核电站辅助管道预制中自动焊技术应用研究

W el di ng T echno l ogY V01．42N o．9Sep．2013工艺与新技术29文章编号：1002—025X(2013)09—0029—05核电站辅助管道预制中自动焊技术应用研究冯英超1，党文智2，李青霞1，薛龙飞2(1．核工业工程研究设计有限公司，北京101300；2．中国核工业二i建设有限公司，北京101300)摘要：首先对核电站辅助管道预制工装及特点、施工先决条件、自动焊的现有工艺及其特点进行了介绍；其次，对辅助管道采用自动焊技术中存在的技术难题等进行了论证，通过分析，认为全位置半自动焊工艺是最适用于核电站辅助管道预制的，并从人力资源、工作组织、设备配置、工作流程等方面对此项技术的生产应用进行了规划，同时从生产成本、焊接质量、焊接效率等方面对规划的可行性进行了论证．最后提出了采用自动焊存在的问题及预控措施。

关键词：核电站；辅助管道：预制：自动焊中图分类号：T G409文献标志码：B0引言焊接是管道、支架预制的关键、通用技术。

目前，我国核电预制、安装中采用传统的焊条电弧焊和钨极氩弧焊已经满足不了核电大规模发展的需要。

而自动焊作为一种先进的生产工艺．具有焊接效率高、焊缝质量好、操作简单、施工环境好、便于管理的特点．且在国外核电领域也有了广泛、深入的应用．以芬兰的核电站为例，其管道的预制、安装的自动化焊接比例已经接近90％。

根据核电站预制的总体计划以及目前惠州分公司建厂规模，惠州分公司目前的最大产能已经不能满足总体计划要求：焊工资源已经明显处于紧张状态。

在我国核电大发展的前提下，仅仅依靠“人海战术”来弥补施工技术及能力的不足已经成为过去，要保持核电的核心竞争力，唯一出路就是通过技术革新来提高自身的施工能力．从而大幅提高施工效率及施工质量。

以满足国家核电战略的需要。

所以，针对惠州分公司的现状．进行焊接技术革新(即：对辅助管道的预制开展自动焊技术研究，大面积的采用自动焊来代替手工焊)是解决上述难题的关键途径。

收稿日期：2013—05—091解决问题分析根据核电建设的需求以及预制厂目前的情况分析，采用自动焊主要解决的问题为：①提高焊接生产效率；②提高焊缝的焊接质量(合格率)；③解决焊工数量和技能水平都不能有效保障的现实问题。

2应用目标分析辅助管道的信息采用岭澳核电站二期工程管道预制中统计的数据作为参考对象，对不同焊缝类型的数量进行了统计后．得出结论：(1)应用目标为对接焊缝，占有比例为64％，是主要应用对象：(2)对于对接焊缝，主要集中在管径D≤152．4 m m，壁厚≤4．37m m(主要是3～4m m之间)的管道．这些管道占有比例约为75％；(3)对接焊缝包括一部分直管与弯头、大小头的焊接，且都应该纳入自动焊的研究范围内；(4)管径在152．4m m以上，壁厚在4．37m m以上的管道也需要考虑。

3惠州分公司施工条件分析惠州分公司的管道焊接，只能采用V形坡口，而不能采用U形坡口。

原因为：(1)惠州分公司目前坡口加工设备全部按照V30工艺与新技术焊接技术第42卷第9期2013年9月形坡口进行添置，若采用U形坡口，则造成现有设备过度闲置．且需要大批量购置能加工U形坡E l的设备，成本过高：(2)对接焊缝中有一部分管件焊接，管件(弯头、大小头等)一般为自带V形坡口：(3)直管段理论上可以加工U形坡口，但由于管道存在圆度较小的可能，使得管道的组对质量很差，从而使得焊接质量不能得到有效地保障。

4自动焊施工工艺分析参照核电站焊接施工标准(R C C M--2000+2002遗补)，确定为氩弧焊工艺，在设备的焊接形式上，存在2种可能：全位置自动焊、悬臂式自动焊(机头固定)。

