淺談管道自動(dòng)焊的應(yīng)用

1、目 錄一、概述2二、管道工作站的構(gòu)成22.1 管件組對(duì)機(jī)32.2 焊接機(jī)32.3 主要設(shè)備參數(shù)4三、管道工作站的運(yùn)行53.1 場地準(zhǔn)備53.2 軌道安裝63.3 設(shè)備組裝73.4 焊接過程7四、常見故障17五、注意事項(xiàng)18六、 總 結(jié)19淺談管道工作站的應(yīng)用張宇龍（中化七建伊犁新天煤制天然氣項(xiàng)目，伊犁）摘要：隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，焊接方法和焊接技術(shù)日趨成熟完善。化工行業(yè)管道環(huán)焊縫所用的手工電弧焊因其生產(chǎn)效率低、人員要求密集等缺陷逐步被自動(dòng)焊焊接性穩(wěn)定、操作性強(qiáng)、人為因素小、焊接速度快、焊接合格率高、外觀成形美等優(yōu)勢(shì)所代替。管道工作站就是將自動(dòng)焊機(jī)借助于機(jī)械和電氣等方法使焊接過程

2、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、程序化的管道焊接施工工藝。本文將總結(jié)管道工作站在伊犁新天項(xiàng)目應(yīng)用中的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，為今后公司推廣管道工作站提供理論指導(dǎo)。關(guān)鍵詞：自動(dòng)焊接、焊接速率、焊接性穩(wěn)定、生產(chǎn)效率、焊接質(zhì)量高一、概述伊犁新天煤制天然氣項(xiàng)目甲烷化裝置區(qū)工藝管道焊接當(dāng)量約為11萬英寸，其中鉻鉬鋼的焊接占大部分，為保證施工進(jìn)度和焊接質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率，項(xiàng)目部引進(jìn)了南京奧特電氣有限公司生產(chǎn)的AUTO MPPL FS-A/B型移動(dòng)式管道自動(dòng)焊接工作站兩臺(tái)。管道自動(dòng)焊接工作站主要由懸臂焊接機(jī)、軌道模塊、管道支撐座以及電路控制系統(tǒng)等組成，其核心部分懸臂焊接機(jī)包括：壓力式回轉(zhuǎn)滾輪架、伸縮橫臂、壓緊升降機(jī)構(gòu)、焊接電源系統(tǒng)、焊接機(jī)

3、頭、電氣控制系統(tǒng)組成。其功能可實(shí)現(xiàn)直管與直管、 直管與彎頭、 直管與法蘭、 直管與大小頭等不同管件多種組合的自動(dòng)化打底、填充和蓋面的焊接過程。二、管道工作站的構(gòu)成 管道工作站分為管件組對(duì)機(jī)和焊接機(jī)兩個(gè)部分。2.1 管件組對(duì)機(jī) 管件組對(duì)機(jī)一般由一臺(tái)多功能組對(duì)機(jī)、一臺(tái)法蘭組對(duì)機(jī)和一臺(tái)管件支撐滾輪架組成。其可以滿足直管與法蘭平面法蘭、高頸法蘭、直管與彎頭（45°彎頭和 90°彎頭）、直管與直管的組對(duì)要求。當(dāng)彎頭和直管組對(duì)時(shí)，先將彎頭和直管分別吊裝到組對(duì)機(jī)組對(duì)平臺(tái)上和管件支撐滾輪架上，使用手動(dòng)式壓緊機(jī)構(gòu)定位鎖緊彎頭，手動(dòng)移動(dòng)關(guān)鍵支撐滾輪架到彎頭管口附近，確定好合適的組隊(duì)間隙后，使用

