焊接电流和电压参数, 从而控制多余的电弧热量, 提高电弧推力, 能在根部产生高质量的熔深, 是一种动态精确控制技术。
这种技术减少了冷熔和未熔合出现几率，降低了飞溅，提高了管道打底根焊质量。这种可靠的焊接工艺减少了焊工对熔池的控制要求，操作要求较低，可以极大程度上缩短焊工培训周期。焊缝比常规打底根焊道厚度更合适小 口 径管道焊接，减少了烧穿、穿丝等缺陷的出现几率，提高了焊接生产率。
金属粉芯焊丝实质是实芯焊丝和药芯焊丝的混合物。这种焊丝既有渣量少的实芯焊丝的长处，又兼备高熔敷速度、电弧柔软和焊接工艺性能好等熔渣型药芯焊丝的优点。由于金属粉芯焊丝是由薄钢带包裹粉剂组成的，电流主要从钢带通过，其电流密度大，熔敷速度快，同时焊芯中含有大量的铁粉、铁合金和金属粉，非金属矿物含量很少，因此它比实芯焊丝和熔渣型药芯焊丝具有更高的熔敷速度，较高的熔敷效率，熔渣少，飞溅小。
综上所述，与传统的根焊技术相比, RMD+金属粉芯焊丝气体保护半自动焊具有以下优点：①飞溅极少, 焊后基本不需要清渣, 节省了层间清理时间。②焊缝成形美观, 熔合性能好, 有效防止未熔合现象, 特别是在管圈底部。③热影响区相对较小, 可有效地减少焊接变形和烧穿。④金属粉芯焊丝扩散氢含量低，焊缝抗冷裂能力强。⑤焊丝融敷速率高，焊接速度快。可大大提高施工效率。⑥采用RMD焊接在根焊过程中焊接接头少, 降低了焊接缺陷出现的几率, 提高了焊接质量。
（2）细丝自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖面
自保护药芯焊丝半自动焊在焊接过程中不需要外加保护气或焊剂, 通过焊丝芯部药粉中的造渣剂、造气剂在电弧高温作用下产生气、渣对熔滴和熔池进行保护。近年来, 自保护药芯焊丝半自动焊在大口径长输管道施工中得到了广泛应用，其直径通常为φ2.0mm。由于小 口 径管道管壁较薄，所以根焊道在焊接时厚度也相应较薄，如使用φ2.0mm的自保护药芯焊丝焊接将较易烧穿。φ1.6mm自保护药芯焊丝能显著减少填、盖时的烧穿现象，更适合小 口 径长输管道建设。与手工电弧焊条和大口径管线焊接使用的φ2.0mm的自保护药芯焊丝相比, 本次工程使用的直径为φ1.6mm的自保护药芯焊丝有以下优点：①相比大口径管道焊接使用的φ2.0mm自保护药芯焊丝，直径为φ1.6mm的自保护药芯焊丝能更好的适应小 口 径管道管壁较薄等特点，熔敷速度更快, 热影响区更小，焊层厚度和焊接规范更合适，熔池更易控制减小了烧穿、夹杂、气孔、穿丝的几率，生产效率也较高。②焊接规范合适，熔池易于控制。焊缝外观成形和内部质量好，抗气孔能力强，裂纹倾向小。③抗风能力强, 能很好的适应野外焊接作业。在风速小于8m /s的情况下, 不需采取任何防风措施。④由于焊丝长度远远大于焊条和氩弧焊丝，因此它的焊接连续性好，焊缝接头少，可大大减小焊接缺陷产生倾向, 且节省了更换焊条的时间。
（3）焊接工艺评定结果
为确保工程焊接质量，需要验证以上工艺的正确性。我公司在工程前期准备工作中积极联系了中国石油天然气管道科学研究院对此项工艺做了严格的焊接工艺评定。经试验，拉伸、冲击、硬度、刻槽、弯曲试验结果全部合格。尤其是低温（－20℃）冲击韧性平均达到了189J，能很好适应我国北方地区的气候特点。
