国内省级长输管道工程焊接自动化程度技术分析和经济效益探讨.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：张志强（1973），男，汉族，河南洛阳人，本科，工程师，研究方向为项目管理、工程管理。-44-国内省级长输管道工程焊接自动化程度技术分析和经济效益探讨 张志强 刘新民 欧阳孔振 杨云晓 胡之琛 河南省天然管网伊薛有限公司，河南 洛阳 471000 摘要：摘要：随着长输管道的发展，焊接方法逐渐从手工焊、半自动焊发展到自动焊（包含全自动焊和组合自动焊），自动焊技术适用于高材质、大口径、大壁厚管道、大机组流水作业，焊接质量稳定，操作简便，焊缝外观成型美观，国际和国内管网建设工程在 X70 以上材质、D813 以上管径的项目上应用自动焊工艺较多。特别是国家管网在自动焊技术方面已普遍推广使用。但对于 X70 及以下钢级、D813 中小管径以下国内管道建设中只有国家管网少部分工程使用自动焊技术，特别是在国内省级长输管道建设项目中应用更少，除了已经合并到国家管网的省级管网公司，其它国内省级管网均未得到普遍推广运用。本文以河南省天然气管网洛阳伊川-郑州薛店（一期）天然气输气管道工程为施工实例出发，通过分析 X65 材质、D711 管径半自动焊、组合自动焊和手工焊的焊接工艺、设备投入、人员投入、焊接耗材投入、焊接质量、经济效益等方面综合分析焊接自动焊化程度的运用，以及在国内省级长输管道带来建设带来的综合效益，为类似国内省级长输管道工程焊接自动化投入提供了可借鉴的经验。关键词：关键词：省级长输管道；焊接自动化；焊接合格率；技术分析；经济效益 中图分类号：中图分类号：TE973 目前国内省级长输管道建设施工中，常用的焊接工艺有半自动焊、手工焊，对于焊接自动化程度较高的自动焊受焊接工艺、资金投入等方面的影响而应用较少，鉴于自动焊技术能进一步提高管道的焊接质量，因此需要深入探讨国内省级长输管道应用自动焊的技术、经济效益，总结建设和应用经验。本文主要通过在洛阳伊川-郑州薛店(一期)天然气输气管道工程线路工程各选择5km应用手工焊工艺、半自动工艺、组合自动焊工艺，通过分析组合自动焊、半自动焊和手工焊的焊接工艺、设备投入、人员投入、焊接耗材投入、焊接质量、经济效益等方面，总结得出相应结论。1 工程简介 洛阳伊川-郑州薛店(一期)天然气输气管道工程：西起伊川分输站，东至登封分输站，途径伊川县和登封 市，长 度 约62.7Km，管 径D711mm，壁 厚9.0/10.3/12.7mm,设计压力 6.3MPa，沿线设置站场 2座、阀室 2 座。2 座站场分别为伊川分输站和登封分输站，2 座阀室分别为江左阀室和石道阀室。2 工艺简介 2.1 焊接工艺 组合自动焊：GTAW（钨极氩弧焊上向焊根焊热焊）+FCAW-G（气保护药芯焊丝电弧焊向上焊填充盖面）。半自动焊：SMAW（纤维素手工电弧焊向下焊根焊）+FCAW-S（自保护药芯焊丝电弧焊向下焊热焊、填充盖面）。手工焊：GTAW（钨极氩弧焊上向焊根焊）+SMAW（焊条电弧焊上向焊填充盖面）。2.2 组合自动焊接头设计 接头型式：对接坡口型式：V 型 坡口面角度：=302.5钝边（P）：1.00.5mm 背垫：无，对口间隙（b）：2.53.5mm 错边：1/8 壁厚 余高：02.0mm，局部超过 2.0mm 且不超过 3.0mm 的连续长度宜不大于 50mm。盖面焊缝宽：坡口上口每侧宜增宽1.0mm2.0mm。