管道工厂化预制及发展趋势
1 前言
长期以来，我国管线制作工作主要以现场为主，其对管件的所有处理工作，诸如划线、切割、坡口加工、组对、焊接等，都是在安装现场完成的；在一些地方或单位，也有一些作坊似的集中组件场所，但其与前者并没有本质的区别，只是简单地将现场的某几个工序集中于一个特定的地方统一进行，其工艺方法、工艺设备、产品质量以及生产效率，都没有发生根本的改变。
一般来讲，工程安装的现场，其条件往往是十分恶劣的，无论是生产设备，还是工人的工作条件，都是非常简单原始的，而这其中的任何一个环节，都有可能导致致命性管线质量问题的产生。
因此，传统的管线现场制作的方法，由于受现场条件的限制，存在着质量难以控制的致命弱点（其直接的结果便是生产事故的发生）。
同时，它还存在生产效率底、劳动强度大的缺点。
随着我国加入WTO，各方面都逐步与国际接轨，行业竞争也日趋激烈；同时业主为了保证工期、缩短建设周期和保障管道装置的质量，纷纷要求建设单位对管道进行工厂化预制。
因此采用什么样的方式达到既经济、高效又能保证质量进行工厂化预制的方案已成为各个行业单位的热门话题。
为了适应生产发展的需要，解决传统管线制作中存在的问题，提高管线制作质量，保证安全生产，人们提出了管道预制化的思想。
即建立工厂化的管道制作场所，实现管道制作的机械化、自动化、流水线化。
以保证质量；对管道工程中的管件，只要现场安装允许，都先进行工厂化组接。
再进行现场的安装，例如：管对管、管对法兰、管对弯管、管对支管；只有不得不在
现场操作的部分，才在现场进行。
如今，这一思想已经为世界许多国家所接受并付诸实施，现己成为一项非常成熟的技术。
为了最大限度保证管道的施工质量、安全，确保工程的如期完工，各国都对管线工程中预制管道的比例予以了法定的规定。
我国的界定标准是不低于70％。
随着这一规定的颁布与实施，我国的管线制作工艺必将发生质的变化，管道预制必将成为管线工程的核心工作。
2 工艺管道工厂化预制的可行性
众所周知，不论工艺管道有多大的不同，它们都是由标准化或规范化的零件组成，如：支管（管段）、弯头（焊接弯头）、锥形过度段、偏心过度段、法兰、三通、椭圆塞头、马鞍连接段等。
而工艺管线的安装正是先由个别零件焊接成管道元件，再由各个管道元件联接而成。
工艺管道工厂化预制的根本宗旨就是如何将各种需要焊接的管件在工厂内最大程度地预制成带有管件的管段，最大限度地减少现场工作量。
3 工艺管道工厂化预制生产线的实施
既然有了可实施工厂化预制的基础平台，剩下就是设法在工厂内把各项工作（切割、坡口、组对、焊接）有机合理地组织起来了。
我们的设想是通过设计卓越、畅通的物流和先进的自动控制系统，并且引用先进的机械化组对设备和高效、稳定的自动焊焊机来提高生产效率和保证焊接质量。
其中最为关键的在于畅通物流的使用。
如仅采用专用设备不辅助畅通物流设备，虽然看上去在一定程度上固然提高了生产效率，实则却不然。
我们曾做过详细的分析比较，例如对Φ426，δ=12mm的管子进行切断和开30度标准V型坡口，如采用物流设备，每5分钟就会有一根加工完的管子下线（两
端开好坡口），日加工平均能力为96根管段，计3000寸径/日；如仅采用专用设备，则需半小时左右的时间才有一根管子完成。
即如要达到相同的年产能，采用主要设备的投资是配以通畅物流的3倍。
3.1 工艺管道工厂化预制生产线流程
自动化工艺管道预制生产线主要包括两部分，即焊前准备系统与组对、焊接两个工区。
两个工区之间通过物流辊道来进行连接。
本流程的的主要特征是：
适用于单品种大批量多品种大批量的模式；
整条生产线线结构紧凑、布局合理、过程连续；
程序控制自动化程度高；
综合成本低、生产效率高、质量稳定可靠。
3.2 切割/坡口焊前准备系统
本系统是用来完成对原材料管子进行下料切割和开坡口，所有工序自动上线、送进、测量、切割、开坡口与下线一次完成。
具体如下：
3.2.1 上线：采用滚架及专用机械手实现管子的自动上线传送。
3.2.2 送进：采用“V”型动力辊道可快速实现单根管道的连续送进。
3.2.3 测量：采用带伺服电机的移动小车对管子进行自动测量。