3.小 口 径管道半自动下向焊接技术的焊接质量控制
（1）打底
在现场打底焊接中，常因焊机线路连接不畅、对口间隙、错边等因素影响焊缝质量，造成未熔透、气孔等缺陷。为避免这些缺陷，应做好以下几点：
首先，焊接前检查焊机线路连接，接线柱螺母必需拧紧，尤其是负电压检测电缆要确保连接通畅，以免因为接受信号不良，从而影响正常焊接。此外也要保证气路系统无泄漏，避免因保护气体不足造成的气孔缺陷。
其次，合理控制对口间隙，过宽的间隙易出现穿丝，掉铁水，焊缝背面内凹，过窄的间隙易导致焊缝背面未焊透。经过试验，对口间隙应控制在2.0~2.5mm为宜。另外，起弧前的焊丝伸出长度也应合适，预留过长会导致起弧电弧不稳定和气体保护不足，过短会不利于电弧观察和移动。
第三，由于小 口 径管线管壁较薄、曲率半径较大，所以钢管在运输和布管过后，部分钢管管口圆度有所不足。因此在清管组队过程中要仔细检查，对于错边超过0.5mm的管口必需进行处理。0.5mm以下错边焊接时，焊丝端部尽量偏向错边大的一边，使错边处充分融合。
最后，RMD技术与氩弧焊技术不同，焊接过程中不应出现熔孔，否则将会出现穿丝、焊缝背面焊瘤、凹陷等缺陷。
（2）填充、盖面
在本次工程中，填充、盖面过程常出现的缺陷有烧穿、夹渣、焊缝表面凹陷等。在做好通常确保焊接质量的措施如管口清理、焊材保存、层间清理、接头打磨等的同时，还需要注意焊接过程中焊丝的摆动。摆动幅度不宜过大，以满足焊缝外观成型为目的，采用小电压密摆的方式，充分搅拌熔池使熔渣、气体与焊缝金属分离。考虑到焊缝两侧立焊位置熔敷金属因重力因素下流造成两侧焊层较薄，盖面后余高不足。因此在进行盖面层焊接前，应在两侧立焊位置各补焊40~60mm，以使盖面后焊缝余高适当，成型饱满。此外，由于小 口 径管线曲率半径较大，半自动工艺的焊速较快，所以在焊接过程中焊接站位要合适以便及时变换运条角度，采取连续焊接方式一次焊完，减少接头数量，保证焊接质量和生产效率。
4.综合对比
为了保证工程的顺利进行，以及更好比较传统手工焊与细丝半自动焊接技术在小 口 径长输管道应用，我公司在本次西气东输二线酒泉等五市供气支线金昌线路工程初期同时采用了氩电联焊和细丝半自动下向焊两种工艺，以下就是这两种工艺在实际施工中的应用对比：
（1）焊缝质量
如图1、图2所示为半自动焊接机组在施工现场打底和填盖焊接后的焊缝外观。
-->
图1 半自动焊打底外观
-->
图2 半自动焊焊缝成型外观
由图1、图2可见，结合金属粉芯焊丝与药芯焊丝飞溅小、脱渣性好的优点，半自动焊接技术的焊缝外观成型比较美观，飞溅小，焊缝表面较光滑、饱满，没有咬边等缺陷。这是由于半自动焊接技术使用焊丝相比手工焊使用的焊丝、焊条直径要小得多，受人工因素的影响也较小。因此它的可操作性好，焊缝金属与母材融合好，焊材融敷速度快，热输入小，热影响区亦小，力学性能好，接头的综合性能优于手工焊。
如表1所示为工程主线路焊接结束后采用氩电联焊工艺的机组和半自动焊工艺机组的焊口统计。由表1可以看出两种工艺的一次焊接合格率均达到95%以上，氩电联焊工艺略高于半自动焊接工艺。但在工程实际焊接中采用两种焊接工艺的焊工不同，采用氩电联焊工艺焊工技术实力优于采用半自动工艺焊工（从事专业焊接工作平均年限为12年，采用半自动工艺焊工从事专业焊接工作平均年限只有4年）。如使用同样焊工，半自动焊接工艺的焊缝合格率还可能有一定提高。
