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摘要：针对轻烃处理厂焊接施工主要手工焊进行现场集中焊接安装焊接效率低、受环境因素影响大严重制约工程进度的问题，利用自动化的焊接手段对轻烃处理厂涉及的工艺管道在工厂内预制焊接，实现了厂内中大口径碳钢及不锈钢管道预制件的高效焊接作业，取得了良好的焊接效率额经济效益。
关键词：工程预制;自动焊;高效焊接
一、引言
塔里木油田凝析气轻烃深度回收工程轻烃回收厂是目前国内最大的轻烃回收工厂，项目地处塔里木沙漠腹地，春秋季常有风沙天气，冬季低温极寒天气，施工环境恶劣，制约了现场焊接施工的开展，考虑到工期紧迫，需要大规模采用工厂化的工艺管道预制，降低不利气候因素对施工造成的影响。该项目采用先进的“膨胀制冷+DHX”工艺技术进行轻烃回收，轻烃回收装置管道介质温度很低，建设过程中耐低温型304不锈钢首次大规模应用，施工中既要保证焊缝在-130℃使用温度下具有可靠的力学性能，又要寻找高效焊接方式提高施工效率。其他工艺装置如脱水脱汞、天然气增压、分离计量等大量美标碳钢材质，如A106Gr.B无缝钢管、A234WPB管件等，具有管径、壁厚普遍较大的特点，如DN250，17mm、DN400，22mm。不锈钢对接焊口数达一万多道，碳钢对接焊口数达三万多道，如全部采用手工焊接，将面临极大的施工工期和人力成本压力，需寻找一种高效的焊接方式配合工厂化预制手段，在保证焊接质量的同时提高焊接效率，降低施工成本。
二、焊接工艺设计
国内已有采用自动化预制作业线进行碳钢管道预制的相关业绩，主要焊接方法采用精确控制短路过渡（RMD）根焊，精确脉冲（Pro-Pulse）或埋弧焊（SAW）进行填充和盖面焊接，技术掌握较好。近年来随着LNG装置的建设热点，低温型奥氏体不锈钢（304型、316型）得到了比以往更多的应用，焊接施工主要方式任然是传统的钨极氩弧焊/焊条电弧焊，高效焊接方式发展主要集中在热丝TIG、实心焊丝惰性气体保护焊（MIG）、药芯焊丝混合气体保护焊（MAG）。其中热丝TIG焊接质量最佳，但效率相对最低，成本最高，实心焊丝惰性气体保护焊需要采用复杂的氩/氦/氧混合气体，且焊道成型较难控制，缺陷较多。药芯焊丝混合气体保护焊采用与碳钢自动焊一致的氩/二氧化碳混合气体，且采用渣-气联合保护，具有良好的使用效果。焊接操作简单，可直接采用现有自动化预制作业设备进行焊接，成为本项目耐低温型不锈钢高效焊接工艺开发应用方向。
三、工程实施
轻烃处理厂工艺管道自动化预制焊接技术包括以下流程：管材下料及坡口加工→焊口组对定位→不锈钢内充氩→根焊层焊接→填充、盖面层焊接→表面清理及外观检查→无损检测及返修，管材下料及坡口加工采用锯床机械切割方式，避免火焰切割产生的较宽热影响区对焊缝性能产生影响，不锈钢加工过程中避免产生铁离子污染，碳钢管道组对可采用手工组对或对口器组对，管道组对完毕后，采用短点焊在接头上进行固定，在接头上定位3至4个点，定位点位置须均匀分布在管周;不锈钢管道采用不锈钢定位块进行定位。不锈钢管道焊接前应对焊道背面充氩气保护，避免产生氧化现象，焊缝厚度达到6mm后才能撤出背面气体保护装置。
碳钢管道根焊选用金属粉芯焊丝采用精确控制短路过渡（RMD）单面焊双面成型焊接方法，填充盖面根据管道壁厚情况情况，较薄时选用金属粉芯焊丝采用精确脉冲（Pro-Pulse）焊接方法，较厚时选用实心焊丝采用埋弧焊（SAW）焊接方法。低温型304不锈钢选用ER308LT超低碳低温不锈钢专用焊丝，并采用手工钨极氩弧焊单面焊双面成型方法进行根焊，以获得耐低温性能优秀的根部焊缝。填充、盖面焊采用E308LT药芯气保护焊丝进行焊接，熔滴采用射流过渡，电弧稳定，飞溅小，焊后药渣自行脱落，层间不需要打磨、清理，节约了焊接辅助时间，为控制不锈钢焊缝显微组织，避免出现敏化和铬析出，对焊缝耐低温性能造成影响，焊道间采用氯离子低于50ppm的净化水对焊缝进行快速冷却。
加工设备：用于管材下料及坡口加工的锯床和车床，可加工最大管径为DN600;车床型号位EMI-600，可加工最大管径为DN600。焊接设备：管道自動焊焊接设备包括自动焊焊接平台和PipePro450RFC焊机以及组对工作台，焊接过程通过系统配备的主控制器或手持式控制面板进行控制，焊工可控制系统实现对焊接电流、焊接电压、焊接停留时间、焊接速度等参数的调节。
