浅谈管道自动焊的应用

1、目 录一、概述2二、管道工作站的构成22.1 管件组对机32.2 焊接机32.3 主要设备参数4三、管道工作站的运行53.1 场地准备53.2 轨道安装63.3 设备组装73.4 焊接过程7四、常见故障17五、注意事项18六、 总 结19浅谈管道工作站的应用张宇龙（中化七建伊犁新天煤制天然气项目，伊犁）摘要：随着当今科学技术和国民经济的飞速发展，焊接方法和焊接技术日趋成熟完善。化工行业管道环焊缝所用的手工电弧焊因其生产效率低、人员要求密集等缺陷逐步被自动焊焊接性稳定、操作性强、人为因素小、焊接速度快、焊接合格率高、外观成形美等优势所代替。管道工作站就是将自动焊机借助于机械和电气等方法使焊接过程

2、实现自动化、程序化的管道焊接施工工艺。本文将总结管道工作站在伊犁新天项目应用中的技术和经验，为今后公司推广管道工作站提供理论指导。关键词：自动焊接、焊接速率、焊接性稳定、生产效率、焊接质量高一、概述伊犁新天煤制天然气项目甲烷化装置区工艺管道焊接当量约为11万英寸，其中铬钼钢的焊接占大部分，为保证施工进度和焊接质量、提高生产效率，项目部引进了南京奥特电气有限公司生产的AUTO MPPL FS-A/B型移动式管道自动焊接工作站两台。管道自动焊接工作站主要由悬臂焊接机、轨道模块、管道支撑座以及电路控制系统等组成，其核心部分悬臂焊接机包括：压力式回转滚轮架、伸缩横臂、压紧升降机构、焊接电源系统、焊接机

3、头、电气控制系统组成。其功能可实现直管与直管、 直管与弯头、 直管与法兰、 直管与大小头等不同管件多种组合的自动化打底、填充和盖面的焊接过程。二、管道工作站的构成 管道工作站分为管件组对机和焊接机两个部分。2.1 管件组对机 管件组对机一般由一台多功能组对机、一台法兰组对机和一台管件支撑滚轮架组成。其可以满足直管与法兰平面法兰、高颈法兰、直管与弯头（45°弯头和 90°弯头）、直管与直管的组对要求。当弯头和直管组对时，先将弯头和直管分别吊装到组对机组对平台上和管件支撑滚轮架上，使用手动式压紧机构定位锁紧弯头，手动移动关键支撑滚轮架到弯头管口附近，确定好合适的组队间隙后，使用

4、电动调节机构开始进行组队工作；当直管与法兰组对时，先将直管和法兰分别吊装到在法兰组对机卡盘上和管件支撑滚轮架上，手动移动管件支撑滚轮架到法兰管口附近，确定好合适的组队间隙后，使用手动调节机构开始进行组队工作。2.2 焊接机 焊接机是管道工作站的核心部分，主要由压力式回转滚轮架、伸缩横臂、压紧升降机构、焊接电源系统、焊接机头、电气控制系统组成。弯管焊接机可以实现直管与直管、直管与弯头、直管与法兰等不同组合形式管件的自动化打底、填充、盖面的焊接功能，能够满足不同材质管件的焊接要求，其特殊的设计还可以有效控制管件旋转的偏心度，保证了焊接过程的稳定性。工件回转滚轮架具备急停、正转反转、无极调速等功能。

5、焊接系统在同一电源下可实现 TIG、MIG、SAW 等多种焊接模式。图1 管道工作站的构成2.3 主要设备参数适用管子直径范围：250mm600mm；适用管子厚度范围：10mm；适用管子焊口形式：直管与直管、直管与弯头、直管与法兰、直管与三通等；适应管材材质：碳钢、合金钢、不锈钢等；滚轮线速度：50mm500mm/min；压轮压紧方式：梯形螺纹锁紧+组合式碟簧；滚轮中心距调节范围：310mm600mm；工件最大重量：5T；Ø 伸缩有效伸缩行程：1000mm；Ø 端部最大承载：100KG；三、管道工作站的运行3.1 场地准备为安装组对机的轨道和提供一个干净的施工环境，管道工作

6、站用的场地要求用水泥硬化地面。图2 管道工作站布置图图3 管道工作站布置图3.2 轨道安装图4 轨道安装图图5 轨道安装图 组对机的轨道是为组对机运行提供基础，所以必须保证其稳固，只要能够达到这个目的，可以根据现场情况而定。3.3 设备组装自动焊设备的组装是将零部件件和电气接头的连接在主设备上实现设备运行的过程。建议将自动焊机从集装箱中取出，轨道和自动焊机安装在空间较大的场地上，方便直管与管件放置在组对机上，因集装箱空间狭小，管径稍大的组对时，不方便组对，耽误时间。3.4 焊接过程 管道工作站共有四种焊接方法：氩弧焊、埋弧焊、气保焊、脉冲焊。四种焊接方法各有各的优点，具体选择根据实际要需而定。