-->
（2）耗材
经过现场施工详细统计，氩电联焊机组平均每道焊口打底需要2.5根实芯焊丝，价格为7元/kg，每30道焊口消耗一瓶纯度为99.96%以上氩气一瓶。填充、盖面共需要6根焊条，价格为6元/kg。半自动机组平均每卷金属粉芯焊丝打底约100道口，价格为57元/kg，每60道焊口消耗一瓶80%Ar+20%CO2混合气体一瓶。特细药芯焊丝平均每卷填充加盖面约50道口，价格为76元/kg。两个机组焊接100道焊口耗材如表2所示。
-->
（3）施工效率
从工艺介绍可以看出，半自动焊接技术所用焊材具有融敷速率高、更换周期长的特点，相比氩电联焊工艺焊接效率大大提高。在现场施工中正是如此，半自动焊接机组平均一个有效工作日（8小时）可焊接72道焊口，氩电联焊机组平均一个有效工作日（8小时）可焊接40道焊口，如表3所示。（注：表1中两种工艺焊接的口数差距不大，是由于焊接施工时间不同）
-->
此外，半自动机组正常焊接所需的焊工人数也少于氩电联焊机组。同样人数的焊工，半自动机组可以轮流作业进行正常焊接，大大减轻了焊工的劳动强度。按照焊接机组人员编制，每个机组有6名焊工，当需要提高施工进度时，半自动机组还可以分为两个小机组进行施工保证进度。
（4）综合成本
成本是项目施工过程中各项耗费的总和。有效控制成本是工程胜利竣工的保证。我们就根据两种焊接工艺的耗材、施工效率、施工人员生活费用等方面对本次工程的施工成本进行对比。
本次工程中，金昌线路工程全长46.13km，工程主体焊接结束后，共焊接4315道焊口。工程各阶段施工人数不同，平均为40人，每人每日生活费41元。每个机组配备多功能焊车两台，日耗油量约80L/台。挖掘机一台，日耗油量约100L/台。每升油单价为6.08元/升。假设全线采用单一工艺焊接，结合表1、表2、表3分析，两种工艺施工成本对比如表4所示。
-->
由表4可以看出，细丝半自动焊工艺的综合生产成本小于氩电联焊工艺。不仅如此，表中所体现的数据仅仅是表面上的成本，还有一些隐性成本没有体现出来。比如，缩短一个工程的施工日期可以更多参与投标下一个工程，为下一个工程的顺利施工做好充分准备。直接参与施工人数的减少，大大减轻了焊工的劳动强度，也可以提高员工竞争上岗意识，间接的提高了施工进度与焊接质量。另外，使用细丝半自动焊相比氩电联焊也避免了焊材和保护气体的浪费，节约的能源。这些都为现代化管道建设企业的进一步发展扩大提供了有力保障。
5.结语
通过以上分析对比可以看出对于小 口 径长输管线建设采用RMD金属粉芯焊丝半自动下向根焊+细丝下向半自动填充和盖面焊工艺相比氩弧焊打底+焊条电弧焊填充盖面焊接工艺具有以下优势：
（1）焊缝质量可靠，合格率较高且外观成型较美观。
（2）施工效率高，使用半自动焊接工艺平均每名焊工可焊接24口/日，远超出氩电联焊工艺的8口/日。
（3）综合生产成本底，半自动下向焊工艺的综合生产成本小于氩电联焊工艺。
综上所述，RMD+金属粉芯焊丝半自动下向根焊和细丝半自动下向填充和盖面焊工艺是一种适合我国国情、成本低、效率高、质量可靠的小管线施工工艺。
来源：焊接切割联盟
|
|
发表于 2016-5-4 09:35
提升卡
变色卡