《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》是新疆石油工程建設有限責任公司完成的建築類施工工法；主要完成人是黃鶴、黃軍平、蔣華雄、文運明、田昭非；該工法的適用範圍是管道直徑大於等於219毫米，壁厚大於等於6毫米的石油、天然氣等長輸管道。
《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》主要的工法特點是下向焊接、對口間隙小、填充量少。採用焊接電流大、焊接速度快。
2008年1月31日，《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。
基本介紹
- 中文名：長輸管道半自動下向焊接流水作業工法
- 工法編號：YJGF35-96
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 完成單位：新疆石油工程建設有限責任公司
- 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）
- 主要完成人：黃鶴、黃軍平、蔣華雄、文運明、田昭非
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
新疆石油工程建設有限責任公司引進的中國國外先進的管道半自動下向焊工藝和技術，給施工單位的發展帶來了空間和機遇，同時也帶動了中國國內焊接技術的提高。1997年由新疆油建申報的《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》被評為國家級工法。在隨後的10年當中，新疆油建又對該工法進行了不斷的改進。該工法在國家重點工程西氣東輸工程、陝京二線工程、冀寧聯絡線工程以及西部管道等工程中大規模地推廣套用。實踐證明《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》具有質量高、速度快、勞動強度小、易熟練掌握等特點。
工法特點
《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》的工法特點是：
1.下向焊接、對口間隙小、填充量少。
2.採用焊接電流大、焊接速度快。
3.半自動焊接，既發揮焊接自動化優勢，又利用操作者技能，使組對要求與全自動焊相比稍低，符合中國管材現狀。
4.採用自保護焊絲，無需保護氣體、設備簡單、使用方便、抗風性好，特別適用野外作業。
5.每道焊口的多層焊道由分工明確的根焊、熱焊、填充焊和蓋面焊焊工分別完成，無焊接參數調節工作，利於提高技術熟練程度，從而保證了焊接質量。
操作原理
適用範圍
《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》適用管道直徑大於等於219毫米，壁厚大於等於6毫米的石油、天然氣等長輸管道。
工藝原理
《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》的工藝原理如下：
焊接方向為下向焊，由2名焊工同時施焊，一人先從平焊位置焊接至立焊位置，另一人從立焊位置焊接至仰焊位置，之後同時停機打磨接頭位置，打磨好接頭後再將剩餘焊道焊完，具體施焊順序（如圖1）使用藥芯自保護焊絲，在風速不超過11米/秒時，均可正常施工。
圖1 焊接順序圖
施工工藝
- 工藝流程
《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》的施工工藝流程如下：
1.工藝流程半自動下向焊流水作業程式（見圖2），平面布置（見圖3）。
圖2 半自動下向焊流水作業程式
圖3 半自動下向焊流水作業平面布置圖
2.推薦各工序所用工具（見表1）
工序名稱 | 所用工具 | 工序名稱 | 所用工具 |
清洗 | 汽油、刷子 | 根焊道打磨 | 角向磨光機（砂輪片直徑150毫米，厚3毫米為好） |
修口 | 角向磨光機（修坡用）、電動鋼刷（除銹用） | 清渣 | 電動鋼刷（鋼絲直徑0.5毫米及以上） |
預熱 | 電加熱、火焰加熱 | 保溫緩冷 | 專用保溫帶、石棉繩 |
測溫 | 紅外線測溫儀 | 標記 | 鋼印、排版圖 |
對口 | 內對口器、外對口器 |
- 操作要點
《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》的操作要點如下：
一、施工要求
1.焊工必須同時持有關單位頒發的焊工安全技術合格證和適合本工程焊接項目的考試合格證方可上崗。
2.焊接材料該工法採用纖維素下向焊條打底，自保護藥芯焊絲填充、蓋面，其存放、保管按JB 3328《焊條質量管理規程》要求執行，現場使用時方可打開原包裝，一經打開應儘量當日用完。
3.焊接設備焊機啟動前應檢查各接線是否正確、牢固，各開關設定是否符合要求，特別在冬季用發動了的電焊機驅動未發動著的焊機時，必須將CV裝置開關設定在VV檔上，否則會燒壞CV轉換器和K350裝置。送絲機送絲要求平穩，定時保養吹掃，且不可用溶液清洗，若出現出絲不穩，應及時查找原因。
4.所用附屬檔案角向磨光機、電動鋼刷、起子、內六方扳手、尖嘴鉗、專用地線、保溫筒、活動扳手等
