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  • 长输管道焊接技术的未来

  • 更新时间:2016.03.31 浏览次数:
  • 1. 我国长输管道焊接现状

    1)我国长输管道焊接现状 随着社会技术进步和人类对石油和天然气需求量的急剧增加,长输管道在向着大口径、长距离、高压力、高钢级方向发展,焊接技术及相关的设备、材料性能也在同步提高。国外的管道焊接技术与国内相比大致相同,但国内生产的管道自动焊焊接设备与国外相比仍有一定差距。

    2)在长输管道建设中应用的主要焊接技术 我国目前应用的长输管道焊接技术基本上是从国外直接引进或在国外焊接设备、材料的基础上进一步开发、优化、推广应用而来。

    主要焊接技术有:①焊条(纤维素、低氢型)电弧焊管道下向焊接技术。②焊条(纤维素、低氢型)电弧焊根焊、自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖面管道下向焊接技术。③STT(表面张力过渡)气体保护半自动根焊、自保护药芯焊丝半自动焊填充盖面管道下向焊接技术。④RMD(短弧控制熔敷金属过渡)气体保护半自动根焊、自保护药芯焊丝半自动焊填充盖面管道下向焊接技术。⑤单焊炬焊机气体保护全自动管道下向焊技术(如PWT焊机管道外根焊、RMS焊机填充盖面焊)。⑥带铜衬垫内对口器气体保护根焊、单(双、多)焊炬外焊机气体保护填充、盖面管道全自动下向焊技术。⑦多焊炬内焊机气体保护根焊、单(双)焊炬外焊机气体保护管道全自动下向焊技术。

    3)长输管道焊接存在的问题与不足 我国的半自动焊和自动焊设备,特别是在焊接电源方面,与一流的焊接设备制造商,如美国米勒、法国萨福、奥地利福尼斯公司等产品相比,无论是焊机稳定性还是灵敏度上都不及国外产品;在焊接材料方面,国内一些著名的材料制造商如天津大桥、金桥焊材集团等企业近年来进步很快,相继开发出了用于高强度X80管线钢的实芯焊丝和自保护药芯焊丝等高性能焊材,打破了国外公司在国内市场的垄断。但总体实力还有一定差距,特别是在高端焊接材料上,基本上还被国外垄断。

    2. 我国长输管道焊接技术的未来发展趋势

    1)高效焊接 目前,自保护药芯焊丝半自动焊工艺在管道焊接方面得到了广泛应用,占据国内长输管道主体焊接方法及工艺;实芯焊丝或金属粉芯焊丝气体保护全自动焊焊接工艺在提高工效和焊接质量方面有着独特的优越性,在西气东输等大型管道工程的平原段发挥了示范作用;多焊矩内焊+双丝外焊管道全自动焊工艺更是锦上添花。应该根据管道的具体情况(钢级、规格、地形、输送介质等),择优推广管道自动焊技术。

    据悉,管道单熔池双丝焊接设备及技术、大口径管道激光-电弧复合焊焊接设备及技术,国外已经在实验室试验成功。国内的管道科学技术研究院近年来也一直进行相应设备及技术的研究并完成了焊接工艺评定,处在和国外同步研发的水平。在长输管道焊接全自动焊应用程度上,国外已经达到85%以上,而国内目前还不足5%,将有很大的发展空间。

    2)数字化焊接 数字化焊接技术涉及到焊接设备、焊接工艺知识、传感与检测、信息处理、过程建模、过程控制器、机器人机构,以及采用智能化途径进行复杂系统集成的实施等诸多方面。由于焊接过程的多变性和复杂性,利用数字化技术,使焊接设备从简单的机电产品变成一种精密加工仪器,研制数字化焊机将是焊接设备发展方向。当然,与“硬件”配套的“软件”,如管道焊接数据库、管道焊接专家系统及管理系统,应得到同步研发。

