管道CO2气体保护焊施工技术浅议

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摘要：用药芯焊丝CO2气体保护焊进行管道预制的施工技术主要描述了施工设备的性能及施工工艺，从而提高管道施工进度及焊接质量。

关键词：管道预制、自动化、药芯焊丝 、焊接

1.适用领域

在压力管道工程施工尤其是复杂的石油化工装置、航空航天试验台（设备）、核电、各类泵房及压力容器、罐区等工艺管道安装工程中，预制与焊接是其中的关键工序，预制深度、焊接质量和焊接效率三大要素，直接关系到工程总体质量、施工进度和安全，对企业的施工技术水平、质量控制能力、经济效益和市场竞争力具有极大的影响。

从我公司近年所涉足的管道施工领域来看，石化装置、大型专用设备、储运罐区、航空航天等军工试验设备及工艺配管的安装工程不断增多，其主要特点是：管件在管道总量中所占比例大；尺寸、规格种类繁多；介质易燃易爆；工况高温高压；焊接质量要求苛刻；焊接的难度越来越大，对焊缝成型、内部质量乃至表面处理的要求也越来越高，依靠手工电弧焊难以满足上述要求，而提高预制深度并采用熔化极气体保护自动焊施工工艺，则是解决问题的有效途径。

2.适用范围

管道预制应用熔化极药芯焊丝co2气体保护自动焊施工，不仅适用于焊接质量、外观要求较高的压力管道系统，也可应用于一般管式结构的焊接。

2.1 适用管径：DN50～DN600

2.2 适用壁厚：3～60mm

2.3 适用长度：500～12000mm

2.4 适用材质：碳钢、不锈钢、合金钢、低温钢、有色金属等

2.5 适用焊缝：各种管段焊缝，如管-管焊缝、管-管件焊缝、管-法兰焊缝、法兰-法兰焊缝、法兰-管件、管件-管件焊缝等

3.施工优点

3.1 以药芯焊丝、CO2气体保护焊自动焊工艺为核心，采用计算机辅助管理为手段，加大管道预制深度、保证焊接质量和效率为目标，全面优化了传统管道预制阶段的工艺流程，提升了管道预制阶段的技术管理、质量管理、探伤管理、进度管理和成品管理的可控性和效率，进而确保了整个管道安装工程的质量和工期控制效果并间接达到了经济、节能、安全的目的。

3.2熔化极药芯焊丝、CO2气体保护自动焊系统，其自动化程度高、操作简单、工艺一致性好，其设备构成和配置可根据工程特点、相关技术质量要求和投入成本方面进行灵活配置和功能扩展，既可用于工厂固定化预制，也可用于流动性野外现场预制施工。

3.3自动焊系统包括送丝系统、焊接臂机构（包括焊枪夹持、X、Y、Z三方向行走定位、

微调）、数控摆动器（内置多套摆动参数）、数显操作机转台（含三爪自动定心卡管器）、可调式管托架及操作控制盘、手控盒等，配以悬臂式起重机，适应各种规格、长度的管段、法兰、管件的快速夹持、调整和焊接过程中的实时调控，由于采用机械自动装置，消除了许多人为因素对焊接工艺的过程的干扰，实现了稳定、高速的焊接。

3.4 自动焊接系统采用管道转动、焊枪固定的方式，保证了焊接过程始终保持在最佳位

置，便于实时观察、调整、控制，工艺再现性好，探伤合格率达98%以上。

3.5 自动焊系统采用药芯焊丝CO2气体保护焊工艺，其焊接电流密度较高，焊丝熔敷效率高，焊后熔渣少，电弧热量集中，熔池小，焊接速度快，热影响区较窄，焊件变形小，抗裂能力强。

3.6药芯焊丝CO2气体保护自动焊操作简单，培训时间短，降低了对工人焊接技艺的要

求。

3.7根据国内生产供应的管配件质量现状，采用人工氩弧焊打底，由于其对管及管件坡口加工质量和组对要求不高，避免由于管材、管件的材料规格偏差、几何偏差、坡口加工偏差等引致的对口间隙不均、错边、局部厚度不匀等而造成的焊接缺陷，且只需打底一遍，焊缝背面质量及

成形更易控制。

3.8由于经过了各种材质、规格的大量焊接试验，各种焊接参数均已反复验证、优化

并保存，操作时只需根据相应规格进行选取，从焊接内部质量到外观成形，保证了稳定性和一致性。

3.9 所采用CO2焊机为IGBT数字控制，与传统弧焊机相比，可节约用电平均达30%左右，与交流弧焊机相比，可节约用电60%以上，同时由于提高工效数倍，在工作量相同、焊机容量一致、焊接参数相当条件下，节约电能，符合国家目前倡导的节能工程要求。

