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全自动焊接工艺解读
管道全自动焊接工法
天津大港油田企业工程建设有限责任企业
近几年，长输管道市场明显地向着高压力、大径、厚壁厚的趋势发展。目前中国石油行业大部分施工单位采用全自动焊接的方式从事长输管道施工。
目前中国石油行业各施工单位都在管道焊接装备、施工能力等方面获取长足的进步，陆续装备了自动焊接机组，进入了大径管道施工市场。
近来几年来，成品油管线工程及各样天然气支线工程建设累计将有数万公里正在施工。在未来的几年里，石油天然气管输管道工程施工市场容量巨大，给大港油田企业工程建设企业带来了更大的商机，市场发展远景看好。
经过近几年的研究，从室内试验到现场实践，进行了全自动焊接设施优化配置及各项资源的优化配置，合理调整了工艺参数，并针对不同样地形地貌制定了适合性的施工方案和施工组织方式，目前已形成了一套卓有见效的施工工法——大径长输管道全自动焊接工法，并在全企业范围内实行应用，达到了预期的研究见效，获取了优秀的经济效益和社会效益。
一、工法特点
1. 全自动焊接采用药心焊丝平易体保护，能够获取优秀的焊接质量。该焊接工艺以其小电流、低电压、细直径实心焊丝、短经过渡为主要特点，下向焊时熔池体积小、可实现全焊接及抗锈低氢的内在优势，特别适合于填充焊，盖面焊时Ar气体和CO2气体的保护作用使其焊缝表面成型规则、饱满，且与母材过渡圆滑。
2. 全自动焊接合格率高，焊接参数调定此后，即可实现自动化作业，减少人为操作因素对焊接质量的影响，提高焊一次合格率。
3. 全自动焊接参数调定后能进行连续性作业，提高了生产效率，与其他焊接方法比较，减少了频频改换焊条、焊丝产生的资料浪费，降低施工成本。同时全自动化焊接作业也降低了工人的劳动强度，但对工人的自己素质和操作能力有更高的要求。
4. 全自动焊接工艺对管道组对坡质量和坡型式要求严格，需要配套的坡整形机等设施。
5. 全自动焊接的保护气体为Ar气体和CO2气体，因此与其他焊接方法比较，施工环境更为苛刻，现场施工时要求环境风速小于2m/s。
二、适用范围
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1 .本工法适用于管径DN7以上、壁厚11mm以上的油气长距离输送管道水平固定对接的全地址下向焊焊接施工。
2 .本工法需要优秀的工程施工环境，适于在地势平坦广阔的地段。
三、工艺原理
管道全自动气体保护下向焊接工艺使用可消融的焊丝与主要焊金属之间的电弧为热焊来溶化焊丝和钢管，在焊接时向焊接地区输送保护气体以间隔空气的有害作用，经过连续送丝完成焊接。
管道全自动焊接其整个焊接过程是一个从平焊状态到立焊状态再到仰焊状态的平滑过分过程。管道全自动焊机的焊接速度、送丝速度、摇动宽度、摇动速度、焊接电压和焊接电流都要随着状态的变化而变化。圆周各点参数均由计算机程序自动控制完成，实现焊接工艺参数的连续变化。
本工法采用STT半自动根焊+自动外焊机填充、盖面。根焊设施为林肯STT —II型焊接电源+相般配的送丝机，填充焊、盖面焊设施为PAW20型自动外焊机。保护气体采用Ar气体和CO2气体。
四、施工工艺流程及操作要点
（一）施工工艺流程

