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  • 長輸管道焊接技術的未来

  • 更新時間:2016.03.31 浏覽次數:
  • 1. 我國長輸管道焊接現狀

    1)我國長輸管道焊接現狀 随着社會技術進步和人類對石油和天然氣需求量的急劇增加,長輸管道在向着大口徑、長距離、高壓力、高鋼級方向發展,焊接技術及相關的設備、材料性能也在同步提高。國外的管道焊接技術與國内相比大致相同,但國内生産的管道自动焊焊接設備與國外相比仍有一定差距。

    2)在長輸管道建設中應用的主要焊接技術 我國目前應用的長輸管道焊接技術基本上是從國外直接引進或在國外焊接設備、材料的基礎上進一步開發、優化、推廣應用而来。

    主要焊接技術有:①焊條(纖維素、低氫型)電弧焊管道下向焊接技術。②焊條(纖維素、低氫型)電弧焊根焊、自保護藥芯焊絲半自动焊填充、蓋面管道下向焊接技術。③STT(表面張力過渡)氣體保護半自动根焊、自保護藥芯焊絲半自动焊填充蓋面管道下向焊接技術。④RMD(短弧控制熔敷金屬過渡)氣體保護半自动根焊、自保護藥芯焊絲半自动焊填充蓋面管道下向焊接技術。⑤單焊炬焊機氣體保護全自动管道下向焊技術(如PWT焊機管道外根焊、RMS焊機填充蓋面焊)。⑥帶銅襯墊内對口器氣體保護根焊、單(雙、多)焊炬外焊機氣體保護填充、蓋面管道全自动下向焊技術。⑦多焊炬内焊機氣體保護根焊、單(雙)焊炬外焊機氣體保護管道全自动下向焊技術。

    3)長輸管道焊接存在的問題與不足 我國的半自动焊和自动焊設備,特别是在焊接電源方面,與一流的焊接設備制造商,如美國米勒、法國薩福、奧地利福尼斯公司等産品相比,無論是焊機穩定性還是靈敏度上都不及國外産品;在焊接材料方面,國内一些著名的材料制造商如天津大橋、金橋焊材集團等企业近年来進步很快,相繼開發出了用于高強度X80管線鋼的實芯焊絲和自保護藥芯焊絲等高性能焊材,打破了國外公司在國内市場的壟斷。但總體實力還有一定差距,特别是在高端焊接材料上,基本上還被國外壟斷。

    2. 我國長輸管道焊接技術的未来發展趨勢

    1)高效焊接 目前,自保護藥芯焊絲半自动焊工藝在管道焊接方面得到了廣泛應用,占據國内長輸管道主體焊接方法及工藝;實芯焊絲或金屬粉芯焊絲氣體保護全自动焊焊接工藝在提高工效和焊接質量方面有着獨特的優越性,在西氣東輸等大型管道工程的平原段發揮了示範作用;多焊矩内焊+雙絲外焊管道全自动焊工藝更是錦上添花。應該根據管道的具體情況(鋼級、規格、地形、輸送介質等),擇優推廣管道自动焊技術。

    據悉,管道單熔池雙絲焊接設備及技術、大口徑管道激光-電弧複合焊焊接設備及技術,國外已经在實验室試验成功。國内的管道科学技術研究院近年来也一直進行相應設備及技術的研究并完成了焊接工藝評定,處在和國外同步研發的水平。在長輸管道焊接全自动焊應用程度上,國外已经达到85%以上,而國内目前還不足5%,将有很大的發展空間。

    2)數字化焊接 數字化焊接技術涉及到焊接設備、焊接工藝知识、傳感與檢測、信息處理、過程建模、過程控制器、機器人機構,以及采用智能化途徑進行複雜系統集成的實施等諸多方面。由于焊接過程的多變性和複雜性,利用數字化技術,使焊接設備從簡單的機電産品變成一種精密加工儀器,研制數字化焊機将是焊接設備發展方向。當然,與“硬件”配套的“軟件”,如管道焊接數據庫、管道焊接专家系統及管理系統,應得到同步研發。