现对其应用的利弊进行分析：4．1全位置自动焊全位置自动焊是指管道固定．机头转动的焊接设备，有外卡式机头、焊接小车等。

4．1．1优点概述(1)管道在准备完毕后无需过多调整，可直接架装机头焊接：(2)用外卡式机头焊接小管道非常方便，具有装卸速度快、便于调整特点：(3)机头便于拆卸(10几s)，可实现多焊缝的轮流焊接：(4)管道固定，机头转动，焊接过程稳定。

4．1．2存在的不足(1)对于管件焊接，不能实现有效的打底；(2)对于直管对接，若管的圆度较小，打底焊接质量保障程度也较差：(3)直管对接若采用全自动焊，需要加工U形坡口，惠州分公司现有的设备不能满足要求，且造成许多贵重设备的闲置。

4．2悬臂式自动焊悬臂式自动焊指的是机头固定，管道转动的设备。

4．2．1优点(1)管道规格兼容性强，可焊接较大范围的管道；(2)需要考虑的控制因素少，焊接效率高；(3)由于全部为1G焊接位置，使得焊接质量较好。

4．2．2存在的不足(1)对于打底焊缝，若采用V形坡口，那么组对、充氩、焊接流程将变得过于复杂：(2)管道组对好后，需要再搬运到焊接设备前进行装配、固定以及调节，工作流程比较繁琐．过于浪费时间：(3)对于尺寸、规格特殊的弯头而言，需要考虑两个方面：①旋转时存在不便；②若管道过长，中心距会产生一定的影响。

(4)对于管径较小、壁厚较薄的管道，夹持力是否产生影响，需要予以考虑。

5推荐的自动焊工艺根据惠州分公司辅助管道预制的特点。

以及目前国内外管道自动焊的技术发展现状，推荐采用全位置自动焊，同时考虑到管道、坡口的复杂性．建议采用手工焊打底、自动焊填充、盖面。

5．1人力资源说明根据前面所述，可以把惠州分公司技能好的焊工专门负责整个辅助管道对接焊缝中的打底焊。

让其余焊接操作工负责管道的填充、盖面工作。

对于人员工作时间上安排：(1)自动焊设备连续工作24h，焊接操作工实行3班或2班轮流操作，主要考虑：①自动焊设备的使用寿命长，可以连续工作，且不宜损坏；②自动焊重点依靠的是焊接程序，焊接操作工的劳动强度很低。

(2)手工焊焊工按照正常时间工作，主要考虑：①手工焊的劳动强度较大，若长时间工作会使得焊工过于疲惫，且焊接质量不能保障；②单个焊缝的打底焊时间远短于填充、盖面焊的时间。

备注：上述人员的比例根据实际施工情况进行调节。

5．2工作组织说明若采用半自动焊，那么将按照一定的比例分配自动焊焊接操作工与手工焊焊工，具体计划为焊接班组按照管道的直径进行分类：(1)小管班组：主要焊接管径较小的管道，管径为152．4m m及以下：(2)中管班组：主要焊接管径适中的管道，范围为咖(152．4—254)m m；(3)大管班组：主要焊接管径较大的管道，管径254m m以上。

备注：上述各个班组的数量按照管道实际施工情况进行设定。

5．3设备说明根据5．2中所述，在设备的配置中，可采用针对性的配置。

目前，自动焊设备中最贵的为焊接机头，所以可以考虑针对性配置(每台电源配置1个机头)以降低成本，提高设备利用率。

以设立10套生产线为例，焊接设备组成：(1)焊接电源：10套；(2)焊接机头：①小管机头：7套；②中管机头：2套；③大管机头：1套。

对设备的要求：(1)对于小管、中管的焊接，需要采用外卡式机头，这主要考虑的是便于拆卸，从而可提高焊接施工效率：(2)对于大管焊接，主要考虑的是采用轨道式机头，其优点是焊接效率较高，且适用范围广(1个机头带不同规格的轨道)。