本技术在塔里木油田凝析气轻烃深度回收工程中进行了应用，面对建设过程中风沙、冬季极寒天气不能野外施焊的恶劣环境，在车间内对工艺管道进行自动化预制焊接，累计完成预制焊口3000道以上，无损检测一次合格率达98%以上，有效保证了工程施工进度顺利。
四、与当前国内外同类技术主要参数、效益、市场竞争力的比较
目前管道建设中的机械化焊接技术除本技术外主要有自保护药芯焊丝焊接技术、管道全位置全自动焊接技术。自保护药芯焊丝具有焊接位置灵活、适合野外作业的优点，但由于自保护药芯焊丝焊道夹杂物较多、扩散氢含量较高、焊接线能量大，已不适应对管材具有耐腐蚀、低温要求的管道焊接。管道全位置全自动焊接技术由管道内对口/内焊机、焊接轨道、焊接小车、焊接电源组成，适用于长输管道流水化作业，具有很高的焊接效率和优秀的焊接质量，但由于设备构成复杂，且只能焊接单一管径管道，并不适用于管径、材质和安装条件复杂的厂站工程焊接。
本技术利用先进的焊接技术实现了普通碳钢及耐低温型不锈钢优质高效焊接，对管道尺寸适应性好，能够完成厂站建设中80%以上规格尺寸管道的焊接预制，与工厂化预制手段相结合，实现了撬装模块的高效生产，是未来厂站建设中焊接机械化技术的发展方向，极大节约了人力成本和施工工期，为工程建设创造更大效益提供了可能。成本效益分析中，焊接成本为人工费、材料费和辅助费用，见下表1;工期效益分析：按照工程实际情况，以20名焊工为单位，传统工艺每人焊接量平均为24达因/天，自动埋弧焊工艺每工作站（焊工2名）焊接量平均为120达因每天，见下表2。
五、结束语
天然气处理及轻烃回收厂输送管道管径、壁厚更大，低温型不锈钢应用更多，如果采用常规焊接工艺，这将大大地增加施工工期，增加人力、设备的投入，导致施工成本增加。采用本技术可以与土建和钢结构同步施工，节省时间，确保工期;焊接效率提高，同时结合配套机械化施工设备，施焊总效率是手工焊接的3-5倍;另外，采用自动焊接，一旦工艺评定确定焊接参数，其焊接质量不受外界因素和人影响，确保焊接质量。综上，采用工艺管道自动化预制焊接技术在提高焊接效率和质量同时，极大节省施工成本。
关键词：工程预制;自动焊;高效焊接
一、引言
塔里木油田凝析气轻烃深度回收工程轻烃回收厂是目前国内最大的轻烃回收工厂，项目地处塔里木沙漠腹地，春秋季常有风沙天气，冬季低温极寒天气，施工环境恶劣，制约了现场焊接施工的开展，考虑到工期紧迫，需要大规模采用工厂化的工艺管道预制，降低不利气候因素对施工造成的影响。该项目采用先进的“膨胀制冷+DHX”工艺技术进行轻烃回收，轻烃回收装置管道介质温度很低，建设过程中耐低温型304不锈钢首次大规模应用，施工中既要保证焊缝在-130℃使用温度下具有可靠的力学性能，又要寻找高效焊接方式提高施工效率。其他工艺装置如脱水脱汞、天然气增压、分离计量等大量美标碳钢材质，如A106Gr.B无缝钢管、A234WPB管件等，具有管径、壁厚普遍较大的特点，如DN250，17mm、DN400，22mm。不锈钢对接焊口数达一万多道，碳钢对接焊口数达三万多道，如全部采用手工焊接，将面临极大的施工工期和人力成本压力，需寻找一种高效的焊接方式配合工厂化预制手段，在保证焊接质量的同时提高焊接效率，降低施工成本。
二、焊接工艺设计
国内已有采用自动化预制作业线进行碳钢管道预制的相关业绩，主要焊接方法采用精确控制短路过渡（RMD）根焊，精确脉冲（Pro-Pulse）或埋弧焊（SAW）进行填充和盖面焊接，技术掌握较好。近年来随着LNG装置的建设热点，低温型奥氏体不锈钢（304型、316型）得到了比以往更多的应用，焊接施工主要方式任然是传统的钨极氩弧焊/焊条电弧焊，高效焊接方式发展主要集中在热丝TIG、实心焊丝惰性气体保护焊（MIG）、药芯焊丝混合气体保护焊（MAG）。其中热丝TIG焊接质量最佳，但效率相对最低，成本最高，实心焊丝惰性气体保护焊需要采用复杂的氩/氦/氧混合气体，且焊道成型较难控制，缺陷较多。药芯焊丝混合气体保护焊采用与碳钢自动焊一致的氩/二氧化碳混合气体，且采用渣-气联合保护，具有良好的使用效果。焊接操作简单，可直接采用现有自动化预制作业设备进行焊接，成为本项目耐低温型不锈钢高效焊接工艺开发应用方向。