4、電動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開始進(jìn)行組隊(duì)工作；當(dāng)直管與法蘭組對(duì)時(shí)，先將直管和法蘭分別吊裝到在法蘭組對(duì)機(jī)卡盤上和管件支撐滾輪架上，手動(dòng)移動(dòng)管件支撐滾輪架到法蘭管口附近，確定好合適的組隊(duì)間隙后，使用手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開始進(jìn)行組隊(duì)工作。2.2 焊接機(jī) 焊接機(jī)是管道工作站的核心部分，主要由壓力式回轉(zhuǎn)滾輪架、伸縮橫臂、壓緊升降機(jī)構(gòu)、焊接電源系統(tǒng)、焊接機(jī)頭、電氣控制系統(tǒng)組成。彎管焊接機(jī)可以實(shí)現(xiàn)直管與直管、直管與彎頭、直管與法蘭等不同組合形式管件的自動(dòng)化打底、填充、蓋面的焊接功能，能夠滿足不同材質(zhì)管件的焊接要求，其特殊的設(shè)計(jì)還可以有效控制管件旋轉(zhuǎn)的偏心度，保證了焊接過程的穩(wěn)定性。工件回轉(zhuǎn)滾輪架具備急停、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、無極調(diào)速等功能。

5、焊接系統(tǒng)在同一電源下可實(shí)現(xiàn) TIG、MIG、SAW 等多種焊接模式。圖1 管道工作站的構(gòu)成2.3 主要設(shè)備參數(shù)適用管子直徑范圍：250mm600mm；適用管子厚度范圍：10mm；適用管子焊口形式：直管與直管、直管與彎頭、直管與法蘭、直管與三通等；適應(yīng)管材材質(zhì)：碳鋼、合金鋼、不銹鋼等；滾輪線速度：50mm500mm/min；壓輪壓緊方式：梯形螺紋鎖緊+組合式碟簧；滾輪中心距調(diào)節(jié)范圍：310mm600mm；工件最大重量：5T；Ø 伸縮有效伸縮行程：1000mm；Ø 端部最大承載：100KG；三、管道工作站的運(yùn)行3.1 場地準(zhǔn)備為安裝組對(duì)機(jī)的軌道和提供一個(gè)干凈的施工環(huán)境，管道工作

6、站用的場地要求用水泥硬化地面。圖2 管道工作站布置圖圖3 管道工作站布置圖3.2 軌道安裝圖4 軌道安裝圖圖5 軌道安裝圖 組對(duì)機(jī)的軌道是為組對(duì)機(jī)運(yùn)行提供基礎(chǔ)，所以必須保證其穩(wěn)固，只要能夠達(dá)到這個(gè)目的，可以根據(jù)現(xiàn)場情況而定。3.3 設(shè)備組裝自動(dòng)焊設(shè)備的組裝是將零部件件和電氣接頭的連接在主設(shè)備上實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的過程。建議將自動(dòng)焊機(jī)從集裝箱中取出，軌道和自動(dòng)焊機(jī)安裝在空間較大的場地上，方便直管與管件放置在組對(duì)機(jī)上，因集裝箱空間狹小，管徑稍大的組對(duì)時(shí)，不方便組對(duì)，耽誤時(shí)間。3.4 焊接過程 管道工作站共有四種焊接方法：氬弧焊、埋弧焊、氣保焊、脈沖焊。四種焊接方法各有各的優(yōu)點(diǎn)，具體選擇根據(jù)實(shí)際要需而定。

7、伊犁新天項(xiàng)目管道工作站選擇了埋弧焊焊接方法。下面就將埋弧焊的焊接過程進(jìn)行闡述。3.4.1 埋弧焊的介紹埋弧自動(dòng)焊指電弧是在一層顆粒狀的可熔化焊劑覆蓋下燃燒，電弧光不外露。其優(yōu)點(diǎn)是：（1）生產(chǎn)效率高。埋弧自動(dòng)焊的生產(chǎn)率比手工電弧焊提高58倍。因?yàn)槁窕∽詣?dòng)焊焊接時(shí)焊絲上無藥皮，焊絲為不間斷送進(jìn)的裸焊絲，無需更換焊條。故可采用大電流焊接（比手工電弧焊大35倍），電弧熱量大，焊絲熔化快，熔池深，焊接速度比手工焊快的多，而且焊接變形量小。（2）焊劑層對(duì)焊縫金屬的保護(hù)好，焊縫質(zhì)量相應(yīng)得到提高。（3）改善了勞動(dòng)條件。除減少勞動(dòng)量之外，由于自動(dòng)焊時(shí)看不到弧光，焊接過程中發(fā)出的氣體量少，這對(duì)保護(hù)焊工眼睛和身體健