3 设备投入对比 以洛阳伊川-郑州薛店（一期）天然气输气管道工程711mmx9.0mm 应用为例，半自动焊(手工纤维素打底+半自动送丝机)、组合自动焊（手工氩弧焊打底自动焊机、送丝机）、手工焊（手工氩弧焊打底常规焊机），对比如下：中国科技期刊数据库 工业 A 半自动焊：布管组对方面需要吊管机 DG-40 2 台、空气压缩机 0.8 m3 1 台、挖掘机 PC240 1 台、内对口器 1 台；根焊方面需要移动电站 100 kW 1 台、熊谷 D7-500 2 台；热焊方面需要移动电站 100 kW 1 台、熊谷 D7-500 2 台；填充和盖面方面需要：移动电站 100 kW 1 台、熊谷 D7-500+XG-90LN 2 台。组合自动焊：布管组对方面需要吊管机 DG-40 2台、空气压缩机 0.8 m3 1 台、挖掘机 PC240 1 台、内对口器 1 台；根焊方面需要移动电站 100 kW 1 台、熊谷 D7-500 2 台；热焊方面需要移动电站 100 kW 0台、熊谷 D7-500 0 台；填充和盖面方面需要：移动电站 100 kW 1 台、熊谷 D7-500+XG-90LN 2 台。手工焊：布管组对方面需要吊管机 DG-40 0 台、空气压缩机 0.8 m3 1 台、挖掘机 PC240 2 台、内对口器 1 台；根焊方面需要移动电站 100 kW 1 台、熊谷 D7-500 2 台；热焊方面需要移动电站 100 kW 0 台、熊谷 D7-500 0 台；填充和盖面方面需要：移动电站 100 kW 1 台、熊谷 D7-500+XG-90LN 2 台。4 人员投入对比 半自动焊、组合自动焊和手工焊机组的基本焊接人员配置。半自动焊人员配置：纤维素手工焊工 2 人、氩弧焊工 0 人、药芯焊丝电弧焊工 4 人、熔化极气体保护焊工 0 人、手工焊焊工 0 人、操机手 1 人、司索工 1人、管工 1 人、普工 2 人、电工 1 人、三员一长 4 人，共计 16 人。组合自动焊人员配置：纤维素手工焊工 0 人、氩弧焊工 2 人、药芯焊丝电弧焊工 0 人、熔化极气体保护焊工 2 人、手工焊焊工 0 人、操机手 1 人、司索工 1人、管工 1 人、普工 2 人、电工 1 人、三员一长 4 人，共计 16 人。手工焊人员配置：纤维素手工焊工 0 人、氩弧焊工 2 人、药芯焊丝电弧焊工 0 人、熔化极气体保护焊工 0 人、手工焊焊工 2 人、操机手 1 人、司索工 1 人、管工 1 人、普工 2 人、电工 1 人、三员一长 4 人，共计 16 人。5 焊接材料消耗对比 根据现场焊口实际焊接情况，组合自动焊和半自动焊各取 100 道焊口为一组，取算数平均数。焊接消耗如下：半自动焊，纤维素根焊 焊接材料 E6010、消耗0.617 Kg/道口、费用 25.38 元/道口、保护气体不需要。半自动热焊焊接材料 E81T8-Ni2JH8、消耗 0.28 Kg/道口、费用 23.8 元/道口、保护气体不需.填充、盖面。焊接材料 E81T8-Ni2JH8、消耗 1.131 Kg/道口、费用 96.14 元/道口、保护气体不需要。合计 145.32元。备注：D711*9/L450M，坡口角度 30。组合自动焊，手工氩弧根焊 焊接材料 ER70S-6、手工氩弧热焊焊接材料 ER70S-6、消/1 Kg/道口、费用46.48 元/道口、保护气体 Ar 气 75.56 元。填充、盖面。焊接材料 E81T1-Ni1MJH4、消耗 0.873 Kg/道口、费用 62.43 元/道口、保护气体 Ar+CO2 17.78 元。