摘要：当前随着我国经济的迅速发展，科学技术的迅速提高，悬臂式自动焊在核电站常规岛管道预制中的作用越来越明显。将悬臂式自动焊应用到核电站常规岛工程施工中，不但可以提高核电站常规岛安装工程的施工效率，而且还能够提高管道焊接的质量，能对核电厂常规岛安装施工的顺利进行起到重要的推动作用。
关键词：悬臂式自动焊；核电常规岛；管道预制
1悬臂式自动焊的发展现状
1.1核电常规岛管道焊接施工情况
红沿河核电二期工程2台机组，工期紧任务重，常规岛及BOP管道预制工期约一年半，管材预制总量为2000t，预制焊口数量约30000只。以5号机组为例，常规岛管道预制焊口总数约15685只，焊接人员需求量大，施工成本增加。同时，焊接人员技能水平的差异导致焊接质量不稳定，焊缝返修率持续偏高，严重影响施工进度。通过工程数据的收集、分析和计算，5号机组常规岛管道预制焊口总数中约6274只焊口可在预制场完成施焊，其中约3099只焊口可在预制场使用自动焊接技术施焊，占预制焊口总数的50%。较高的预制焊口占比极大地保证了自动化设备使用率，经济效益和施工效率得到良好保证。
1.2自动焊接技术分析对比
目前，管道自动焊接设备主要有悬臂式自动焊和全位置自动焊两种形式。悬臂式自动焊指机头固定、管道转动的设备，全位置自动焊是指管道固定、焊机机头转动的焊接设备。悬臂式自动焊的优缺点：（1）适用范围大：适用管DN50~600mm、壁厚3-50mm，焊接位置均为1G，可较好地控制焊接质量；（2）大量使用机械切割、坡口机械加工、组对工装、水平短距离运输工装焊接前道工序质量高并且便于管道移动和就位；（3）大量碳钢管道可采用全氩弧焊、氩弧焊打底+埋弧焊的焊接工艺，能有效提高效率，降低焊接材料成本（4）需要一定面积的预制场所；（5）对人员要求相对较高，并需要各工序的共同合作；（6）管道预制和安装工作须考虑运输.安装位置、空间尺寸等因素做好前期策划。
1.3自动焊工艺应用
根据红沿河核电项目管道施工特点，采用了悬臂式自动焊接技术。在项目部设置管道预制场，配套机械切断、坡口加工、管道组对、水平短距离运输等工装设备。管道自动焊生产线由带锯床、坡口机、组对中心、3台自动焊机及相应的管道纵向物流输送系统组成，形成一个配套的自动生产线，提高管道预制效率、保证焊接质量。
设备主要功能及技术参数：
管道数控带锯床采用变频电机驱动，人机界面、PLC控制，工进数控，可实现多段管子的连续、自动、多段、定长切割。
管道数控端面坡口机同时具备径向进刀和轴向进刀功能，所用刀具为标准刀具，可满足V型、双V型、U型、I型的坡口加工，无需另外定制成型刀具，方便快捷，具有较高的精度、刚度、效率、自动化程度和可靠性。
管道预制机械组对中心的每个机头均能实现管管、管法兰、管弯头、管三通、管大小头的机械快速组对，提高管子与法兰、弯头、三通的组对效率和质量。碳钢组对效率为1200寸径/10h，不锈钢组对效率为1000寸径/10h。
自动焊机焊接工艺：可实现自动TIG/MIG/MAG打底，自动TIG/MIG/MAG/SAW填充盖面焊接；3把焊枪同时装在枪架上，可在控制面板上操作，快速切换焊接工艺、调整焊接参数。红沿河核电项目管道预制，碳钢管道采用自动TIG打底+自动SAW填充盖面焊接工艺，不锈钢采用自动TIG打底+自动TIG填充盖面焊接工艺。
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2自动焊与传统技术的比较分析
2.1焊接效率高