7、伊犁新天项目管道工作站选择了埋弧焊焊接方法。下面就将埋弧焊的焊接过程进行阐述。3.4.1 埋弧焊的介绍埋弧自动焊指电弧是在一层颗粒状的可熔化焊剂覆盖下燃烧，电弧光不外露。其优点是：（1）生产效率高。埋弧自动焊的生产率比手工电弧焊提高58倍。因为埋弧自动焊焊接时焊丝上无药皮，焊丝为不间断送进的裸焊丝，无需更换焊条。故可采用大电流焊接（比手工电弧焊大35倍），电弧热量大，焊丝熔化快，熔池深，焊接速度比手工焊快的多，而且焊接变形量小。（2）焊剂层对焊缝金属的保护好，焊缝质量相应得到提高。（3）改善了劳动条件。除减少劳动量之外，由于自动焊时看不到弧光，焊接过程中发出的气体量少，这对保护焊工眼睛和身体健

8、康是很有益。其缺点是适应能力差，只能在水平位置焊接长直焊缝或大直径的环焊缝。3.4.2 管材的选择伊犁新天煤制天然气项目甲烷化装置区工艺管道材质有碳钢、铬钼钢和不锈钢，根据预制焊接量、管径和厚度综合考虑选择了20#和15CrMoG作为管道工作站预制的管材。管道工作站选用管子直径范围：250mm600mm，管径太小压力式回转滚轮架无法运转，管径太大压力式回转滚轮架不能承受重量；选用管子厚度范围：12mm，因为采用的大电流焊接，壁厚太薄容易烧穿。3.4.3 焊材的选择 a 焊剂根据不同的材质选择不同型号的焊剂，焊接的颗粒度选取是一个很重要的环节，颗粒度过大：一，容易进空气，焊缝得不到很好的保护，容

9、易起气孔；二，焊剂下料三通经常会堵塞，焊剂无法过度到焊缝。最好使用颗粒度不小于16-40目之间的焊剂。b 焊丝根据不同的材质选择不同型号的焊丝，等强匹配原则。自动焊焊丝为盘状不间断焊丝，焊丝的直径根据选用的焊接方法而定。现在市场是有两种形式，带盘的（图6右）和不带盘（图6左），通常为了方便选择带盘的焊丝。图6 焊丝的选择3.4.4 班组配置一般一套管道工作站需要1名维修管理人员、1名焊工、1-2名管工、2名辅助工。3.4.5 焊工考试 管道工作站工作的焊工属于特殊工种，特殊作业操作证上必须有能覆盖实际现场所需要的项目，才能进入现场操作自动焊机，但是我们公司现在的焊工特殊作业操作证上没有自动焊的

10、操作项目，现场考试就存在问题。伊犁新天煤制天然气项目焊工的考试经业主、监理和总包的同意才完成了考试工作。3.4.6 焊口组对要求 正常壁厚管件坡口角度一般为30°；坡口钝边量一般为0.5mm-1.0mm；坡口的间隙量一般为2.0mm-2.4mm； 错边量一般控制在 0mm-2mm，V 型坡口；错边量的控制非常重要，错边量超过2mm，打底焊会出现未融合，严重影响焊接质量。目前国内生产的管子与管件，正负偏差很大，椭圆度不够，鉴于这种情况，管道自动焊的打底焊实施起来存在很大难度。结合现场实际情况，管道工作站通常会采用手工焊打底+埋弧焊的焊接工艺。3.4.7 工作流程首先打开电源，手动上升电

11、动伸缩悬臂，松开卡盘三爪，使用起吊设备将管件吊装到多功能焊接变位机上，用活动扳手收紧卡盘抓手压紧管件。手动电动移动悬臂焊接机至焊件上的焊缝位置。电动调节焊枪位置和焊枪角度，手动送出恰当的焊丝长度，手动下降焊枪使焊丝对准焊接起弧手工点焊点，在人机界面上选用合适的焊接方式，设定好合适的焊接参数，确认所有焊接准备工作到位后按起弧开关，开始完整的焊接工作。在每一道焊缝焊接工作过程中，可以根据焊缝间隙的大小和焊缝的错变量多少随时改变和修正焊接各种参数。3.4.8 工作原理焊接机头通过手动方式和电动方式可以实现焊接机头的位置调节和焊枪角度调节。通过触控屏和操作盒可以随时任意修改焊接参数，精确控制焊接工作的

