阅读说明：本技术 一种大口径长输管线用自动焊焊接工艺 (Automatic welding process for large-diameter long-distance pipeline ) 是由 吴立斌 陈劲 张圆 黄涛 黄�俊 李阳 于 2019-11-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种大口径长输管线用自动焊焊接工艺,所述长输管线由若干第一单管和第二单管构成,其中,第一单管为直管,第二单管为直管或弯管,直管和弯管的壁厚差为1～3mm,长输管线在山区丘陵地带长度占整体长度比例为30％以上,平均一公里中弯头个数达12～18个。所述焊接工艺包括以下步骤：在第一单管和第二单管管口处制备U型坡口,将带所述U型坡口的第一单管和第二单管进行对接形成焊接接头组对；采用自动氩弧焊工艺对所述焊接接头组对进行根焊；采用金属粉芯焊丝精确脉冲焊工艺对根焊后的焊接接头组对进行热焊、焊口填充和盖面焊以完成焊接。本发明具有接头组对错边容忍度大、管口加工要求相对较低、焊接一次合格率高等优点。(The invention provides an automatic welding process for a large-diameter long-distance pipeline, which comprises a plurality of first single pipes and second single pipes, wherein the first single pipes are straight pipes, the second single pipes are straight pipes or bent pipes, the wall thickness difference of the straight pipes and the bent pipes is 1-3 mm, the length of the long-distance pipeline in hilly lands of mountainous areas accounts for more than 30% of the whole length, and the number of the elbows in one kilometer on average is 12-18. The welding process comprises the following steps: preparing U-shaped bevels at the pipe orifices of a first single pipe and a second single pipe, and butting the first single pipe with the U-shaped bevels and the second single pipe to form a welding joint pair; root welding the welding joint assembly by adopting an automatic argon arc welding process; and performing hot welding, weld crater filling and cover welding on the welded joint group after root welding by adopting a metal powder cored welding wire accurate pulse welding process to finish welding. The invention has the advantages of large tolerance of the joint assembly to misalignment, relatively low requirement on pipe orifice processing, high one-time welding qualification rate and the like.)

一种大口径长输管线用自动焊焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种大口径长输管线用自动焊焊接工艺，主要用在石油、天然气等流体长输管道焊接领域。

背景技术

目前，油气长输管道环焊缝所用的焊接方法主要有焊条电弧焊(即手工焊)、自保护药芯焊丝半自动焊(即半自动焊)和熔化极气体保护全自动焊(即全自动焊)。近几年来，全自动焊施工技术在高钢级、大口径管道施工焊接中的比重逐年上升，2016年，全自动焊技术在陕京四线、中靖线和中俄原油管道二线进行了应用，应用比例在20～50％不等，2017～2018年在中俄东线北段管道工程中应用比例达到了100％，后续的工程如中俄东线中段、西气东输四线等工程均全部采用全自动焊的施工工艺。但是，在平原地区采用的内焊机加双焊炬自动焊机施工方式，无法推广应用于山区管道施工。发明人发现，造成无法推广应用的原因有：

一、山区施工热弯较多，平均一公里弯头可达10多个，内焊机因其自身尺寸较大无法通过，不利于连续施工，丢头较多；

二、山区管道施工多为沟下焊接，不利于需要较多机具设备配合的内焊机自动焊施工；

三、热煨弯管和直管段的壁厚差较大，不利于坡口加工、焊接。

根据中贵、中缅国内段油气管路的统计，在20度以内的山区线路长度约占施工总长度的74％，正在建设的闽粤支干线大部分为山区和丘陵地形，中缅管道国内段晴隆改线段全线为山区和丘陵地形，国外中亚D线山区及丘陵也占60％以上。目前，自动焊技术对管口组对的精度和坡口加工质量要求很高，以内焊机加双焊炬工艺为例，该工艺对管口组对错边要求不得大于1mm，坡口钝边要求误差在0.2mm，焊接过程中使用的双V型复合坡口易受坡口加工设备及人员操作影响，在30°坡口与15°坡***接处容易形成凹槽导致焊接过程出现冷熔或未熔合现象，导致焊接装置出现致命缺陷。此外，内焊机仅能通过7°以下的冷弯，当管路的壁厚较大时通过度数可能会更小，因此在弯头与直管段相连的焊口位置应用十分受限，如果是热弯管则需用多个冷弯代替或者留头待以后连头焊接，极大地影响了施工效率增加了施工难度。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。

例如，本发明的目的之一在于提供一种用于较小坡口可容忍较大范围错边量的大口径长输管线用自动焊焊接工艺。又如，本发明的另一目的在于提供一种山区丘陵地带长度占整体长度比例为30％以上，平均一公里中弯头个数可达12～18个，管线中直管与弯管壁厚差达到1～3mm，一次焊接合格率达95％以上的大口径长输管线用自动焊焊接工艺。