3.10 由于CO2气体保护焊易受风的影响而产生气孔，当风速≥2米/秒时，焊接操作时必须采取防风遮挡措施。

3.11药芯焊丝在多雨,潮湿季节易受潮,因而其存储方面的要求高于传统焊材。

4.工艺原理

4.1 药芯焊丝、CO2气体保护自动焊工艺原理

4.1.1药芯焊丝、CO2气体保护焊属于气渣联合保护形式，为焊接过程提供了更强的保护效果，焊缝成形好，综合机械性能高。

4.1.2 药芯焊丝的熔渣有明显的冶金改善效果, 可以去除杂质, 净化焊缝, 因此保证

焊缝金属的力学性能, 尤其是韧性和塑性提高。

4.1.3 为保证焊接质量并消除管件制造品质问题带来的影响，采用人工氩弧焊打底，药芯焊丝CO2气体保护自动焊多层盖面；管段旋转，焊枪固定的焊接方式。

4.1.4 药芯焊丝、CO2气体保护自动焊是通过自动焊设备系统，如焊接变位机、回转台滚轮架等夹持、固定设备带动可预制的管段旋转，焊枪通过焊接臂机构由手动控制盒控制其X、Y、Z轴移动，并通过微调机构精确定位于施焊部位（通常为焊口上方）进行焊接。

4.1.5 自动焊枪内含送丝管，通过固定的送丝机送丝，并由水箱、送、回水管路对焊枪进行冷却以提高载荷率，保证连续焊接。

4.1.6通过自动焊设备系统进行各种焊接参数的实现与控制。

4.2自动焊设备系统

药芯焊丝、CO2气体保护自动焊工艺是通过自动焊设备系统实现的。本系统构成主要包括氩弧焊接电源、数字控制逆变气保焊电源、气瓶、冷却水箱、送丝机、自动焊臂三维动作系统、焊枪夹持与摆动系统、变位机（回转台）与可调式管托架、电气控制与操作控制系统、电动坡口机、便携式氩弧焊转台、悬臂吊等，设备构成可根据施工需要调配。通过自动焊设备系统，使待焊管段稳定夹持，并可按预定的焊接参数的进行转速、摆动的精确控制，并保证焊接过程的稳定性和实时可控性。

操作原理：焊件装夹于夹持转台，其内置变频器，由手控盒控制，可无级调速；夹持机构为自动定心三爪卡盘，可快速装夹焊件；对于长管段，使用可调式管托架，可根据管径调整高度，保持水平并保证焊接过程中的稳定性；焊枪通过手动控制系统在X、Y、Z轴向移动，并通过微调固定在接近焊缝正上方的最佳位置，调出预先设定的摆动参数并按焊接工艺指导书调整合适的电流、电压、转速、送丝速度、CO2保护气流量，启动自动焊系统进行焊接；层间清理，直到盖面完成。操作示意图见图4-1。

5.工艺流程

5.1 管道预制过程采用流水作业方式，其过程是将图纸转化、任务单下达、下料切割、

坡口加工、组对、氩弧焊打底以及自动焊盖面分为一个个相对独立的工段，每个工段由专人进行施工，最终形成成品管段。

5.2 工序流程见图5-1：

5.2.1 碳钢及合金钢管道：图纸转化单线立体图生成任务单下达管段组成件除锈刷漆下料切割坡口加工组对焊接打底焊接盖面检测成品分区堆放

5.2.2 不锈钢管道：图纸转化单线立体图生成任务单下达下料切割坡口加工组对焊接打底焊接盖面检测成品分区堆放

5.3 上述过程中，单线立体图采用SOLIDWORKS（添加数据库）等专业三维软件绘制，图面上会自动标识有：管段号、焊缝号、管子下料尺寸、材料清单等，为管道现场安装、管理需要所用管道预制文件资料通过软件同步形成。

6.操作要点

6.1图纸转化，即由原设计图绘制单线立体图，要求单线图立体感要强、直观、走向

清楚、尺寸准确、用料（件）明晰，标注相应材料名称、材质、规格、尺寸、焊缝编号、探伤比例等工艺要求，便于施工人员识图。施工时，技术人员每天把当天所施焊的焊工的代号及时、准确地移植到管段单线图上，做到管线号、焊缝编号、焊工号、底片号统一。此步骤为提高管道的预制深度，进而提高总体工程施工效率的关键。