8、康是很有益。其缺點(diǎn)是適應(yīng)能力差，只能在水平位置焊接長直焊縫或大直徑的環(huán)焊縫。3.4.2 管材的選擇伊犁新天煤制天然氣項(xiàng)目甲烷化裝置區(qū)工藝管道材質(zhì)有碳鋼、鉻鉬鋼和不銹鋼，根據(jù)預(yù)制焊接量、管徑和厚度綜合考慮選擇了20#和15CrMoG作為管道工作站預(yù)制的管材。管道工作站選用管子直徑范圍：250mm600mm，管徑太小壓力式回轉(zhuǎn)滾輪架無法運(yùn)轉(zhuǎn)，管徑太大壓力式回轉(zhuǎn)滾輪架不能承受重量；選用管子厚度范圍：12mm，因?yàn)椴捎玫拇箅娏骱附?，壁厚太薄容易燒穿?.4.3 焊材的選擇 a 焊劑根據(jù)不同的材質(zhì)選擇不同型號(hào)的焊劑，焊接的顆粒度選取是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，顆粒度過大：一，容易進(jìn)空氣，焊縫得不到很好的保護(hù)，容

9、易起氣孔；二，焊劑下料三通經(jīng)常會(huì)堵塞，焊劑無法過度到焊縫。最好使用顆粒度不小于16-40目之間的焊劑。b 焊絲根據(jù)不同的材質(zhì)選擇不同型號(hào)的焊絲，等強(qiáng)匹配原則。自動(dòng)焊焊絲為盤狀不間斷焊絲，焊絲的直徑根據(jù)選用的焊接方法而定。現(xiàn)在市場是有兩種形式，帶盤的（圖6右）和不帶盤（圖6左），通常為了方便選擇帶盤的焊絲。圖6 焊絲的選擇3.4.4 班組配置一般一套管道工作站需要1名維修管理人員、1名焊工、1-2名管工、2名輔助工。3.4.5 焊工考試 管道工作站工作的焊工屬于特殊工種，特殊作業(yè)操作證上必須有能覆蓋實(shí)際現(xiàn)場所需要的項(xiàng)目，才能進(jìn)入現(xiàn)場操作自動(dòng)焊機(jī)，但是我們公司現(xiàn)在的焊工特殊作業(yè)操作證上沒有自動(dòng)焊的

10、操作項(xiàng)目，現(xiàn)場考試就存在問題。伊犁新天煤制天然氣項(xiàng)目焊工的考試經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理和總包的同意才完成了考試工作。3.4.6 焊口組對(duì)要求 正常壁厚管件坡口角度一般為30°；坡口鈍邊量一般為0.5mm-1.0mm；坡口的間隙量一般為2.0mm-2.4mm； 錯(cuò)邊量一般控制在 0mm-2mm，V 型坡口；錯(cuò)邊量的控制非常重要，錯(cuò)邊量超過2mm，打底焊會(huì)出現(xiàn)未融合，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。目前國內(nèi)生產(chǎn)的管子與管件，正負(fù)偏差很大，橢圓度不夠，鑒于這種情況，管道自動(dòng)焊的打底焊實(shí)施起來存在很大難度。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，管道工作站通常會(huì)采用手工焊打底+埋弧焊的焊接工藝。3.4.7 工作流程首先打開電源，手動(dòng)上升電