为了实现上述目的，本发明提供了一种大口径长输管线用自动焊焊接工艺，所述长输管线由若干根第一单管和第二单管构成，其中，第一单管为直管，第二单管为直管或弯管，且当第二单管为弯管时直管和弯管的壁厚差为1mm～3mm，所述长输管线在山区丘陵地带长度占整体长度比例为30％以上，平均一公里中弯头个数可达12～18个，所述自动焊焊接工艺包括以下步骤：

在第一单管和第二单管管口处分别制备U型坡口，将带所述U型坡口的第一单管和第二单管进行对接形成焊接接头组对，接头组对对接的最高坡度为30°，对接的最低坡度为10°。

采用自动氩弧焊工艺对所述焊接接头组对进行根焊，其中，自动氩弧焊焊接电压控制在9～11V范围，焊接电流控制在90～180A范围，焊接速度控制在12～17cm/min范围。

采用金属粉芯焊丝精确脉冲焊工艺对根焊后的焊接接头组对依次进行热焊、焊口填充和盖面焊以完成焊接，其中，所述热焊焊接速度控制在23～36cm/min范围，焊接脉冲电压控制在23～26V范围，焊接脉冲电流控制在200～280A范围；所述填充焊焊接速度控制在15～36cm/min范围，焊接脉冲电压控制在23～26V范围，焊接脉冲电流控制在180～280A范围；所述盖面焊焊接速度控制在17～27cm/min范围，焊接脉冲电压控制在23～26V范围，焊接脉冲电流控制在180～280A范围。

在本发明的一个示例性实施例中，所述U型坡口的坡度角为6～10°，钝边厚度为1.2～1.5mm，根部半径为2～3.5mm。

在本发明的一个示例性实施例中，所述接头组对错边允许偏差量为0～2mm，坡口钝边允许偏差量为0～1mm。

在本发明的一个示例性实施例中，所述金属粉芯焊丝直径为0.8～1.2mm，内部粉芯可包括按照质量百分比计的如下成分：C≤0.12％、Si≤0.90％、Mn≤1.75％、P≤0.03％、S≤0.03％、Cr≤0.02％、Mo≤0.03％、Ni≤0.05％、Cu≤0.05％、V≤0.08％。

在本发明的一个示例性实施例中，所述接头组对为无间隙接头组对。

在本发明的一个示例性实施例中，所述自动焊焊接装置为单面焊接，进行根焊、填充焊和盖面焊均在管外进行。

在本发明的一个示例性实施例中，所述大口径长输管线的一次焊接合格率可达95％以上。

在本发明的一个示例性实施例中，所述长输管线整体长度可以为10～100km。

在本发明的一个示例性实施例中，所述第一单管和第二单管的直径可以为508～1422mm，第一单管和第二单管的长度可以为1～12.5m。

附图说明

图1示出了根据本发明的大口径长输管线用自动焊焊接工艺的一个示例性实施例的工艺流程示意图；

图2示出了当前大口径长输管线采用内焊机加双焊炬工艺所使用的双V型复合坡口的结构示意图；

图3示出了根据本发明的大口径长输管线用自动焊焊接工艺的一个示例性实施例的U型坡口的结构示意图。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的大口径长输管线用自动焊焊接工艺。

图1示出了根据本发明的大口径长输管线用自动焊焊接工艺的一个示例性实施例的工艺流程示意图。图2示出了当前大口径长输管线采用内焊机加双焊炬工艺所使用的双V型复合坡口的结构示意图。图3示出了根据本发明的大口径长输管线用自动焊焊接工艺的一个示例性实施例的U型坡口的结构示意图。

在本发明的一个示例性实施例中，所述大口径长输管线由若干根第一单管与第二单管经过焊接而成，其中，第一单管可以为直管，第二单管可以为直管或弯管。由第一单管和第二单管构成的大口径长输管线在平均一公里中弯头个数可达15±3个，且在山区丘陵地带长度占整体长度比例为30％以上，例如，50％、70％、80％等。所述大口径长输管线的整体长度为0～100km或大于100km，例如50km、80km或150km等。