合计202.24 元。备注：D711*9/L450M，坡口角度 30。手工焊，手工氩弧根焊 焊接材料 ER70S-6、消耗0.5 Kg/道口、费用 23.24 元/道口、保护气体 Ar 气37.78 元。手工焊填充、盖面。焊接材料 E8018、消耗3 Kg/道口、费用 35.34 元/道口、合计 96.36 元。备注：D711*9/L450M，坡口角度 30。6 质量分析 6.1 外观控制 根据现场焊口实际焊接外面成型情况，半自动焊、组合自动焊和手工焊各取 100 道焊口为一组，整体情况如下：要求如下.余高：02.0mm，局部不超过 3.0mm,焊缝向母材处平滑过渡盖面焊缝宽度：坡口上口每侧宜增宽 1.0mm2.0mm 宽度：1.0mm2.0mm 焊缝及其附近表面成型：不应有裂纹、未熔合、气孔、夹渣、引弧痕迹、有害的焊瘤、凹坑及夹具焊点等缺陷咬边：咬边0.4mm，任何长度均合格；如超过 0.4mm 且不大于 0.8mm，在焊缝任何 300mm 连续长度上不得超过50mm；超过 0.8mm，任何长度均不合格。焊接效果：半自动焊焊余高 1.3-1.8（局部超过2.0，需要打磨处理），盖面焊缝宽度较差但能满足规范要求，焊缝及其附近表面成型较差但能满足规范要求，咬边一般但满足规范要求；组合自动焊焊余高0.5-1.0，盖面焊缝宽度较好，焊缝及其附近表面成型较好，咬边较好；半自动焊焊余高 1.4-2.0（局部超过2.0，需要打磨处理），盖面焊缝宽度较差但能满足规范要求，焊缝及其附近表面成型较差但能满足规范要45中国科技期刊数据库 工业 A 求，咬边一般但满足规范要求。图 1 组合自动焊道外观 图 2 手工焊焊道外观 图 3 半自动焊焊道外观 6.2 无损检测控制 无损检测均采用 100%RT+100%PAUT“双百”检测，达到石油天然气钢管管道无损检测SY/T4109-2020的级及以上为合格。其中 PAUT 检测，对危害性面积型缺陷（裂纹、未熔合、未焊透）检出率高。组合自动焊工艺通过 PAUT 检测，缺陷捕捉更精准，底片质量更好，检测精准程度更高。更有利于消除重大安全隐患并减少不必要的返修工作。6.3 焊接合格率 根据现场焊口实际焊接无损检测情况，半自动焊、组合自动焊和手工焊各取 100 道焊口为一组，整体情况合格率如下：图 4 组合自动焊焊底片（上）与半自动焊底片（下）对比 图 5 组合自动焊焊底片（上）与手工焊底片（下）对比 半自动焊：夹渣 1 处、气孔 0 处、未熔合 1 处、内凹 0 处、咬边 1 处、表面凹陷 0 处、合格率（综合）97%、第四方复方复评反馈 99%（影响底片，及 PAUT图片质量）；组合自动焊：夹渣 0 处、气孔 1 处、未熔合 0 处、内凹 0 处、咬边 0 处、表面凹陷 0 处、合格率（综合）99%、第四方复方复评反馈 100%（影响底片，及 PAUT 图片质量）；手工焊：夹渣 1 处、气孔 1处、未熔合 0 处、内凹 0 处、咬边 0 处、表面凹陷 1处、合格率（综合）97%、第四方复方复评反馈 99%（影响底片，及 PAUT 图片质量）。7 经济效益分析 7.1 焊接效率（1）日焊接效率 以工程用711mm9mm 的钢管为例，按每天工作8h 计算，通过 5km 的工作量统计，一个半自动焊机组的平均日焊接工作量为 16.5 道焊口，一个自动焊机组的平均日焊接工作量为 10 道焊口，一个手工焊机组的平均日焊接工作量为 7 道焊口。