图1工艺流程图

（二）操作要点
大港油田工程建设企业在西气东输一陕京二线联系线工程第8标段中采用了全自动
气体保护下向焊焊接方法，依照该工法在工程中的实质运用，归纳总结出以下几点操
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作要点。
1 .管清理
组装前使用专用清管工具除去管内的所有杂物；使用棉纱和钢丝刷等工具将管两头1mm范围内的尘埃、油污、铁锈等清理干净，露出金属光彩，螺纹管端焊缝处需把余高打磨圆滑，严禁使用砂轮机打磨坡以外的管材表面，尔后由管工用对器进行管组对，用空隙板定空隙。并检查管可否存在压痕、裂纹等弊端，若是发现要实时按要求修复，不符合要求的管子不得组装。
2 .管修整与组对
全自动焊接对坡要求严格，必要时用坡整形机对管进行整形。管道全自动焊接收组对尺寸以以下列图：
0〜2.0mmj2’。±°^>0.5 〜mgm
气管 1.6 ± 0.4mm , 1_*
图2管组对
管组对接头的坡形式应为V型，管道坡吵嘴度应为22.5 ° ±0.5。，钝边1.2〜2.0mm，空隙2.0〜3.0mm，组对错边量按10%管壁厚控制。对采用内对器（连头碰死及其他不能够使用时内对器时采用外对器）施工时，应在根焊一遍后，方可卸除内对器。使用外对器时，必定在焊整个圆周上均匀散布4〜6处定位焊，每一处定位焊长度不应小于1mm，且在卸掉外对器前，定位焊的累计长度不得少于管周长的50%。两相邻管的螺旋焊缝在对处应错开不小于1mm的距离。
3. 安装焊接轨道
自动焊接小车行走在焊接轨道上，轨道与管道的同心度和与管的平行度直接影响着焊接的质量，应采用专用工具安装轨道，轨道专用安装工具能够测量和调整轨道边缘与管道坡之间的距离，调整轨道的松紧度。轨道安装专用工具的锤面硬度应稍低于焊接轨道的硬度，过硬易造成轨道的伤害。轨道安装后，应保证轨道与管道表面的距离小于3mm，轨道与管端面的距离小于2mm。
4. 输入焊接参数
轨道安装完成后，将焊机安装在轨道上，按焊接指导书的要求调整焊机的焊枪位
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置和角度。经过焊接参数输入器，将焊接参数输入到计算机中。
表1根焊焊接工艺参数
焊道
焊材牌号
直径
(mm)
极性
焊接电流
(A)
电压(V)
送丝速度
(in./min)(
焊接速度
cm/min )气体
保护气体
I配比
流量
l/min
根焊
AWSA5.18
ER70S-X
1.2DC
+
峰值 350~420
基值60~90
16~25
120~150
16~25见」
备注③20~30

注：①DC+表示焊丝接止。

② 根焊电压为参照值，填充、盖面焊电流为参照值。
③ (75-90 )%Ar+ ⑵-10)%吃
表2填充焊、盖面焊焊接工艺参数
焊道
焊接速度
(cm/min )
送丝速度
(m/min )
摇动速度
(cm/min
边缘停留
)时间(ms )
电压(V)
保护气体
co(%)
2
Ar(%)
流量L/min
填充
20~35
8.0~9.0
340~440
80~140
17~25
15~25
85~75
15~25
盖面
17~27
7.0~8.8
3~360
1~160
17~25
15~25
85~75
15~25
注：①极性为焊丝接正。

②填充、盖面焊电流为参照值
焊接电源
(+
PAW20
全自动焊机
控制箱
接220V电源
遥控盒
气
瓶
Ar
气体配
比器
自动焊接小车
把线

地线
图 管道全地址自动焊接系统表示图
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5 .焊接
依照焊接工艺规程的要求，管线焊前需预热管，预热温度与 °C且小于150 °C,预热宽度为坡两侧不小于75mm的范围内，预热方法应保障在预热范围内温度均匀，可用非接触式温度计在距管 50mm处测量，预热结束温度高于但不高出规定温度50C,预热源撤退后1〜2分钟后，开始焊接，以保证温度均匀。预热源为液化气，配备专用的中环型火焰加热器加热。火焰要远离防腐层，严禁用气焊和其他高温火源。
6 .外观检查
外观：宽度为坡两侧表面面0.5〜2.0mm ；余高为0〜2.0mm，局部不得大于3mm,余高大于2mm且小于3mm部分的长度不得大于50mm ；焊缝表面面都不得低于母材表面,咬边深度不得大于0・5mm，咬边深度在0.3〜0.5mm的单个长度不得高出30mm，累计长度不得大于焊缝周长的15% ;接错边量小于2mm。
焊缝及周边表面上不得有裂纹、未熔合、气孔、夹渣、凹陷、引弧印迹、有害的焊瘤、夹具焊点、溶合性飞溅等，外观成形均匀一致。
自检合格后，写焊工号(严禁打钢印)做自检记录，这样流水作业进彳亍组对焊接。
7・探伤查验
焊完的焊缝先检查外观合格后再进行无损探伤。管道焊缝1%进行环向焊缝的X射线照相，执行《石油天然气钢质管道对接焊缝射线照相及质量分级》标准II级为合格。将检测结果实时确认核实后，对不合格的焊安排专人进行返修。
8 .不合格焊返修
组织专门返修小组对不合格焊缝进行返修，焊返修采用手工焊接返修。二次返修不合格的焊需割从头焊接、拍片检查至合格。
五、资料、设施及劳动力组织
(一)工程资料
该工法在西气东输一陕京二线联系线工程第8标段运用时采用地工程资料有：
1. 钢管
钢管标准：APISpec5L(GB/T9711.2 ) 钢 级：X70 (L485)
壁厚：17.5mm
直径：①1016mm
其化学成分和机械性能见表3。
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表3钢管的化学成分和机械性能表
化学成分
CMnSP
0.221.650.0150.025
机械性能
信服强度（Mpa）
抗拉强度（Mpa）
伸长率（%）
483
562
16
2 .焊接资料
表4焊接资料表