在本实施例中，如图1中所示，大口径长输管线用自动焊焊接工艺流程包括以下步骤：

首先，制备U型坡口。对待焊接管道进行下料切割，采用坡口加工设备分别在第一单管和第二单管管口处制备U型坡口。其中，第一单管和第二单管的直径可以为508～1422mm，进一步地，可以为813～1422mm。第一单管和第二单管的长度为1～12.5m，进一步地，可以为5～10m。这里，当第一单管与第二单管都为直管时，第一单管与第二单管直径相同，不存在壁厚差，当第一单管为直管，第二单管为弯管时，第一单管与第二单管的壁厚差可以为1～3mm。如图2和3中所示，在坡口形式的设计中，总结了目前常用的双V复合型坡口的不足之处，将双V复合型坡口改为U型坡口。如图2中所示，双V型复合坡口在自动焊过程中容易受坡口加工设备及人员操作影响，导致在30°坡口与15°坡***接处形成凹槽，凹槽的形成不但会增加焊接时焊材的填充量，还会导致焊接过程出现冷熔或未熔合现象，导致大口径长输管线的焊接接口出现致命缺陷，需要进行补焊或重新进行坡口加工和焊接工艺。此外，采用双V复合型坡口的自动焊工艺对管口组对精度和坡口加工质量要求很高，而山区和丘陵地形环境会影响管线的坡口加工质量和管口组对精度。例如，内焊机加双焊炬施工工艺对大口径长输管线的管口组对错边要求不得大于1mm，坡口钝边要求误差在0.2mm，施工时很难满足要求。

在本实施例中，采用的U型坡口坡度可以控制在6～10°范围内，例如8°；坡口钝边厚度可以控制在1.2～1.5mm范围内，例如1.4mm；根部半径可以控制在2～3.5mm范围内，例如2.4mm。这种U型坡口相比于双V型复合坡口能够大大减少焊接时焊材的填充量，提高焊接速度。

然后，进行接头组对。将带U型坡口的第一单管和第二单管进行对接形成焊接接头组对，接头组对对接的最高坡度为30°，对接的最低坡度为10°。这里，接头组对为无间隙接头组对，接头组对的错边允许偏差量控制在0～2mm之内，接头组对的坡口钝边允许偏差量控制0～1mm之内。优选的，接头组对的错边允许偏差量为1.5mm，接头组对的坡口钝边允许偏差量为0.5mm。

其次，自动氩弧焊进行根焊。采用自动氩弧焊技术对上述步骤中形成的待焊接接头组对进行根焊，即打底焊，将第一单管和第二单管连接；其中，自动氩弧焊焊接电压控制在9～11V范围内，焊接电流控制在90～180A范围内，焊接速度控制在12～17cm/min范围内。当自动氩弧焊焊焊接速度、焊接电压和焊接电流控制在上述范围时，根焊缝成型较好，管子内部两侧熔合效果良好，且有一定的内部余高。当自动氩弧焊焊接速度、焊接电压和焊接电流高于或低于上述范围时，可能会出现根焊烧穿、未熔、内凹或者成型较差等缺陷，焊缝力学性能较差。这里，采用自动氩弧焊工艺对接头组对的U型坡口进行根焊，根焊焊接成型相对于普通MIG外焊根焊较好，焊接质量能得到保障。同时，由于是在管外进行焊接解决了原有的内焊机加双焊炬工艺中采用内焊机进行根焊时只能通过7°以下的冷弯的问题，配合采用小角度U型坡口，相较于现有的双V复合坡口可以大大减少了焊材填充量，提高焊接速度。

最后，金属粉芯焊丝精确脉冲焊进行热焊、焊口填充和盖面焊。采用金属粉芯焊丝精确脉冲焊工艺对完成根焊后的接头组对依次进行热焊、焊口填充和盖面焊以完成焊接。其中，所述热焊焊接速度控制在23～36cm/min范围内，焊接脉冲电压控制在23～26V范围内，焊接脉冲电流控制在200～280A范围内。当热焊焊接速度、焊接电压和焊接电流控制在上述范围时，热焊熔深较大，能将根焊两侧完全熔合，且飞溅较小，焊缝成型好。当热焊焊接速度、焊接电压和焊接电流高于或低于上述范围时，热焊熔深及焊缝力学性能无法保障，易出现未熔等焊接缺陷。所述填充焊焊接速度控制在15～36cm/min范围内，焊接脉冲电压控制在23～26V范围内，焊接脉冲电流控制在180～280A范围内。当填充焊焊接速度、焊接电压和焊接电流控制在上述范围时，填充焊熔深较大，能将上一层焊道两侧完全熔合，且飞溅较小，焊缝成型好，前几层填充轻微内凹，后几层填充基本平整或略微外凸。当填充焊焊接速度、焊接电压和焊接电流高于或低于上述范围时超出此范围填充焊熔深及焊缝力学性能无法保障，易出现未熔等焊接缺陷，且焊缝成型较差，打磨量较大。所述盖面焊焊接速度控制在17～27cm/min范围内，焊接脉冲电压控制在23～26V范围内，焊接脉冲电流控制在180～280A范围内。当盖面焊焊接速度、焊接电压和焊接电流控制在上述范围时，盖面飞溅较小，两侧无咬边，焊缝成型好，焊道波纹致密，整体焊缝余高都能控制得比较均匀。当盖面焊焊接速度、焊接电压和焊接电流高于或低于上述范围时，盖面焊焊缝力学性能无法保障，易出现咬边或者焊瘤等焊接缺陷，且焊缝成型较差，焊缝外观打磨量较大。