    3)綠色焊接 就綠色焊接而言,在我國長輸管道建設市場,主要是選用低煙塵的焊條;選用無弧光和粉塵污染的埋弧焊方法;選用耗能小、噪聲低、排量适中的環保型焊機、研制激光-電弧複合焊設備及工藝、淘汰高能耗的焊接設備等。

    3.未来長輸管道建設對焊接裝備及焊接材料的需求

    1)焊接及輔助設備 

    長輸管道焊接施工的焊接及輔助設備在如下幾方面需加以考慮:

    第一,嚴酷環境下的穩定性。施工過程中會遇到嚴寒、酷熱和潮濕等各種環境,電源要有不同環境下的适應能力,如國産焊接設備低溫狀态下數字儀表靈敏度和高溫狀态下的穩定性等都是需要加強的。

    第二,精确控制。長輸管道全自动焊施工時,管口坡口加工、組對和焊接都是在現場完成。为了提高施工效率,通常采用盡量窄間隙的複合坡口形式,因此對坡口加工精度和管口組對要求都很高。相關設備如坡口機、内焊機、熱焊機及外焊機均是流水作业,要求精确控制,将累積誤差控制在最小範圍。

    第三,一機多用。現在國内長輸管道及場站使用的焊接方法有:纖維素焊條焊,低氫焊條焊,自保護藥芯焊絲半自动焊,氣體保護半自动焊、全自动焊,TIG焊等。施工中,往往一名焊工需完成從打底到填充、蓋面的所有工作,而根焊和填充、蓋面往往采用不同的焊接方法,所以需焊接電源最好同時适應較多的焊接方法,研發多功能焊機。

    第四,小巧輕便。長輸管道既有戈壁灘機械化大流水施工,又有山地陡坡及隧道施工,要求焊接設備既要能滿足機械化大流水施工的連續工作,又要能滿足山地及隧道施工小型輕便、安全可靠的要求。

    第五,對供電電源的補償能力。由于長輸管道建設必然會经過地域偏僻、交通不便的地區,靠市電供電的電源電纜都比較細,線損很大,380V的電壓送到焊機時隻有340V左右,電源電壓不可能滿足一般焊機的需要。而野外内燃機發電設備,電源頻率往往得不到保障,所以要求焊機具有對電网電壓的補償能力和對45~60Hz頻率的适應能力,才能滿足焊接的基本要求。

    第六,便于升級。焊機接口标準化,同一類型的焊機,功能的改進可以经互聯网傳輸、通過軟件設計来實現。對現今技術更新特别快的時代,可以大大提高焊機的使用壽命和使用範圍。

    2)焊接材料 

    長輸管道焊接材料需在以下方面加以考慮:

    第一,自保護藥芯焊絲力学性能的穩定性。自保護藥芯焊絲半自动焊技術以其裝備簡單、操作方便、适應于野外作业(抗風)等一系列特點,在國内得到了廣泛的推廣應用,至今,仍屬于主要管道焊接施工方法。但是,一直存在低溫沖擊韌性數據離散性過大 的問題。尤其是高鋼級管道的焊接,解決自保護藥芯焊絲低溫沖擊韌性的“離散性”就顯得 特别重要,甚至會影響到自保護藥芯焊絲的發展前程。

    第二,實芯和金屬粉芯焊絲的操作工藝性。随着鋼級的提高,焊絲焊接工藝性變差、焊接操作難度變大,甚至有急劇變差的趨勢。所以,解決高鋼級實芯和金屬粉芯氣體保護焊絲的操作工藝性,調整焊接熔池的粘度或流动性,降低焊工操作難度也顯得特别重要。

    第三,焊接材料的規格。目前,國内外的長輸管道用焊接材料主要是φ0.9~φ1.0mm實芯或金屬粉芯氣體保護焊絲和φ2.0mm的自保護藥芯焊絲。針對長輸管道建設向高鋼級、大口徑發展的特點,建議生産φ1.2~φ1.4mm的實芯或金屬粉芯氣體保護焊絲(提高效率)和φ1.6mm的自保護藥芯焊絲(減小熱輸入)。

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