三、工程实施
轻烃处理厂工艺管道自动化预制焊接技术包括以下流程：管材下料及坡口加工→焊口组对定位→不锈钢内充氩→根焊层焊接→填充、盖面层焊接→表面清理及外观检查→无损检测及返修，管材下料及坡口加工采用锯床机械切割方式，避免火焰切割产生的较宽热影响区对焊缝性能产生影响，不锈钢加工过程中避免产生铁离子污染，碳钢管道组对可采用手工组对或对口器组对，管道组对完毕后，采用短点焊在接头上进行固定，在接头上定位3至4个点，定位点位置须均匀分布在管周;不锈钢管道采用不锈钢定位块进行定位。不锈钢管道焊接前应对焊道背面充氩气保护，避免产生氧化现象，焊缝厚度达到6mm后才能撤出背面气体保护装置。
碳钢管道根焊选用金属粉芯焊丝采用精确控制短路过渡（RMD）单面焊双面成型焊接方法，填充盖面根据管道壁厚情况情况，较薄时选用金属粉芯焊丝采用精确脉冲（Pro-Pulse）焊接方法，较厚时选用实心焊丝采用埋弧焊（SAW）焊接方法。低温型304不锈钢选用ER308LT超低碳低温不锈钢专用焊丝，并采用手工钨极氩弧焊单面焊双面成型方法进行根焊，以获得耐低温性能优秀的根部焊缝。填充、盖面焊采用E308LT药芯气保护焊丝进行焊接，熔滴采用射流过渡，电弧稳定，飞溅小，焊后药渣自行脱落，层间不需要打磨、清理，节约了焊接辅助时间，为控制不锈钢焊缝显微组织，避免出现敏化和铬析出，对焊缝耐低温性能造成影响，焊道间采用氯离子低于50ppm的净化水对焊缝进行快速冷却。
加工设备：用于管材下料及坡口加工的锯床和车床，可加工最大管径为DN600;车床型号位EMI-600，可加工最大管径为DN600。焊接设备：管道自動焊焊接设备包括自动焊焊接平台和PipePro450RFC焊机以及组对工作台，焊接过程通过系统配备的主控制器或手持式控制面板进行控制，焊工可控制系统实现对焊接电流、焊接电压、焊接停留时间、焊接速度等参数的调节。
本技术在塔里木油田凝析气轻烃深度回收工程中进行了应用，面对建设过程中风沙、冬季极寒天气不能野外施焊的恶劣环境，在车间内对工艺管道进行自动化预制焊接，累计完成预制焊口3000道以上，无损检测一次合格率达98%以上，有效保证了工程施工进度顺利。
四、与当前国内外同类技术主要参数、效益、市场竞争力的比较
目前管道建设中的机械化焊接技术除本技术外主要有自保护药芯焊丝焊接技术、管道全位置全自动焊接技术。自保护药芯焊丝具有焊接位置灵活、适合野外作业的优点，但由于自保护药芯焊丝焊道夹杂物较多、扩散氢含量较高、焊接线能量大，已不适应对管材具有耐腐蚀、低温要求的管道焊接。管道全位置全自动焊接技术由管道内对口/内焊机、焊接轨道、焊接小车、焊接电源组成，适用于长输管道流水化作业，具有很高的焊接效率和优秀的焊接质量，但由于设备构成复杂，且只能焊接单一管径管道，并不适用于管径、材质和安装条件复杂的厂站工程焊接。
本技术利用先进的焊接技术实现了普通碳钢及耐低温型不锈钢优质高效焊接，对管道尺寸适应性好，能够完成厂站建设中80%以上规格尺寸管道的焊接预制，与工厂化预制手段相结合，实现了撬装模块的高效生产，是未来厂站建设中焊接机械化技术的发展方向，极大节约了人力成本和施工工期，为工程建设创造更大效益提供了可能。成本效益分析中，焊接成本为人工费、材料费和辅助费用，见下表1;工期效益分析：按照工程实际情况，以20名焊工为单位，传统工艺每人焊接量平均为24达因/天，自动埋弧焊工艺每工作站（焊工2名）焊接量平均为120达因每天，见下表2。
五、结束语
天然气处理及轻烃回收厂输送管道管径、壁厚更大，低温型不锈钢应用更多，如果采用常规焊接工艺，这将大大地增加施工工期，增加人力、设备的投入，导致施工成本增加。采用本技术可以与土建和钢结构同步施工，节省时间，确保工期;焊接效率提高，同时结合配套机械化施工设备，施焊总效率是手工焊接的3-5倍;另外，采用自动焊接，一旦工艺评定确定焊接参数，其焊接质量不受外界因素和人影响，确保焊接质量。综上，采用工艺管道自动化预制焊接技术在提高焊接效率和质量同时，极大节省施工成本。