12、整个过程，确保高质和高量的焊接结果。图7 焊口组对就绪图8 人机界面选择焊接方法图9 人机界面输入焊接参数图10 开始施焊图11 施焊过程图12 施焊完成图13 焊缝成形美观图14 领导亲临工作站指导工作四、常见故障4.1 滚轮不回转：可能由于电源没接通，接通电源即可；控制按钮是否损坏，若损坏更换即可；变频器出现故障，检查变频器排除故障即可；回转有卡阻，排除卡阻；4.2 控制按钮调节失控：检查控制线路是否出现短线或者脱落；4.3 电动横臂伸缩不动作：可能由于电源没接通，接通电源；控制按钮是否损坏，若损坏更换即可；检查伸缩限位开关动作误动作或损坏，手动复位或更换新开关。4.4 焊接成型不好：检查

13、焊接参数选用是否合适；检查反馈线是否连接好；焊接模式选用是否正确；焊接工艺是否合适等；4.5 电动滑板上下不工作：查看电源是否接通；控制钮子开关是否完好；电机电缆线是否脱落；上下限位开关是否动作；4.6 焊接时不起弧或者自动断弧：检查焊接电缆中的负极电缆线与工件连接是否良好；送丝机构是否有卡堵现象；焊缝表面是否有杂质。五、注意事项 5.1 控制箱、电源箱平时处于关闭状态； 5.2 焊接电源功能开关正确设置； 5.3 吊装或移入焊接管段至焊机滚轮上时，不可撞其焊机且要轻放在滚轮上； 5.4 焊机配套小车的放置位置和高度合适，保证焊接工件处于水平位置； 5.5 确认横臂锁紧机构处于开启状态，才能升

14、降横臂； 5.6 严禁通过横臂电机升降来直接压紧焊接工件，在压紧轮接触工件后应采用手动方式压紧； 5.7 焊接工件应根据其管径大小放置在相应的滚轮组上； 5.8 焊机主要依靠摩擦力来带动被焊工件旋转的，如遇直径相当大（DN500）的工件或壁厚较厚（SCH60）且直径较大（DN300）的工件时严禁通过强制压紧焊接工件的方式来提高摩擦力，以免损坏机器； 5.9 焊接工件压紧后方可启动滚轮运转，滚轮运转时严禁直接用手清理滚轮上的杂物、长发、布条等可能会缠绕在滚轮和管子上； 5.10 清理主机机座平台上的杂物前，应确认滚轮已停止转动； 5.11 定期检查变速箱、滚轮组、立柱丝杆及横臂升降滑道的润滑油并

15、及时添加； 5.12 每天结束工作前，必须关闭焊机总电源，及时清理废弃的焊丝。六、总结手工电弧焊和自动焊相同焊接试件的数据对比（15CrMoG，Ø508×16mm）；焊接方法焊接位置施焊人数焊接电流A焊接电压V焊接层数焊接速度cm/min完成所需时间合格率%手工电焊全方位290-14025-3664-10130min96.63自动焊1G1210-37030-34524-5535min99.04表1 数据对比从表1的对比中可以看出自动焊明显的优越性：人工减少，焊接时间大大缩短，合格率提高。很大的提高了焊接工作效率，降低了成本，提高了经济效益。缺点在于只能水平焊接，这对于装置区

16、内的管道配管有很大的局限性，对于石油化工管道、公用管道、地下管道、管廊管道、长输管道项目具有很大的适用性。如何将自动焊更大限度的用于施工中，不仅仅需要自动焊的技术更需要合理的统计、规划和安排管道的预制管段，盲目的引进管道工作站只会更多的增加项目成本。伊犁新天煤制天然气项目作为公司第一个开展管道工作站的项目，每个阶段都是在步步摸索中前进，施工队曾几次提出放弃使用管道工作站，但在公司和项目部的有力支持下才坚持开展下去。前进中遇到困难有：1、准备工作不充分，对工作站所用的消耗品备份不够；2、焊材型号（焊剂的颗粒度和焊丝的直径）和现场实际不符；3、对管道工作站不了解，操作经常出现故障，出现了故障不会排除；4、焊工基本不会操作焊机，练习浪费了很多时间、材料和人员；5、公司没有现成的工艺评定，做工艺评定又耽误了很长时间；6、焊工如何进行考试；7、如何在自动焊机上对铬钼钢进行预热；8、人员如何进行合理的配置；9、如何制定管道工作站的管理制度；10、如何对管道工作站进行保养与维护。总的来说，伊犁新天煤制天然气项目对管道工作站的