（2）根焊焊接效率 半自动焊平均根焊完成时间为 11-13 分钟。组合自动焊平均根焊完成时间为 1720 分钟。手工焊平均根焊完成时间为 1720 分钟。半自动焊比组合自动焊、手工焊较快的原因是因为采用纤维素向下焊，速度较快。（3）填充盖面焊接效率 46中国科技期刊数据库 工业 A 半自动焊机组完成一道口的填充/盖面的时间为 15-20 分钟。组合自动焊机组的平均填充/盖面完成时间为810 分钟。手工焊机组的平均填充/盖面完成时间为 20-25分钟。组合自动焊填充/盖面的焊接效率基本上是半自动焊和手工焊的一倍。7.2 人工成本 根据表 4 人员投入及工日单价，计算得出：半自动焊定额人工费 387.88 元/道口；组合自动焊定额人工费 540.00 元/道口；手工焊定额人工费 742.86 元/道口。7.3 设备成本 根据表 3 设备投入及台班单价，计算得出：半自动焊定额机械费 652.34 元/道口；组合自动焊定额机械费 1238.58 元/道口；手工焊定额机械费 929.89 元/道口。7.4 材料成本 根据表 5 辅材使用量投入，计算得出：半自动焊辅材费 145.2 元/道口；组合自动焊辅材费 202.24 元/道口；手工焊辅材费 96.36 元/道口。8 经济综合分析 通过全费用计算模式可以计算：该计价采用全费用综合单价，包括了人工费、材料费、机械费、管理费、利润、风险、措施费、规费、安文费、税金等全部费用，取费标准按中油计划【2022】23 号文计取，措施项目费：安全文明施工费、夜间施工增加费、冬雨季施工增加费、二次搬运费等按规定足额计取，税金为增值税，增值税根据建办标函【2019】193 号文规定按 9%计入。按照洛阳伊川-郑州薛店（一期）天然气输气管道工程用711mm9mm 钢管的焊接效率计算：半自动焊机组每道焊口费用约为 1875.44 元；组合自动焊机组每道焊口费用约为 2978.09 元；手工焊机组每道焊口费用约 3035.09 元。半自动焊折合约 178167.03 元/公里（单公里按照95 道焊口计取）。组合自动焊折合约 282918.97 元/公里。手工焊折合约为 288333.50 元/公里。9 结论 通过对比组合自动焊、半自动焊和手工焊的焊接工艺、设备投入、人员投入、焊接耗材投入、焊接质量、经济效益，综合分析得出以下结论：9.1 技术质量方面（1）组合自动焊填充、盖面参数控制稳定，有效避免人为干扰和减少焊工疲劳作业等外界因素给焊接造成的不利影响，更能良好保证焊接层数、道数，满足焊接工艺要求，精准把控焊接质量；（2）组合自动焊焊道外观成型、理化性能、质量缺陷类型等方面均优于半自动焊和手工焊。9.2 功效方面 组合自动焊焊接效率较半自动和手工焊都有较大的提高，填充、盖面效率提高一倍。9.3 经济方面 在综 合 组价 费 用组 合 方 面，组 合自 动 焊是282918.97 元/公里，比手工焊少 5414.53 元，比半自动焊高 104751.95 元。组合自动焊在国内省级长输管道的应用，一次投入略高于其它焊接工艺，但从焊接效率、焊接质量以及管道长期安全运行方面考虑有一定的提高。在国内省级长输管道的焊接工艺采用组合自动焊需要综合项目实施特点借鉴和推广应用。参考文献 1隋永莉,孙冬梅 长输管线自动化焊接技术J.焊管 2000,23(02):1-4.2薛振奎 隋永莉 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