11、動(dòng)伸縮懸臂，松開卡盤三爪，使用起吊設(shè)備將管件吊裝到多功能焊接變位機(jī)上，用活動(dòng)扳手收緊卡盤抓手壓緊管件。手動(dòng)電動(dòng)移動(dòng)懸臂焊接機(jī)至焊件上的焊縫位置。電動(dòng)調(diào)節(jié)焊槍位置和焊槍角度，手動(dòng)送出恰當(dāng)?shù)暮附z長度，手動(dòng)下降焊槍使焊絲對(duì)準(zhǔn)焊接起弧手工點(diǎn)焊點(diǎn)，在人機(jī)界面上選用合適的焊接方式，設(shè)定好合適的焊接參數(shù)，確認(rèn)所有焊接準(zhǔn)備工作到位后按起弧開關(guān)，開始完整的焊接工作。在每一道焊縫焊接工作過程中，可以根據(jù)焊縫間隙的大小和焊縫的錯(cuò)變量多少隨時(shí)改變和修正焊接各種參數(shù)。3.4.8 工作原理焊接機(jī)頭通過手動(dòng)方式和電動(dòng)方式可以實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)頭的位置調(diào)節(jié)和焊槍角度調(diào)節(jié)。通過觸控屏和操作盒可以隨時(shí)任意修改焊接參數(shù)，精確控制焊接工作的

12、整個(gè)過程，確保高質(zhì)和高量的焊接結(jié)果。圖7 焊口組對(duì)就緒圖8 人機(jī)界面選擇焊接方法圖9 人機(jī)界面輸入焊接參數(shù)圖10 開始施焊圖11 施焊過程圖12 施焊完成圖13 焊縫成形美觀圖14 領(lǐng)導(dǎo)親臨工作站指導(dǎo)工作四、常見故障4.1 滾輪不回轉(zhuǎn)：可能由于電源沒接通，接通電源即可；控制按鈕是否損壞，若損壞更換即可；變頻器出現(xiàn)故障，檢查變頻器排除故障即可；回轉(zhuǎn)有卡阻，排除卡阻；4.2 控制按鈕調(diào)節(jié)失控：檢查控制線路是否出現(xiàn)短線或者脫落；4.3 電動(dòng)橫臂伸縮不動(dòng)作：可能由于電源沒接通，接通電源；控制按鈕是否損壞，若損壞更換即可；檢查伸縮限位開關(guān)動(dòng)作誤動(dòng)作或損壞，手動(dòng)復(fù)位或更換新開關(guān)。4.4 焊接成型不好：檢查

13、焊接參數(shù)選用是否合適；檢查反饋線是否連接好；焊接模式選用是否正確；焊接工藝是否合適等；4.5 電動(dòng)滑板上下不工作：查看電源是否接通；控制鈕子開關(guān)是否完好；電機(jī)電纜線是否脫落；上下限位開關(guān)是否動(dòng)作；4.6 焊接時(shí)不起弧或者自動(dòng)斷弧：檢查焊接電纜中的負(fù)極電纜線與工件連接是否良好；送絲機(jī)構(gòu)是否有卡堵現(xiàn)象；焊縫表面是否有雜質(zhì)。五、注意事項(xiàng) 5.1 控制箱、電源箱平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)； 5.2 焊接電源功能開關(guān)正確設(shè)置； 5.3 吊裝或移入焊接管段至焊機(jī)滾輪上時(shí)，不可撞其焊機(jī)且要輕放在滾輪上； 5.4 焊機(jī)配套小車的放置位置和高度合適，保證焊接工件處于水平位置； 5.5 確認(rèn)橫臂鎖緊機(jī)構(gòu)處于開啟狀態(tài)，才能升

