（华北石油工程建设有限公司，河北 任丘 062552）

长输管道自动焊接设备及技术发展

李彦德，魏立明，王国臣，陈 强，高云宇，崔陆河，康文远

（华北石油工程建设有限公司，河北 任丘 062552）

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，与之相适应的管道焊接技术也在发生着巨大的变化。管材钢级从X42提高到X80；焊接材料从纤维素焊条到自保护药芯、金属粉芯、实心等各种焊丝；焊接方法从手工上向焊到手工下向焊，到药芯自保护半自动焊，再到气保护半自动焊、自动焊，管道焊接技术日趋成熟。结合长输管道施工特点，在分析国内外管道焊接技术差异的基础上，提出我国现阶段长输管道焊接技术发展的建议。

长输管道；自动焊工艺；发展；发展建议

1 长输管道焊接施工特点

（1）流动性强。施工作业点随施工进度不断移动，焊接作业处于流动状态，相对于固定厂房作业而言，增加了焊接及安全质量管理难度。

（2）场地复杂。一条长输管道可能会遇到多种地形，如戈壁、沙漠、黄土高原、山区、丘陵、水网等，地形地貌对焊接有间接影响，所以要因地制宜，选择不同的焊接方法来满足工程的需要。

（3）环境恶劣。风、雨、霜、雪、温度、湿度、黑夜等自然环境会给焊接过程带来直接影响。

（4）设备要求高。焊接及设备辅助要求能够在如上严酷的工况状态下稳定工作。

（5）干扰较大。由于多种原因，如人文、社会环境等外界因素的干扰，致使不能连续施工，往往造成现场多处留头，增加连头数量，不但影响焊接进度也增加了焊接难度，严重的还会延误工期，增加大量施工成本。

（6）难度较大。管道焊接基本上都是固定口，需要全位置焊接；管道口径大，焊工跟踪观察熔池非常困难；管壁较厚，一道焊口通常要几组人按大流水组合完成，对焊工的技能要求较高。

2 长输管道自动焊设备及技术现状

2.1 国外设备及技术

（1）单焊炬焊机自动焊技术。

该技术的研究起步较早，目前已是非常成熟的管道焊接技术。美国CRC公司、意大利PWT公司、加拿大RMS公司、英国NOREST公司生产的焊接设备均已推广应用。其中美国CRC-EVANS公司生产的P260焊机应用最为广泛，是管道全自动焊接技术领域的领跑者。

（2）双焊炬焊机自动焊技术。

该技术是一种已在国际管道工程中普遍应用的、成熟的管道焊接技术。其中，双焊炬自动焊机以美国CRC公司生产的P600、P625焊机、法国DASA公司生产的Saturnax焊机、加拿大RMS公司生产的双丝自动焊机应用最为广泛。

（3）多焊炬焊机自动焊技术。

美国CRC公司率先推出了多焊炬管道内焊机，主要用于大口径管道根部焊接；法国Serimax公司和荷兰Vermaat公司在2000年左右先后推出了各自的龙门式多焊炬自动外焊机。焊机采用多头全自动焊接系统，驱动多个焊头同时工作，采用液压、机械联合定位，旋转驱动，并配备多点焊缝跟踪系统，实现了真正高效的焊接施工。这两家公司的装备体积庞大、笨重，导致该技术只能在固定工位的海洋管道施工条件下应用。

2.2 国内设备及技术

（1）单焊炬焊机自动焊技术。

该技术的研究已有20年历史，是非常成熟的管道焊接技术。中国石油天然气管道局研制的PAW2000为代表的国产单焊炬焊机，1999年首次应用于郑州义马煤气管道，随后中国石油集团工程技术研究院生产的APW-Ⅱ型焊机和四川成都熊谷加世电器有限公司生产的A-300型单焊炬焊机在国内西气东输一、二、三线管道工程中。