6.2 按管路系统单线图下料切割，用电动坡口机加工所需坡口，按传统方法组对，

（1）切割

不锈钢高压管道的切割采用机械方法切割，不允许用等离子切割、气割等方法。

（2）坡口加工

采用自动坡口加工机按焊接工艺评定及焊接工艺指导书的坡口形式、尺寸进行机械加工。

（3）采用药芯焊丝CO2气体保护自动焊工艺时，由于其熔深较大，通常可采用比传统焊接方法更小的坡口角度。

（4）组对

1）组对焊壁厚相同的管子、管件时，其内壁要做到平齐，内壁错边量应符合规范规定：壁厚的10%，且不大于0.5mm。

2）焊接接头组对前，应清理其内外表面，在坡口两侧20mm范围内不得有裂纹、夹层、油漆、毛刺、氧化皮及其它对焊接过程有害的物质，

3）施工过程中，不得用强力方法组对焊接接头。

6.3 用便携式氩弧焊转台进行人工氩弧焊打底，通过氩弧焊转台将管子夹紧，并按照一定的速度转动，方便焊工施焊，节省体力，提高打底效率。

6.4对奥氏体不锈钢，氩弧焊打底时，管内充氩气保护。

6.5 打底进行外观检查，合格后在变位机上进行焊件夹持（必要时使用悬臂吊辅助装

卡），调整、固定。

6.6 根据管段材质、规格，选择合适的焊接工艺参数。

6.7 层间清理、检查。

6.8 盖面结束。

6.9 从变位机上卸下并放置于工位架上。

6.10进行传统的下道工序。

6.11无损检测人员根据管段单线图上的焊口编号、按图找到要检测的焊口位置，及

时进行跟踪检查，避免漏探。

6.12 有关人员可随时利用管段图对照实物进行检查，发现问题立即在管段图上进行

标识并责成有关责任人员进行整改，并即时反映到设计图纸上。

6.13 对于自动焊的操作，焊工在开始操作时可能出现以下缺陷：在收弧处存在气孔、

未熔合或条状夹渣等，因此焊接时应注意以下几点：

（1）直流焊接时采用反极性。

（2）注意CO2气体纯度。

（3）CO2气体流量计的加热器必须通电，杜绝气体因气化而吸湿。

（4）及时对磨损的导电嘴时行更换，因为导电嘴磨损将导致起弧后稳定燃烧的时间加

长。

（5）及时清理套筒内的飞溅，定期清理送丝管。

6.14 焊接环境

（1） 焊接环境温度低于-5℃对于不锈钢管道的焊接必须采取提高焊接环境温度的措

施；

（2）雨雪天气，相对湿度大于90%或手工焊风速大于8m/s、氩弧焊风速大于2m/s，必须采取防护措施，否则严禁施焊。

（3）焊缝外观检验

1）焊缝外观应成型良好，无裂纹、未熔合、气孔、夹渣、咬边存在。

2）焊缝表面不低于管道表面，焊缝余高符合规范要求。

（4）焊缝无损检测

1）工程施工执行《石油化工剧毒、易爆、可燃介质管道工程施工及验收规范》 （SH3501-2002）标准，对焊缝进行100%射线探伤，Ⅱ级合格（JB4730）

2）对不合格焊缝的返修返修前应进行质量分析当同一部位的返修次数不得超过两次。

3）需要返修的焊缝应准确找出缺陷位置，返修焊缝焊接时按原焊接工艺进行，并对补焊处用原规定的方法进行检验。

7.推广运用

我公司已将该技术先后运用于沈阳重型机器有限责任公司广深港过江隧道盾构机低压管路安装工程、北京动力机械研究所燃料动力站设备及管道安装工程、中国航天空气动力技术研究院空气压缩机站及气源系统集成。

8.结束语

工程实践证明，药芯焊丝CO2焊在管道预制焊接领域的高效、优质、低成本的综合优点是其它焊接方法所不能比拟的。在石油、化工、航空、航天、核电、设备制造等领域的工程建设中，主要用于焊接低碳钢、普通低合金钢和低合金高强度钢，还可以焊接耐热钢和不锈钢，且可焊厚度范围较宽，正逐步取代手工电弧焊等传统工艺，其与管道单线轴测图的图纸转化和预制、焊接、检测、档案资料同步形成的计算机软件管理相结合，无疑在管道安装管理方面将是一个很大的进步和提高，并可极大地促进公司装备自动化水平和管道焊接施工管理水平，带来更好的工程质量和经济效益。

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