5．4工作流程说明若采用半自动焊，即采用自动焊进行填充、盖面．且按照5．3中所述的采购设备，可在工作流程上进行安排：(1)开放式机头便于安装、调节、拆卸，所以可在焊缝冷却时焊接另外的接口，即：实现多个接口的交叉焊接。

如：A焊缝填充一B焊缝填充一C焊缝填充一A 焊缝盖面一B焊缝盖面一C焊缝盖面。

(2)自动焊焊接中应实现“人歇设备不歇”，即焊接操作工实行“轮班制度”，从而使得设备使用率达到最高。

6可行性分析从生产成本、焊接质量、焊接效率3个方面进行分析。

进行分析的前提如下：(1)自动焊设备按照“5．3设备说明”进行计算，即10套自动焊设备；(2)10套自动焊设备配置30名焊接操作工(三班轮流生产)，15名焊工；(3)半自动焊(手工焊打底)焊接效率为手工焊的1．35倍(实验室数据，单道焊缝)；(4)根据计算结果，相应的手工焊焊工数量应为：55名(30名焊接操作工相当于40名焊工)；(5)所用自动焊设备有的使用寿命较长，以10年折旧计算，所以相关成本的核算需按照10年进行计算。

6．1成本分析(1)设备成本：自动焊设备(含电源、机头等)约715万元：而手工焊的仅约55万元。

(2)焊材成本：自动焊焊材的价格与手工焊的相近。

根据以往试验，自动焊可节约焊材消耗系数约为10％。

以每年焊材成本为500万元进行计算，那么10年可降低成本约：500万元／年×10年×10％= 500万元。

(3)培训、取证成本：培训成本是指对自动焊焊接操作工进行培训期间所消耗的成本。

根据上述焊接操作工的培训内容、培训时间的相关描述，成本约16．9万元。

若采用手T焊，成本为440万元(55名焊工，8万元／人)。

(4)人工成本：自动焊焊接操作工的工资与手工焊的相同，以4000元／(人月)进行计算，自动焊成本为2160万元：手工焊成本为2640万元。

(5)管理成本：管理成本按照工资成本的0．43系数进行计算：自动焊管理成本929万元；手工焊管理成本1135元。

根上述，若是采用自动焊技术代替手工焊，可节约829元。

32工艺与新技术焊接技术第42卷第9期2013年9月6．2焊接质量分析(1)管道的打底焊需要由高技能焊工完成，焊接合格率高。

把惠州分公司批操作技能高的焊工用于打底焊接．可以说是“把好钢用到了刀刃上”。

因为打底焊对操作人员技能要求较高，而他们完全有能力完成：同时，从事某一单独的工作(打底焊接)，会使得他们的操作更为熟练，从而更好地保障焊缝的质量。

(2)自动焊填充、盖面基本无任何质量缺陷。

自动焊填充、盖面完全是由输入的焊接工艺参数决定的，具有执行能力强、质量好的特点，所以，能在很大程度上保障焊缝的焊接质量。

综上所述．焊缝的合格率会很高，将接近100％。

6．3焊接效率分析(1)采用半自动焊焊接，其焊缝质量将大幅度提高，这就意味着焊接效率也相应得到了提升：手工焊焊T只负责打底焊接，其工作内容虽单一化，但可以更为熟练地进行操作，将在很大程度上提高焊接效率。

(2)采用半自动焊，同时采用焊接操作工“轮班制度”以及“人歇设备不歇”的策略，将会在很大程度上提高设备的利用率，使得焊接效率远远高于手工焊的：自动焊的显著优势在于可以连续工作，这样，只要保证人工正确操作，设备就可以实现长时间的连续作业，进而大大提高施工效率。

综上所述。

若是采用自动焊工艺，管道预制的焊接效率将会有较大幅度的提升。

7工作难点及处理措施自动焊虽然自身优势非常多。

但应用过程中也存在着一些不确定因素．把存在的隐患因素提前进行考虑并采取一定的预控措施，从而把突发事件概率降到最低，是自动焊工艺在惠州分公司顺利实施的有效保障。