    3)绿色焊接 就绿色焊接而言,在我国长输管道建设市场,主要是选用低烟尘的焊条;选用无弧光和粉尘污染的埋弧焊方法;选用耗能小、噪声低、排量适中的环保型焊机、研制激光-电弧复合焊设备及工艺、淘汰高能耗的焊接设备等。

    3.未来长输管道建设对焊接装备及焊接材料的需求

    1)焊接及辅助设备 

    长输管道焊接施工的焊接及辅助设备在如下几方面需加以考虑:

    第一,严酷环境下的稳定性。施工过程中会遇到严寒、酷热和潮湿等各种环境,电源要有不同环境下的适应能力,如国产焊接设备低温状态下数字仪表灵敏度和高温状态下的稳定性等都是需要加强的。

    第二,精确控制。长输管道全自动焊施工时,管口坡口加工、组对和焊接都是在现场完成。为了提高施工效率,通常采用尽量窄间隙的复合坡口形式,因此对坡口加工精度和管口组对要求都很高。相关设备如坡口机、内焊机、热焊机及外焊机均是流水作业,要求精确控制,将累积误差控制在最小范围。

    第三,一机多用。现在国内长输管道及场站使用的焊接方法有:纤维素焊条焊,低氢焊条焊,自保护药芯焊丝半自动焊,气体保护半自动焊、全自动焊,TIG焊等。施工中,往往一名焊工需完成从打底到填充、盖面的所有工作,而根焊和填充、盖面往往采用不同的焊接方法,所以需焊接电源最好同时适应较多的焊接方法,研发多功能焊机。

    第四,小巧轻便。长输管道既有戈壁滩机械化大流水施工,又有山地陡坡及隧道施工,要求焊接设备既要能满足机械化大流水施工的连续工作,又要能满足山地及隧道施工小型轻便、安全可靠的要求。

    第五,对供电电源的补偿能力。由于长输管道建设必然会经过地域偏僻、交通不便的地区,靠市电供电的电源电缆都比较细,线损很大,380V的电压送到焊机时只有340V左右,电源电压不可能满足一般焊机的需要。而野外内燃机发电设备,电源频率往往得不到保障,所以要求焊机具有对电网电压的补偿能力和对45~60Hz频率的适应能力,才能满足焊接的基本要求。

    第六,便于升级。焊机接口标准化,同一类型的焊机,功能的改进可以经互联网传输、通过软件设计来实现。对现今技术更新特别快的时代,可以大大提高焊机的使用寿命和使用范围。

    2)焊接材料 

    长输管道焊接材料需在以下方面加以考虑:

    第一,自保护药芯焊丝力学性能的稳定性。自保护药芯焊丝半自动焊技术以其装备简单、操作方便、适应于野外作业(抗风)等一系列特点,在国内得到了广泛的推广应用,至今,仍属于主要管道焊接施工方法。但是,一直存在低温冲击韧性数据离散性过大 的问题。尤其是高钢级管道的焊接,解决自保护药芯焊丝低温冲击韧性的“离散性”就显得 特别重要,甚至会影响到自保护药芯焊丝的发展前程。

    第二,实芯和金属粉芯焊丝的操作工艺性。随着钢级的提高,焊丝焊接工艺性变差、焊接操作难度变大,甚至有急剧变差的趋势。所以,解决高钢级实芯和金属粉芯气体保护焊丝的操作工艺性,调整焊接熔池的粘度或流动性,降低焊工操作难度也显得特别重要。

    第三,焊接材料的规格。目前,国内外的长输管道用焊接材料主要是φ0.9~φ1.0mm实芯或金属粉芯气体保护焊丝和φ2.0mm的自保护药芯焊丝。针对长输管道建设向高钢级、大口径发展的特点,建议生产φ1.2~φ1.4mm的实芯或金属粉芯气体保护焊丝(提高效率)和φ1.6mm的自保护药芯焊丝(减小热输入)。

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