摘要：随着管道施工用钢强度等级的提高，管径和壁厚的增加，管道焊接自动化是提高现场施工质量和施工效率的迫切需要。传统的手工焊接方法已不能满足管道施工的要求。长输管道焊接技术由传统的手工焊接向焊接速度快、效率高、焊接质量稳定的自动焊接发展是必然趋势。
关键词：长输管道；自动焊工艺；发展建议；
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。
一、长输管道焊接施工特征
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。
二、中国设备及技术
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型焊机和某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，某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，某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。
三、存在问题
1.焊接电源的数字化和智能化水平低。国产焊接电源不能满足大口径管道全位置自动焊对焊接电弧精确控制的要求。国外的高端数字电源普遍利用数字技术实现了对电弧和焊接材料熔化过渡的精确控制，并可针对用户的母材和焊接材料“量身订做”专用的焊接参数存贮于专家系统。这对工艺性要求很高的管道全位置自动焊接非常重要。
2.管道全位置自动焊机成套设备的性能与国外存在一定差距。国外已经实现了各种管径自动焊的系列化装备，而国产全位置自动焊机还处于大规模推广应用的初期，在机械设计和智能控制方面与国外成熟产品均有一定差距。
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3.高端管道焊接材料不成熟。高钢级管道全位置焊丝对化学成份和工艺性的要求非常严格。由于以前没有足够的市场需求，国产管道全位置自动焊焊接材料的研发也缺乏充分的投入。产品与国外产品有一定差距，特别是在工艺性方面，如飞溅大、铁水的流动性不好、不同批次性能差异大等。
4.国内没有自己的焊接接头性能评价体系。在焊接接头最低冲击吸收能量指标和焊接缺陷容限方面没有自己的评价体系，更大的问题是焊接标准的制定者为了安全等因素的考虑，使焊接接头最低冲击吸收能量指标和焊接缺陷容限在国外标准的基础上更加严格，导致了焊接施工中的一些不必要返工和浪费。这也是急需解决的问题。
5.全自动超声检测尚不能实现缺陷的三维成像目前，国内刚刚掌握二维成像技术，而国外的先进企业已经实现了缺陷的三维成像。这项技术对硬件和软件都提出了更高的挑战。
四、长输管道自动焊焊接设备及技术发展建议
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。
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.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。
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。
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。
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。
总之，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，应用前景非常广阔。
参考文献：
[1]刘则裕.浅谈长输管道自动焊接设备及技术发展.
[2]李丰.张新宇，探讨长输管道自动焊接设备与技术发展.2018.
论文作者:秦涵
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：管道论文; 技术论文; 电弧论文; 焊机论文; 设备论文; 位置论文; 焊接设备论文; 《电力设备》2019年第16期论文;