其中，金属粉芯焊丝直径为0.8～1.2mm，可包括按照质量百分比计的如下成分：C≤0.12％、Si≤0.90％、Mn≤1.75％、P≤0.03％、S≤0.03％、Cr≤0.02％、Mo≤0.03％、Ni≤0.05％、Cu≤0.05％、V≤0.08％，其中，C元素含量应尽量控制正在0.03％以下，Si宜控制在0.5％以下，Mn宜控制在1.15％以下。采用该种成分的金属粉芯焊丝在进行填充、盖面焊接时焊丝飞溅小，电弧柔和且焊缝韧性较高。

本发明利用金属粉芯焊丝精确脉冲焊具有熔深小熔宽大的特点配合管口组对上形成的U型坡口进行焊接，较好的解决了原有的内焊机加双焊炬工艺在大口径长输管线焊接过程中出现冷熔或侧壁未熔合现象，使得一次焊接成功率达到95％以上，例如96％、98％等。

下面结合具体示例对本发明的示例性实施例做进一步说明和阐述。

示例一

例如，针对某施工段，该工段的管线整体长度为80km，其中山区丘陵地带的长度占整体长度的65％，该工段管线平均一公里中弯头个数为13±1个。其中，构成该管线的单根管线的长度为12.5m，该管线中直管的管径为850mm，弯管的管径为855mm，直管与弯管的壁厚差为2mm，直管与弯管管口U型坡口坡度角为9°，坡口钝边厚度为1.4mm，根部半径为3.2mm，接头组对的错边允许偏差量为1.4mm，接头组对的坡口钝边允许偏差量为1.0mm。进行自动氩弧焊焊接时，焊接电压控制在10±1V范围内，焊接电流控制在135±45A范围内，焊接速度控制在14.5±2.5cm/min范围内。进行金属粉芯焊丝精确脉冲焊时，其中，热焊焊接速度控制在29±6cm/min范围内，热焊焊接脉冲电压控制在24.5±1.5V范围内，热焊焊接脉冲电流控制在240±40A范围内；填充焊焊接速度控制在25±10cm/min范围内，填充焊焊接脉冲电压控制在24.5±1.5V范围内，填充焊焊接脉冲电流控制在230±50A范围内；盖面焊焊接速度控制在22±5cm/min范围内，盖面焊焊接脉冲电压控制在24.5±1.5V范围内，盖面焊焊接脉冲电流控制在230±50A范围内，最终完成焊接工艺的一次焊接合格率达98％。

示例二

例如，针对某施工段，该工段的管线整体长度为150km，其中山区丘陵地带的长度占整体长度的72％，该工段管线平均一公里中弯头个数为15±2个。其中，构成该管线的单根管线的长度为10m，该管线中直管的管径为1000mm，弯管的管径为1010mm，直管与弯管的壁厚差为3mm，直管与弯管管口U型坡口坡度角为8°，坡口钝边厚度为1.3mm，根部半径为2.4mm，接头组对的错边允许偏差量为1.5mm，接头组对的坡口钝边允许偏差量为0.5mm。进行自动氩弧焊焊接时，焊接电压控制在10±1V范围内，焊接电流控制在135±45A范围内，焊接速度控制在14.5±2.5cm/min范围内。进行金属粉芯焊丝精确脉冲焊时，其中，热焊焊接速度控制在29±6cm/min范围内，热焊焊接脉冲电压控制在24.5±1.5V范围内，热焊焊接脉冲电流控制在240±40A范围内；填充焊焊接速度控制在25±10cm/min范围内，填充焊焊接脉冲电压控制在24.5±1.5V范围内，填充焊焊接脉冲电流控制在230±50A范围内；盖面焊焊接速度控制在22±5cm/min范围内，盖面焊焊接脉冲电压控制在24.5±1.5V范围内，盖面焊焊接脉冲电流控制在230±50A范围内，最终完成焊接工艺的一次焊接合格率达96％。

综上所述，本发明的大口径长输管线用自动焊焊接工艺具有以下优点：

使用自动氩弧焊加金属粉芯焊丝精确脉冲焊工艺，采用U型坡口代替双V符合坡口，降低了对焊接接头组对、坡口加质量以及施工现场的要求，提高焊接接头质量和一次合格率，提高了施工效率。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明的大口径长输管线用自动焊焊接工艺，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。