3.2.4 切割/开坡口：
1）采用高效带锯切割机对线上管子进行自动切割，采用专用高效坡口机，并配套使用专用提升、旋转及对中机构，实现对管子两端的自动开坡口工作。
2）采用等离子或火焰并配以专用输送辊道实现对管子两端的自动开坡口工作（也可再配套专用的高效坡口机来实现不锈钢、合金钢等特殊材质管道的坡口加工）。
3.2.5 下线：开好坡口的管子采用滚架及专用机械手实现管子的下线与传送。
本系统正是有了通畅的物流，因此避免了潜在的人为因素，不但充分发挥了切割、坡口机固有的高效率，而且为后续的自动化焊接提供高质量的坡口、更好地发挥自动焊的功效奠定了基础。
国内目前可提供的切割/坡口管道处理线有以下几种：
1）2”-24”火焰或等离子管子切割与坡口自动化生产线
2）3”-48”火焰或等离子管子切割与坡口自动化生产线
3）2”-24”机械切割与坡口自动化生产线
4）8”以下机械切割与坡口自动化生产线
5）8”-48”机械切割与坡口自动化生产线
3.3 机械化组对和自动化焊接系统
和前面的切割/坡口焊前准备系统一样，组对与焊接工区同样也是可连续工作的，以确保整条生产线的高效与协调。
根据我们的施工经验，工艺管线中短管（长度为400-1300mm）构件的工作量最大，大约为每1m左右就有一个焊接接头，其次是中长管（长度为1300mm-6000mm），大约为6m左右一个焊接接头，再次为长管（长度为
6000mm-12000mm）。
它们都是和不同的管件接头进行焊接，预制量也不相同。
为此可以科学地将组对与焊接共分成四个工作区来统筹安排，工作区的划分原则是以管段长度为唯一标准，以方便输送辊道的自动分拣；然后为各工作区的组对与焊接再兼顾不同的接头形式、厚薄与其它特殊情况。
各个工作区相互独立、互补。
3.3.1 工区的划分和功能
1）短管与管件组焊区：主要完成端部带弯头的短弯管；端部带法兰、支管、附件的短管；端部带法兰，中部带支管、附件的连接管的组对与焊接。
2）多功能组焊区：主要完成短管焊接、管管接长与长管焊接等混合管的组焊，可以通过人工干预完成其它工位超量的短管或长管的组焊。
3）带偏心管件组焊区：主要完成弯头、三通、偏心大小头等偏心管件与长管的组焊。
4）非偏心管道组焊区：主要完成非偏心对称管件与长直管的组焊。
3.3.2 组对与焊接设备
为适应管道工厂化预制的要求，预制生产线可采用专业的机械化组对机具和自动化焊接设备。
用于提高生产效率和保证焊接质量。
1）组对机具：将头尾架、弯管专用卡具、主动轮、可升降支撑等设备按需要灵活组合，实现机械化组对为后续的自动化焊接作好准备。
2）自动焊装备：包括短管焊接机、长管焊接机、偏心焊接机、全位置焊接机等
3.3.3 焊接材料
选用实芯或药芯焊丝
3.3.4 焊接方法
1）打底：手工焊（SMAW）、氩弧焊（TIG）、STT半自动焊相结合。
2）填充盖面：自动熔化极气保焊（MAG/MIG）、自动埋弧焊（SAW）。
3.3.5 配套焊接电源选择
由于组对点固焊和打底焊时要求恒流（CC）外特性的焊接电源，而填充盖面气保焊与自动埋弧焊时却要求恒压（CV）外特性的焊接电源。
为此，如果要在焊接工位上进行打底焊的话，则要求所配套的焊接电源必须是CC/CV两用的多功能焊接电源，这样投资成本自然就提升了。
因此，把打底焊放在组对工位上来进行，并且采用硅整流CC特性的GOLDSTAR402米勒焊接电源，再配上米勒高频发生器HF-251D-1来组合成SMAW与TIG 的两用焊机来进行组对点固焊和打底焊；而填充盖面气保焊和埋弧焊则采用多功能恒流/恒压外特性的、同时又经济可靠的DIMENSION812/HDC1500的组合，既可用于气保焊（MAG/MIG），又可用于埋弧焊。
4 总结
2005年我公司在惠州乙烯首次采用大棚内预制，2007年将选择切割机、坡口机、组对机具、电焊机等关键设备置放在集装箱内，形成可移动式工艺管道预制场，实现管道半机械化的模块制造生产流水线，满足公司生产的需要。
随着工艺管道工厂化预制生产线的推广，工艺管道工厂化预制生产线必将引发管道建设行业新一轮的技术革命，是施工企业走向科学管理和专业化施工的必由之路。