14、降橫臂； 5.6 嚴(yán)禁通過橫臂電機(jī)升降來直接壓緊焊接工件，在壓緊輪接觸工件后應(yīng)采用手動(dòng)方式壓緊； 5.7 焊接工件應(yīng)根據(jù)其管徑大小放置在相應(yīng)的滾輪組上； 5.8 焊機(jī)主要依靠摩擦力來帶動(dòng)被焊工件旋轉(zhuǎn)的，如遇直徑相當(dāng)大（DN500）的工件或壁厚較厚（SCH60）且直徑較大（DN300）的工件時(shí)嚴(yán)禁通過強(qiáng)制壓緊焊接工件的方式來提高摩擦力，以免損壞機(jī)器； 5.9 焊接工件壓緊后方可啟動(dòng)滾輪運(yùn)轉(zhuǎn)，滾輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)嚴(yán)禁直接用手清理滾輪上的雜物、長發(fā)、布條等可能會(huì)纏繞在滾輪和管子上； 5.10 清理主機(jī)機(jī)座平臺(tái)上的雜物前，應(yīng)確認(rèn)滾輪已停止轉(zhuǎn)動(dòng)； 5.11 定期檢查變速箱、滾輪組、立柱絲桿及橫臂升降滑道的潤滑油并

15、及時(shí)添加； 5.12 每天結(jié)束工作前，必須關(guān)閉焊機(jī)總電源，及時(shí)清理廢棄的焊絲。六、總結(jié)手工電弧焊和自動(dòng)焊相同焊接試件的數(shù)據(jù)對(duì)比（15CrMoG，Ø508×16mm）；焊接方法焊接位置施焊人數(shù)焊接電流A焊接電壓V焊接層數(shù)焊接速度cm/min完成所需時(shí)間合格率%手工電焊全方位290-14025-3664-10130min96.63自動(dòng)焊1G1210-37030-34524-5535min99.04表1 數(shù)據(jù)對(duì)比從表1的對(duì)比中可以看出自動(dòng)焊明顯的優(yōu)越性：人工減少，焊接時(shí)間大大縮短，合格率提高。很大的提高了焊接工作效率，降低了成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。缺點(diǎn)在于只能水平焊接，這對(duì)于裝置區(qū)

16、內(nèi)的管道配管有很大的局限性，對(duì)于石油化工管道、公用管道、地下管道、管廊管道、長輸管道項(xiàng)目具有很大的適用性。如何將自動(dòng)焊更大限度的用于施工中，不僅僅需要自動(dòng)焊的技術(shù)更需要合理的統(tǒng)計(jì)、規(guī)劃和安排管道的預(yù)制管段，盲目的引進(jìn)管道工作站只會(huì)更多的增加項(xiàng)目成本。伊犁新天煤制天然氣項(xiàng)目作為公司第一個(gè)開展管道工作站的項(xiàng)目，每個(gè)階段都是在步步摸索中前進(jìn)，施工隊(duì)曾幾次提出放棄使用管道工作站，但在公司和項(xiàng)目部的有力支持下才堅(jiān)持開展下去。前進(jìn)中遇到困難有：1、準(zhǔn)備工作不充分，對(duì)工作站所用的消耗品備份不夠；2、焊材型號(hào)（焊劑的顆粒度和焊絲的直徑）和現(xiàn)場實(shí)際不符；3、對(duì)管道工作站不了解，操作經(jīng)常出現(xiàn)故障，出現(xiàn)了故障不會(huì)排除；4、焊工基本不會(huì)操作焊機(jī)，練習(xí)浪費(fèi)了很多時(shí)間、材料和人員；5、公司沒有現(xiàn)成的工藝評(píng)定，做工藝評(píng)定又耽誤了很長時(shí)間；6、焊工如何進(jìn)行考試；7、如何在自動(dòng)焊機(jī)上對(duì)鉻鉬鋼進(jìn)行預(yù)熱；8、人員如何進(jìn)行合理的配置；9、如何制定管道工作站的管理制度；10、如何對(duì)管道工作站進(jìn)行保養(yǎng)與維護(hù)。總的來說，伊犁新天煤制天然氣項(xiàng)目對(duì)管道工作站的