（2）双焊炬焊机自动焊技术。

该技术是已在国内管道工程中应用的、较为成熟的管道焊接技术。中国石油天然气管道局研制并量产的PAW3000、CPP900型，四川成都熊谷加世电器有限公司研制并量产的A-600A、600B型双焊炬焊机双焊炬自动外焊机，先后在国内西气东输二、三线天然气管道及漠大二线原油管道工程中推广应用。

（3）多焊炬管道内焊机自动焊技术。

该技术是在国内管道工程中得以普遍应用的、较为成熟的管道根部焊接技术。中国石油天然气管道局研制生产的 PIW 型、CPP900-IW/32、40、48、56型系列管道内环缝自动焊，四川成都熊谷加世电器有限公司研制生产的A-806/40、48、56型智能化管道内焊系统，先后在国内西气东输二、三线天然气管道及漠大二线原油管道工程中推广应用。

2.3 国内外管道自动焊焊接技术的差异

目前，国内外的长输管道焊接方法及工艺大致相同，国产焊接设备和工艺基本能够满足长输管道焊接需求。但是从具体细节上看，仍然有一定差距。

我国的管道自动焊设备在焊接电源方面，与一流的焊接设备制造商如奥地利福尼斯、法国萨福、瑞典伊萨公司产品相比，无论是焊机稳定性还是可靠性上还不及国外产品；在焊接控制系统、自动跟踪及软件开发方面，差距较大；在焊接材料方面，国内一些著名的材料制造商如天津大桥、金桥等企业近年来进步很快，相继开发出用于X70、X80高强度管线钢的气体保护实心焊丝等高性能焊材，打破了国外公司对国内市场的垄断，但在稳定性和操作工艺性上与国外产品相比，还稍有不足；在大口径高钢级管道焊接技术研究上，国外已于2002年和2004年分别完成了X100、X120大口径管道的焊接试验，并完成了累计6 km试验段的焊接，国内目前研究较少。

3 长输管道自动焊焊接设备及技术发展建议[1-5]

3.1 提高设备严酷环境下的适应性

从施工环境上，既要在东北、西北冬季的严寒（-20℃）条件下施工，又要在夏季沙漠地带的酷热（地表温度高达50℃～70℃）环境中施工；既要在西北多风沙的黄土高原地带施工，又要在西南、东南潮湿的环境中施工，设备要有适应不同环境的能力，如国产焊接设备对低温环境的适应性和高温状态下的稳定性等都需要加强。

3.2 提高焊接设备在高原地区的适应性

在高原地区施工时，因为缺氧，内燃机发电设备自然降耗，导致发电电源频率下降，理论上50 Hz的工频经常只有45 Hz，所以要求自动焊设备具有弥补自然降耗或对45～60 Hz频率的适应能力。

3.3 研发管道激光-电弧复合焊焊接设备及工艺

激光-电弧复合焊接技术是将物理性质、能量传输机制截然不同的两种热源（激光、电弧）复合在一起，同时作用于同一加工位置，既充分发挥两种热源各自的优势，又相互弥补各自的不足，而形成的一种全新高效的焊接技术。

利用激光焊能量密度高、穿透能力强、焊接速度快和电弧焊桥接能力强的特点，加大管道焊缝的熔深，一次焊透钝边厚度可达到8 mm，这样可极大减少焊缝填充量，既节省焊材，又有效节约了焊接时间，可实现较大壁厚管道的高效焊接。

3.4 研发管道搅拌摩擦焊设备及工艺

搅拌摩擦焊是一种高质量、低成本的绿色焊接方法。该技术属固相焊接，其接头不会产生与熔化有关的焊接缺陷，如裂纹、气孔及合金元素烧损等；焊接过程中无弧光辐射、烟尘和飞溅，噪声低；焊接过程中无需填充材料、保护气体。该技术在国内航空航天领域已被广泛应用。