二、焊接工藝要點
1.該工法對組對質量要求較嚴，其質量要求（見表2）。
壁厚（毫米） | 坡口角度 | 鈍邊（毫米） | 間隙（毫米） | 錯邊量 |
6~7 | 60°~70° | 1.6~2 | 1.6~2.5 | <3/1000管外徑且不大於2毫米 |
8~10 | 60°~70° | 1.6~2 | 1.6~2.5 | <3/1000管外徑且不大於2毫米 |
11~12 | 60°~65° | 1.6~2 | 1.6~2.5 | <3/1000管外徑且不大於2毫米 |
2.管口預熱宜採用電加熱且為預熱溫度的上限。
3.採用內對口器，應將打底焊焊完後撤離內對口器，用外對口器時應至少焊完整焊道的50%，分每段焊長度視管徑而定。
4.接地線與管道連線要牢靠，否則影響電弧和送絲的穩定性。宜採用專用地線裝置。
5.焊接參數：以E6010纖維素焊條根焊，NR-207自保護藥芯焊絲為例（見表3）。
項目 | 焊材 | 規格 | 極性 | 焊接電流（安） | 焊接電壓（伏） | 送絲速度 厘米/分鐘 | 焊接速度 米/分鐘 |
根焊 | E60-105P | 反接 | 100~140 | 23±2 | / | / | |
熱焊 | NR-207 | 正接 | 210~240 | 19±2 | 90 | 0.3±0.02 | |
填充焊 | NR-207 | 正接 | 210~240 | 19±2 | 90 | 0.3±0.02 | |
蓋面焊 | NR-207 | 正接 | 210~230 | 18±2 | 90 | 0.24±0.02 |
註：根焊焊接速度以熔池邊緣與焊條邊緣距離為2~3毫米（見圖4），儘量採用短弧，不做擺弧運條收弧處打磨斜坡狀。
圖4 熔池邊緣與焊條邊緣距離示意圖
6.根焊道清理必須由角向磨光機打磨，只需把凸起部分打磨掉2/3即可，打磨過多熱焊時易燒穿，過少時則易產生邊緣未熔合缺陷（見圖5）。
圖5 根焊道打磨前後對比圖
7.填充焊層數取決於管口壁厚，當填充金屬至管端坡口表面差1~2毫米時，即可進行蓋帽焊，一般填充層數為：δ=8毫米一層；δ=10毫米二層；δ=12毫米三層。
8.蓋面焊時，在5~6、7~6點位置焊槍必須由1擋換2擋，並連續焊接到位（超過20毫米左右），可左右擺弧，擺至坡口稜角處即可。
三、焊道返修要求
1.確定焊縫內部缺陷具體位置，如根部或層間，偏左或偏右，將缺陷打磨掉後，若焊縫開口寬度超過2.5毫米則不宜採用下向焊條焊接，而採用向上焊條。
2.焊前的預熱、熱焊、清洗等程式同正常工序，但預熱溫度及層間溫度要提高20℃以上。
3.返修工序應由技術較高的焊工擔任，以確保返修一次合格。
4.返修次數不允許超過2次，而且第二次返修要有書面保證措施，並由項目技術負責人簽字批准。
四、焊道檢查與驗收原則
1.焊工標記未標出及清理不合格的不進行焊道外觀檢查，外觀不合格的不進行無損探傷檢查，探傷不合格的不進行機械抽件檢查。
2.焊道管口質量檢查評定，自檢與互檢有矛盾時由專職檢驗人員或技術人員裁定，上下級的專職檢查評定有矛盾時以上級為準。
五、焊道外觀驗收標準
1.推薦焊縫寬度為坡口兩側各覆蓋1~2.0毫米
2.推薦焊縫余高為0.2~1.5毫米，管底部分允許高些，但不得超過3毫米，且長度不超過50毫米。
六、焊道探傷抽查片、機械抽件檢查標準及驗收標準：
按設計規定執行，設計無規定時按《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規範》GB 502361998執行5.9對焊道標記的要求。
1.設計無要求時，可打鋼印鋼印深度小於0.5毫米。
2.標記位置在管頂部離開焊道沿輸送介質流動上方100毫米處。
3.標記用管口號代替，但要在原始記錄上標註清楚焊工崗定位的詳細情況。
七、勞動組織以每個流水作業台班配置（見表4）
工序 | 根焊 | 熱焊 | 填充焊 | 蓋帽焊 | 返修工 | 打磨工 | 合計 |
人數 | 2 | 2 | 2~10 | 2~4 | 1 | 5~7 | 14~26 |
材料設備
《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》所用的材料及設備明細如下：
序號 | 名稱 | 型號與規格 | 單位 | 數量 | 備註 |
1 | 林肯焊機 | SAE∽400 | 台 | 8~16 | 根焊採用直流焊機 |
2 | 林肯焊機 | SAE∽400 | 台 | 1 | 返修用 |
3 | 送絲機 | LN∽23P | 台 | 6~16 | 含返修用的一台 |
4 | 吊管機 | QGY∽10B | 台 | 3 | / |
5 | 內外對口器 | / | 台 | 1（2） | / |
6 | 角向磨光機 | Φ108 | 台 | 8~10 | 帶鋼刷 |
7 | 焊條保溫筒 | / | 台 | 9 | / |
8 | 紅外線測溫儀 | / | 支 | 1~2 | / |
9 | 鉗形電流表 | / | 塊 | 1 | / |
0 | 風速計 | / | 支 | 1 | / |
1 | 溫度計 | / | 支 | 1 | / |