焊材焊材标准片
M号焊材规格

根焊焊丝AWSA5
.18ER70S 锦泰 JM58 ① 1.2mm

填充、盖面焊丝AWS
A5.28ER80S-G 锦泰 JM68 ① 1.0
im

3 .保护气体：

本工法用到的保护气体为Ar气体和CO2气体。其中Ar气体纯度：N99.96 %, CO2
气体纯度：N99. %5, CO2气体含水量：N0.5 %。
（二）机具设施
本工法使用的主要机械设施见表 5。
表5 主要机械设施表
序号
设施名称、型号
数量
备注
1
自行式搬动电站（DZ—1 ）
4台
野外行走功能
2
林肯半自动焊机（STT —II）
2台
打底根焊
3
PAW20全自动焊机
4台
填充盖面
4
吊管机（70T）
3台
布管、对
5
坡整形机
1台
加工坡
6
气动内对器
1台
组对焊
7
清管器
1台
对前清理管内杂物
8
层间测温仪
1台
测试层间温度
9
热办理仪
1台
进行焊后热办理
10
温湿度仪
1台
测量环境温、湿度
11
风速仪
1台
测量环境风速
12
焊接查验尺KH45型
2把
焊缝外观查验

（三）劳动力组织
本工法人员组织见表6。

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表6 劳动力组织表
序号
工种
数量
备注
1
项目经理
1
对工程全面负责
2
项目副经理
2
协助项目经理工作
2
施工班长
1
负责现场施工
3
技术负责人
2
负责工程技术
4
安全负责人
2
负责工程安全
5
质量负责人
1
负责工程质量
7
测量工
2
测量定位
8
起重工
3
起重
10
管工
10
组对
11
电焊工
10
焊接
12
电工
1
施工用电
13
协助工及其他人员
10
协助施工