目前国内已成功研发无轴肩搅拌摩擦焊技术，与传统搅拌摩擦焊技术相比，具有诸多优势：焊接过程不受搅拌针长度和轴肩的限制；可实时控制焊接厚度，实现不同厚度的连续焊接；更换搅拌头时，在工件上不留下匙孔等，使得该技术在管道焊接施工中推广应用成为可能。经初步计算，焊接效率可为现有单焊炬管道全位置自动焊的6～8倍，所需能量仅为传统焊接方法的20%左右。

3.5 研发管道单熔池双丝焊设备及工艺

德国CLOOS、美国CRC、奥地利FRONIS等公司对单熔池双丝自动焊技术进行了研究，该技术具有坡口小、熔敷率高、焊接速度快的优点。据报道，其综合效率与单根独立的焊丝焊接比较，达到了1+1＞2的效果。目前，美国CRC正在进行单弧双丝管道全位置自动焊接技术的试验研究，还未进行工业化应用。

3.6 研发管道自动焊上向焊焊接工艺

国外绝大多数知名管道焊接设备公司提供的设备及工艺都是φ1.0 mm焊丝、气体保护下向焊。从目前国内长输管道涉及的母材、焊材、焊接设备、焊接方法来看，从母材和焊材的化学成分、规格，焊接电流、电弧电压、焊接速度、热输入量和线能量的计算而知，焊接热输入的裕度是很大的。若采用直径略大的焊丝、较慢速度、大一些的焊接规范、上向焊的焊接工艺，其综合效率或许更高。

4 结论

长输管道自动焊技术具有效率高、质量稳定、对操作人员要求低的特点，在欧美发达国家得到了广泛的应用，采用率达到80%以上。我国的长输管道焊接仍以手工半自动焊为主，自动焊工艺采用率还不足10%。随着国产管道自动焊设备及技术的不断完善和创新，自动焊不仅可在平坦地区发挥质量和效率优势，而且将进一步拓展至山地长输管道施工，并成为我国长输管道建设的主要现场焊接方式，应用前景十分广阔。

[1]杜则裕.工程焊接冶金学[M].北京：机械工业出版社，1993.

[2]周振丰.焊接冶金学[M].北京：机械工业出版社，1996.

[3]熊腊森.焊接工程基础[M].北京：机械工业出版社，2002.

[4]陈建平，周晓辉，李东明，等.直径1.4 mm焊丝管道自动外焊焊接工艺[J].电焊机，2016，46（8）：80-81.

[5]陈建平，冯柏军，杨锁军，等.长输管道焊接施工常见的焊接缺陷及防治要点[J].焊接技术，2013，42（10）：73-74.

Long distance pipeline automatic welding equipment and technical development

LI Yande，WEI Liming，WANG Guochen，CHEN Qiang，GAO Yunyu，CUI Luhe，KANG Wenyuan
（North China Petroleum Engineering Construction Co.，Ltd.，Renqiu 062552，China）

Along with the social technology progress and the rapid increase of human demand for oil and gas，long-distance pipeline develops towards large diameter,long distance,high pressure and high steel level，welding technology and related equipment，and material properties in the synchronous improve，corresponding pipe welding technology is changing so much.From X42 to X80 pipe steel level；welding materials from cellulose electrode to self-protection flux cored,metal powder,solid welding wire；welding method from hand to welding to manual down welding，to the semi-automatic welding cored from protection，and then to the protect semi-automatic welding，automatic welding，pipe welding technology has become increasingly mature.Combining with the characteristics of long distance pipeline construction，based on the analysis of the differences between the pipe welding technology at home and abroad，put forward the suggestions for the development of long distance pipeline welding technology at the present stage in China.

long-distance pipeline；auto-welding technology；development of recommendations

TG457.6

C

1001-2303（2017）09-0043-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.09.09

本文参考文献引用格式：李彦德，魏立明，王国臣，等.长输管道自动焊接设备及技术发展[J].电焊机，2017，47（09）：43-45.

2017-05-15

李彦德（1973—），男，工程师，学士，主要从事石油储运工程施工生产、技术及质量管理工作。E-ma il：HB-JP@163.com。