2 | 放大鏡 | 5~10 | 只 | 1~2 | / |
13 | 探傷儀 | / | / | 根據組織設計定 |
質量控制
《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》的質量控制要求如下：
半自動下向焊要求施焊參數依據焊接層次確定，且設定要準確，否則直接影響焊接質量和外觀成型，若不採取流水作業則調節參數頻繁，很難發揮速度快優勢，採用流水作業，每位焊工只負責一層焊道，參數無需調節，操作技能單一，節省時間、速度快。由於半自動焊所用電流大，焊層薄，根據工程拍片驗證，焊縫層間很少有缺陷產生，缺陷產生的部位95%都在根部，而產生直接原因為組對質量所致，必須做到嚴格控制組對質量，參數設定準確，根焊道打磨符合要求。
1.檢查項目
焊接接頭應100%進行質量檢驗，質量檢驗包括外觀檢查、X射線檢驗、UT超音波檢驗。
2.檢查標準
（1）《油氣長輸管道工程施工及驗收規範GB 503692006。
（2）《石油天然氣鋼質管道無損檢測》SY/T 41092005。
（3）《鋼質管道焊接及驗收》SY/T 4103。
安全措施
《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
1.電焊機啟動前要做好設備的例行保養和安全檢查。
2.所有上崗人員必須按規定穿戴勞保用品。
3.工作場地附近不得堆放易燃易爆物品。
4.焊接現場有積水或潮濕時，應採取墊放乾燥木板或橡膠板等隔水隔潮措施。
5.不允許將通電的焊把或裸露的把線隨意搭在管子上。
6.電焊把線截面積宜採用50毫米2電纜，儘量不要有接頭，有接頭應連線良好，絕緣可靠，導線裸露應及時做絕緣處理。
7.施工現場所有電氣設備及電源開關應具有良好的防風防火和防盜性能。
8.預熱時用的氧氣瓶和乙炔瓶要離開焊接場地5米以外，兩瓶間距也應相距5米以外，並注意預熱火焰與鋼瓶的方向與風向。
環保措施
《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》的環保措施如下：
半自動焊採用藥芯焊絲自保護，焊接過程中飛濺小，不會像手工焊那樣產生各種焊渣、藥皮、焊條頭等污染環境物質。對環境的影響主要是固體廢物、噪聲等污染，對於固體廢棄物採用統一回收外賣。噪聲污染則通過在滿足生產需要的前提下，選用低噪聲、密封性好的設備和機械。
效益分析
《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》的效益分析是：
1.社會效益分析半自動下向焊焊接技術通過在施工單位的成功套用，已發展為一項成熟的焊接技術，大大提高了管線焊接的進度和質量。另外，半自動焊採用藥芯焊絲自保護，焊接過程中飛濺小，不會像手工焊那樣產生各種焊渣、藥皮、焊條頭等污染環境物質，有利於環境保護。
2.經濟效益分析
（1）焊材的費用
①進口藥芯焊絲的價格一般為6萬元/噸，進口下向焊焊條的價格一般為5萬元/噸。
②藥芯焊絲的熔敷率通常為75%左右，而下向焊焊條的熔敷率通常為50%~55%綜合以上兩條，半自動焊的焊接材料經費是焊條的65%~75%。
（2）設備的費用每公里管道焊接施工半自動焊效率明顯高於手工焊，是手工焊的200%。
（3）人工的費用半自動焊人員投入相對手工焊較少，是手工焊的80%。
（4）綜合比較（以西氣東輸工程3A標段1016毫米×14.6毫米為例）（見表6）。
序號 | 項 | 焊接方法 | |
手工電弧焊 | 半自動焊 | ||
1 | 工效（道/台班） | 10 | 20 |
2 | 焊接材料（千克/道） | 6.5 | 4.5 |
3 | 焊接一次合格率（%） | 86 | 96 |
4 | 電弧燃燒時間（分鐘/道） | 180 | 130 |
5 | 設備費（萬元/千米） | 8 | 7 |
6 | 人工費（萬元/千米） | 12 | 10 |
7 | 綜合費用比較（萬元/千米） | 21.2 | 17.8 |
註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算
套用實例
《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》的套用實例如下：
新疆石油工程建設有限責任公司於200年中標並承建了西氣東輸管道工程3A標段工程，全標段總長度為100.631千米，線路設計壓力10MP，管徑1016毫米，壁厚分別為14.6、17.5、21毫米，材質為X70在該工程中大規模採用半自動下向焊焊接技術，至7月14日完工，半自動下向焊總計焊接6607道口，72.746千米，總體合格率達到99.43%，從而有力的保證了3A標段提前108天完工。採用該技術，其焊縫成型好，焊接質量高；焊接效率高；勞動強度小。陝京二線工程、冀寧聯絡線工程以及西部管道等工程中也廣泛採用了此項技術為施工單位創造了良好的社會與經濟效益。
榮譽表彰
2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《長輸管道半自動下向焊接流水作業工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。