六、质量控制
1 .制定长输管道全自动焊接施工项目管理质量目标、目标。成立施工质量管理项目组，明确项目部岗位质量管理职责。
2 .施工前，检查查收管子的长度、钢管厚度、防腐层厚度、防腐质量、管质量（直径、椭圆度、管垂直度、管子直度）等。对螺旋焊缝管，检查测量管周长、直径，以使般配对，做到使两相邻管直径误差V1mm，周长误差W4mm。对检查出的不合格的管子应表记间隔。
3. 清理管，采用专用清理工具将管的坡、钝边修睦；系统坡的内卷边要除去掉，螺旋管、直缝管管端内外焊道高出管壁10mm范围内要用砂轮机抹平且和缓过渡；管端内外20mm内的锈迹要除去，直至见到金属本色。管组对接头的坡形式应为V型，管道坡吵嘴度应为22.5 ° ±0.5 °，钝边1.2〜2.0mm，空隙2.0〜3.0mm，组对错边量按10%管壁厚控制。
4.对时，起吊管子的吊具不得破坏防腐层。组对时应控制错边量、螺旋焊缝或直焊缝错开量以及对空隙，使其符合焊接规范要求。
5. 焊接施工前对所有参加施工的人员进行交底，明确各项质量指标及要求，同
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时明确各岗位人员的质量职责，严格按规范及设计要求进行施工。
6 .参加施焊的焊工必定是经过培训获取专业资格证书，同时经过针对目前施工管线焊接要求考试的合格者。
7 .管根焊没有完成时，不得撤出内对器。在根焊过程中，不得活动管子或碰撞管子。根焊必定熔透，反面成形优秀。根焊完成后，焊工应仔细自查可否有裂纹、夹渣、气孔等弊端，如有，应除去后重焊。
8. 焊缝接头点，应略加打磨，相邻两层的接头点不得重叠，应错开20mm以上每遍焊完后焊工应仔细清根，除去表层气孔、夹渣等弊端，砂轮粉末也应除去。
9. 焊接过程中，应注意控制层间温度，当层间温度低于规定要求时，应从头加热。
10 .使用的焊接极性、电流、电压、焊接速度等应符合焊接工艺规程要求
11. 焊道表面应成型优秀，管和焊道表面应无飞溅、裂纹、焊疤、气孔和夹渣等弊端，焊道外观查验执行《油气长输管道工程施工及查收规范》GB50369-26的规定
12. 所用焊机须是圆满设施，设施性能知足焊接工艺的要求。
13 .所用焊材与设计要求切合，且经过焊接工艺评定，知足设计要求。
14 .在以下任何一种环境中，如未采用有效防备举措不得进行焊接：
1）雨、浓雾天气；
2）大气相对湿度高出90% ；
3）风速大于2米/秒，应采用有效的举措（如防风棚等）；
4）环境温度低于5°C，应采用有效举措（如石棉被等进行层间或焊后保温），防止焊缝冷速过快。
15 .严把好各工序的施工质量，质检人员施工时期不离场，随时检查施工质量。
七、安全举措
1 .成立安全保证系统，确定安全生产责任人。
2. 对所有参加施工人员进行HSE安全教育，对施工中简单出现的安全隐患提前预防。做好各工序安全教育和安全技术交底。
3. 如期召开安全生产例会，如期组织进行安全检查工作，例行安全检查每周一次，安全员及有关人员对施工全过程进行全方向、全过程监察检查。
4. 施工机械操作处要有规范的操作规程，特别工种及专业施工人员要持证上岗，
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严格执行岗位责任制，做到自我安全保护“三不伤害”。
5. 施工负责人及现场安全员负责施工现场安全，随时检查现场情况，发现问实时使办理。
6. 施工人员要穿着好劳动防备用品，劳动防备用质量量必定符合有关要求并如期检查，施工机械必定在使用前进行检查查收・
7. 电焊工要有相应的资格证，要严格遵守电气安全技术规程。除电焊机二次开关以下的电气线路外，电焊工严禁使用其他电气线路施焊。对所有电焊设施都应进行平时使用前的故障检查。电焊机必定有接地线，电焊机一次接线处应加保护罩，电线应该经常保持绝缘优秀。焊机机体的任何部位严禁与焊把未绝缘的金属部件以及任何裸露的导体相接触。电焊面罩应严实不漏光，焊接前应佩带好防备用品。焊接时要按技术要求进行施工，打焊渣时，要防备焊渣伤眼或进悦耳朵。
8. 在润湿地焊接时必定采用绝缘举措，不得令人体、焊机或其他金属构件成为焊接回路，以防焊接电流造成人身伤害或设施事故。
八、环介绍措
1. 环境保护职能部门及人员对平时施工及生活进行管理和监察，发现不符合项实时纠正，保证环境处在一个优秀状态
2. 在施工作业区范围内与施工有关的焊丝、焊渣等垃圾和碎片应实时清理出场，并进行稳定办理。
3. 建筑施工和生活垃圾不得随意堆放、遗弃或洒落，要会集收集，当天带回住地稳定办理。
4. 设置生活垃圾会集堆放设施，对生活垃圾进行回收办理，严禁随意乱扔造成白色污染，并保持场所内干净。
九、效益分析
在大港油田工程建设企业承建的西气东输一陕京二线联系线工程第8标段，直径为①1016的管线长约14.5km，壁厚为17.5mm和21mm两种，焊总数1237道焊（全自动焊接）。对以上焊进行1%X射线检测，结果按SY/T4056 —93《石油天然气钢质管道对接焊缝射线照相及质量分级》的II级合格标准进行评定，一次合格率达到96.32 %，比半自动焊接一次合格率提高了 6个百分点，累计节俭花销达到75.8万元。
在西气东输二线管道工程（西段）第十二标段中，管线直径为①1219的管线长约
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80km，壁厚为18.4mm、22mm和26.4mm三种焊总数达到70道焊。对以上焊进行1%X射线检测，结果按SY/T4056 —93《石油天然气钢质管道对接焊缝射线照相及质量分级》的II级合格标准进行评定，一次合格率达到95 %，比半自动焊接一次合格率提高了 5个百分点，累计节俭花销达到419.9万元，保证了大径长输管道施工质量，而且获取了明显的经济效益。
本工法的成功应用，为大港油田工程建设企业培育了一支成熟的长输管道全自动焊接施工队伍，提高了企业的竞争实力，形成了新的收益增添点，为进一步开拓市场，打下了优秀的基础，创立了优秀的社会效益。
十、应用实例
25年，本工法在大港油田工程建设企业承建的西气东输一陕京二线联系线工程
第八标段工程中获取了运用，该工程于24年12月10日开焊，25年7月30日完
工，管线直径为①1016，管线长约14.5km，壁厚为17.5mm和21mm两种，其焊接一次
合格率达到了 96.32%。此后在工程建设企业中标的西气东输二线等工程（西段）第十二标段中也运用此工法参加了长输管道的施工，施工见效优秀。