焊接人员的技能水平、焊接任务的劳动强度和焊接人员的流动性都会影响焊接工程的整体效率，预制场3099只焊口由28名焊工、28名安装工和14名监护人员进行轮换作业，经计算预期100天完成。而自动焊设备焊接效率稳定，操作人员劳动强度低，焊接生产过程只需配备人员进行实时监控即可；自动焊机配置的专业埋弧焊焊接循环回收系统能实现焊剂的过滤、循环利用，大大缩短辅助时间，提高焊接效率；同时，自动焊接设备可24h运转，极大地提高了焊接效率。预制场配置1条自动焊接生产线(含3台自动焊接设备)，同时配置6名机械设备操作工、6名自动化焊接操作工和2名监护人员，经计算焊口预制只需70天左右，焊接效率较手工焊提高约30%。
2.2焊接成本低
(1)人工成本。约3099只待预制焊口，若采用手工焊接，根据现场实际情况需配备至少28名焊工、28名安装工和14名监护人员进行轮换作业，保证按照预制工期约100天完成。焊缝合格率95%以上的焊工工价约为450元/日，管道安装工工价约为300元/日，监护人员工价约为200元/日，累计人工成本合计为(28×450+28×300+14×200)×100=238万元。若采用自动焊接，配置1条自动焊接生产线(含3台自动焊接设备)，同时配置6名机械设备操作工、6名自动化焊接操作工和2名监护人员，按预制工期约70天完成。机械设备操作工工价约为300元/日，自动化焊接操作工工价约为350元/日，监护人员工价约为200元/日，累计人工成本为(6×300+6×350+2×200)×70=30.1万元。
(2)培训取证成本。焊工取证成本约8000元/人，合计28×8000=22.4万元；自动化设备操作工的培训费用为5000元/人，合计5000×12=6万元。
(3)设备成本。手工焊的设备成本约为60万元，自动焊设备总计约253.27万元。
(4)材料消耗。焊条利用率为50%、焊丝利用率为85%，经计算手工焊需要焊材8.5t，自动焊需要焊材6.8t，自动焊比手工焊节约20%。
(5)其他成本。工期紧任务重，高强度的作业使得手工焊接合格率降低，返修口数量增加，焊材使用量增加。同时，大量工作人员的管理费用较高。综合计算得出，手工焊的其他成本累计比自动焊成本高约300万元。
综上所述，自动焊总成本约289.37万元，手工焊成本约620.4万元，自动焊比手工焊节约成本约331.03万元；在焊材用量方面，自动焊比手工焊节约20%的焊材消耗。随着自动焊设备使用率的增加，累计的经济效益会还将进一步增加。
2.3焊接质量高
现场焊接人员的焊接质量受劳动强度、焊接环境、焊接技能水平和焊工情绪状态的影响，据统计焊接平均合格率约为97%。而自动化焊接设备的焊接质量较为稳定，只要操作人员按照工艺要求正确设置工艺参数，焊口无损检验一次合格率可达到98.5%以上。
2.4焊接生产安全
手工焊作业环境恶劣，包括现场切割、打磨和焊接的噪声污染、有害气体污染、光辐射污染以及阴雨天气的焊接安全性问题等。而自动焊接过程只需操作人员在PLC触屏控制面板或远程线控面板上进行实时控制，切割打磨的铁屑有回收装置，生产设备配置保护罩，大大减低了安全风险，工作环境得到很大改善。管道自动焊生产线配置简练实用，适合红沿河核电常规岛项目开展管道预制工作，投入与效率相比较为合理。管道自动焊生产线采用机械加工，可以大幅提高管道预制的质量水平，生产线的加工与焊接设备可以单独或组合使用，便于现场灵活使用。
结束语
通过上述分析，我们可以清楚的看到悬臂式自动焊在核电常规岛管道预制中的应用的作用和优势。由此可见，在核电站常规岛工程施工中推广应用悬臂式自动焊工艺，将会为提高管道预制效率和焊缝质量、优质高效地完成核电站常规岛安装施工创造有利的条件。
参考文献：
[1]张岩，冯英超.AP1000核电站建造自动焊技术应用风险分析[J].金属加工(热加工)，2016(20):45-49.
论文作者:时立迎
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
标签：管道论文; 悬臂论文; 万元论文; 人员论文; 常规论文; 效率论文; 核电论文; 《当代电力文化》2019年第8期论文;