长输油气管道焊接技术的发展与需求（三）

HEATS

　　4.3自动焊

　　自动焊可应用于根焊和填充、盖面焊。

1 Y" ?* ^# N* p% `5 P3 U

　　(1)自动根焊

　　自动根焊方法采用自动内焊机或外焊机单面焊双面成型。

' f+ o0 ]3 |6 T* j; f1 ]

　　a.内焊机

) Q( M4 v" l( ? o0 m

　　“西气东输”管道工程中使用的自动内焊机是针对Φ1016mm管径的管道根焊焊接专机，分别为英国NOREAST公司生产的内焊机和中国石油天然气管道局PIW3640型内焊机。其特点为适用的管径范围窄，设备一次投资较大，但焊接效率非常高，Φ1016mm的钢管根焊需时约70秒钟左右。由于是在钢管内进行焊接，焊接过程中受环境风速的影响比较小，如图1所示。

+ S* ]1 \6 y1 a+ ^% k 4 |8 r3 ?2 s) Y$ B

　　b.自动外焊机单面焊双面成型根焊

$ W: r4 k+ V' c; Y- e

　　单面焊双面成型根焊设备主要为意大利PWT公司的CWS.02NRT型自动外焊机，以及美国LINCOLN公司的STT电源匹配自动外焊机。自动外焊机单面焊双面成型的根焊设备解决了不用背面衬垫的单面焊双面成形根焊问题，根焊厚度达4.5mm，远高于内焊机的焊接厚度(1～1.2mm)，焊接效率高，Φ1016mm的钢管根焊需时约8分钟左右。由于采用气体保护，焊接过程对环境风速敏感，施工时应有防风棚等防风措施。

9 d. F6 Z3 y8 F d' `& Q

　　(2)自动外焊机

6 f( T5 @% s$ X/ \; X - O4 c- l6 X: j7 K. I4 [2 Q

　　管道局生产的PAW-2000型外焊机,如图2所示，其特点是焊接熔深均匀，能够焊接的坡口宽度较大，但通常要求坡口角度大于13°，以避免因焊接电弧

8 p- }0 g( N# A+ ~1 x- K' l3 e6 A

　　图1管道自动内焊机焊接过程

; j" J8 F; o* ^+ @; Q+ j6 h/ H 0 |) M/ J* }2 A

　　图2 PAW-2000型外焊机

* J6 E+ a. M& C q8 H# F3 {2 |

　　与母材接触面较小而导致的坡口边缘未熔合。与中国石油天然气集团公司工程研究院生产的APW-Ⅱ型自动外焊机功能相近。【3】

! ^6 i E6 f# S3 @7 a , Z( W: ^7 m& l! O8 d

　　英国NOREAST公司生产的自动外焊机，加拿大RMS公司生产的MOW-1型自动外焊机和美国CRC公司M-300型自动外焊机等，其特点是易于实现5-8°的小坡口角度的焊接操作，坡口面熔合良好，但焊接熔深不均匀，能够焊接的坡口宽度通常不超过10mm，否则在仰焊部位难以保证焊缝成型。

9 ]3 D3 G6 O5 j 7 [* r8 r2 D4 {) q8 d" q: `3 v

　　意大利PWT公司生产的CWS.02NRT型自动外焊机等,其特点是焊接熔深均匀，能够焊接的坡口宽度较大，且易于实现5-8°的小坡口角度的焊接操作，坡口面熔合良好。

2 `1 R8 O. S" S7 x% N

　　5.焊接工艺

& S& W. G" {" F/ _$ D4 K 6 H, {% i) h, ?& z* U8 K

　　5.1焊接接头坡口形式

4 x9 r+ d9 C( @ g" g- u+ }; A; Q9 c

　　管道焊接施工通常采用的坡口型式为API标准30°V型坡口，适合手工焊。但对于大口径、厚壁钢管来说，这样的焊接接头坡口型式填充金属量大，劳动强度高，且不适合于自动焊的焊接，通常半自动焊用23°V型坡口，自动焊用窄间隙复合坡口型式。

6 N; q$ g) }6 u0 F& H& s + e+ k8 I) Z0 s

　　5.2预热与层间温度

$ r+ p6 D2 a2 Y# M* s 1 ?6 T4 t6 B$ @2 |$ M* X3 p

　　预热的目的是通过减缓母材的应力状态和降低根焊道的冷却速度来防止根部冷裂纹。管道焊接施工的预热温度范围应考虑母材的强度、组织性能变化规律、管径和壁厚，以及焊接材料的含氢量等因素。对于厚壁钢管的多层焊，还要考虑控制焊道层间温度来控制近缝区的冷却速度。层间温度一般与预热温度相近。在避免近缝区过热的前提下，较高的层间温度可防止多层焊时冷裂纹的产生。

　　5.3焊接线能量

/ n. c1 X) F, I2 R% C: H! U+ L Z

　　焊接线能量的确定需综合考虑母材成分、焊接材料类型、对药皮(药芯、焊剂)的冶金反应和保护气体保护效果的影响、焊前预热状况、层间温度控制情况、管子规格、焊丝(条)直径、热影响区的脆化和软化倾向、所希望的组织和力学性能，以及施焊位置、焊接道次、每道焊层厚度、焊缝成型和熔滴的过渡形式等因素。

; @( C: V6 q+ h' T& H0 r

　　5.4后热处理及热处理

' ]! X9 d8 ]0 l/ I& }1 U8 j) J

　　管线焊接施工一般不进行焊后的后热处理和热处理。但对于在高寒地区施工时，当焊前预热和层间温度控制难以起更大作用时，有必要对焊接接头采取一定的后热和热处理措施，保证焊接接头的组织和性能。

" A( h. R1 J" h

　　5.5其它

6 [, K% s; _" |

　　在管道焊接施工过程中应考虑到高强度、大壁厚钢管所承受的外部应力作用带来的影响。同时应考虑环境温度、环境湿度和环境风速对不同焊接方法的影响，采取必要的措施保证焊接质量。

　　6.展望

　　前面介绍了国内管道焊接技术的应用现状，在焊接材料、方法、工艺和设备等应用方面与国外的技术差距越来越小，自动焊技术已基本普及应用。但是国内的焊接材料多满足于手工焊，自动焊丝和半自动焊材自主研发、生产不足，相当一部分还需要进口。同时国内焊接材料的性能也有待改善，产品系列化不足。在焊接电源方面，国内奥太、时代焊机有了大面积应用，但是目前还不能象林肯焊机那样应用广泛；用于打底的自动根焊电源国内还没有生产。最近深熔电子束焊、激光辅助熔化极气体保护电弧焊在管道应用上有突破性进展。

' s: @+ X) y v: F9 {

　　随着国内X80管线钢在冀宁管道的成功焊接，更高级管线钢X100和X120不久也将应用在国内管道建设上。管线钢级的提高，必然对焊接技术的要求越来越高，尤其是对焊接材料和焊接设备的性能要求，因此国内在焊接技术方面还有很大的提升空间，对焊接材料和设备的需求也会进一步增加。

6 K; u# V- w, j* L2 \ 9 y/ O; V7 x! X ^! H" K" ^2 L