第11章　雙管聯焊技術

我國長輸管道施工中，鋼管長度一般為12m左右，鋼管防腐后運到施工現場進行施工。為了提高管道焊接質量、減少現場的焊接量、提高效率，在管道施工現場附近建立雙管聯焊站（廠）。在雙管聯焊站（廠）內進行焊接、無損檢測和防腐補口等工序。將兩根鋼管連接成一根長約24m的鋼管，再將雙聯管運抵施工現場進行組裝焊接。

11.1　雙管聯焊施工工藝簡介

11.1.1　國內外雙管聯焊施工概況

雙管聯焊已在國外管道建設中得到較普遍的使用，特別是在大口徑管道施工中，在地勢相對平坦地帶，采用雙管聯焊焊接技術是提高速度和降低施工成本的有效措施。在現場作業中，如果焊接相同的焊縫道數，使用雙管聯焊可比使用單根鋼管提高生產率100％，整個工程的施工速度（包括穿跨越等）一般可提高70％以上，對于保證管線焊接質量和工期具有重要意義。

國外普遍采用的雙管聯焊生產形式有三種：一是在制管廠內增設雙管聯焊生產設施生產雙管聯焊，管道承包商直接從制管廠訂購雙聯管，運往施工現場供使用，這種方法在中東一些國家普遍應用。這種雙管聯焊生產廠為永久式，設備固定，也比較復雜，但雙聯管的運輸較為困難。二是在海運供貨碼頭或鐵路供貨站附近建立半永久式雙管聯焊站。這種雙管聯焊設備比較簡單。管道承包商從制管廠購買到鋼管后在此加工成雙聯管，運往施工現場供使用。三是在施工現場設移動式雙管聯焊站，就地將單根鋼管焊接成雙聯管，直接供現場使用。這種雙管聯焊生產設備簡單，拆卸、組裝、運輸均十分方便，可隨時將設備運輸到合適的地點。

雙管聯焊生產廠和半固定式雙管聯焊站一般都采用埋弧自動焊工藝。國外早期采用的活動式雙管聯焊站的焊接工藝有所不同，一般根焊采用二氧化碳保護焊，然后送到自動化埋弧焊焊接生產線焊接其他焊道。目前，移動式雙管聯焊站也采用全自動化埋弧焊焊接工藝。

雙管聯焊作業在我國應用起步較晚，1988年，遼河石油勘探局油建一公司研制成功鋼管對接自動焊作業線。該作業線適用于ф60～219mm管徑范圍內8m以下短管的接長。1991年，中石油管道局第二工程公司研制成功ф377～810mm管徑范圍內的雙管聯焊生產線。并于1991年應用于輪庫管線，1996年用于陜京輸氣管線，1998年應用于蘇丹原油管線的施工，取得了良好的應用效果。

11.1.2　雙管聯焊施工的優勢

（1）提高焊接質量　在雙管聯焊站（廠）內生產雙管聯焊，可使焊接作業在固定的場所進行，便于采取有效的防護措施，如簡易工房、固定式防護棚等，有利于保證焊接質量。長輸管道雙管聯焊焊接一般采用埋弧自動焊工藝，焊接電流大、熔透能力強，由于采用自動焊焊接工藝，焊接質量比較穩定。

（2）生產速度快　在雙管聯焊廠內生產雙管聯焊，易于實現上管→傳送→組裝→根焊→傳送→填充焊→蓋面焊→下管的流水作業，充分合理地利用時間，提高了作業速度。

（3）縮短施工周期　采用雙聯管現場施工，由于每根鋼管的長度從12m增加到24m，可提高近1倍的施工進度，雙管聯焊生產與施工現場的同步作業，實現工廠化作業與現場作業的同步進行，極大地加快了施工進度，縮短了施工周期。

（4）施工成本低　雙管聯焊生產的設備主要有作業線、對口器、焊機、發電機及配套設備。現場施工機組的設備主要有吊管機、焊接工程車、對口器、運輸設備及配套設備等。雙管聯焊廠的設備投資遠低于現場施工機組的設備投資，雙管聯焊廠的設備投資僅為現場半自動焊施工機組設備投資的1/5～1/3，是現場自動焊機組設備投資的1/8～1/5。雙管聯焊作業一般采用埋弧自動焊工藝，焊接效率高、價格低，因此，可大大降低施工成本。

雙管聯焊作業使用的人員也少于同等工作量的現場作業人員，工廠化作業與現場作業的同步生產，以及受天氣的影響小等特點，縮短了施工周期。并可提高設備利用率，提高經濟效益。

（5）改善工人的勞動條件　雙管聯焊生產在固定的場所進行，避免了現場作業的流動性，組裝、焊接在固定的廠房內作業，可減少氣候因素的影響，改善了工人的作業條件，有利于作業人員的身體健康和心理穩定，場區一般距生活區較近，避免上下班長途坐車，既減少旅途疲勞，又相對延長了有效的工作時間。

11.1.3　雙管聯焊施工的局限性

由于雙聯管的長度約24m，對鋼管運輸的要求有所提高。雙管聯焊一般可以在地勢較為平坦地帶進行施工，在山區、丘陵、沼澤、水網地區由于運輸困難，對采用雙管聯焊施工技術有所制約。

11.2　雙管聯焊焊接工藝

雙管聯焊焊接工藝可根據鋼管管徑和壁厚的不同進行相應匹配，目的是充分發揮焊接的高效性和質量的穩定性。現介紹三種典型的雙管聯焊焊接工藝和相應的生產線。

11.2.1　焊條電弧焊（SMAW）+埋弧自動焊（SAW）

采用此種焊接工藝是通常采用的焊接組合工藝。適應于壁厚小于15mm鋼管的焊接，能夠充分發揮焊接的高效性。當壁厚超過15mm時，也可采用此方法，但焊接效率較低。焊接的工藝參數見表2-11-1。

此種焊接工藝要求在兩個工位上完成。為了能夠形成流水作業，兩個焊接工位相對獨立。雙管聯焊焊接生產線應根據焊接工藝進行設計和布置，以滿足焊接工藝要求為出發點。整條雙管聯焊生產線為固定式，運輸時將各組總成件單獨包裝運輸以節省運費。安裝時將各總成件安裝在砼基礎上，上管平臺和雙管聯焊平臺可采用適用于鋼管重量的型鋼制造，平臺上表面需要安裝防止破壞鋼管防腐層的膠皮或尼龍帶。該生產線適用于直徑小于20in的鋼管使用。雙管聯焊生產線見圖2-11-1。

（1）施工工藝流程（見圖2-11-2）

（2）雙管聯焊生產工藝

①用裝載機將選好的鋼管送至上管平臺，在上管平臺上進行管口清理。然后將兩根單管推至對口平臺。

②在對口平臺上，利用折疊式的三角輥道將兩根單管找正，利用手動液壓外對口器進行對口并按焊接工藝指導書進行根焊。

③根焊完成后，將根焊焊好的鋼管送至中間平臺對焊道進行清理。

④將清理好的鋼管用液壓翻臂翻至傳送輥輪上，然后將鋼管推至自動焊工位。此時可將升降輥輪處于最高位置，在鋼管就位后，落下可升降輥輪使鋼管落入自動焊轉臺。

⑤找正焊槍和焊道位置，固定限位盤，使其與鋼管保持接觸，按工藝要求進行填充、蓋面的焊接。

⑥焊接完成后，移開自動焊焊槍，放倒限位盤，升起可升降輥輪，將雙聯管推至下管平臺一端，用液壓翻臂將雙聯管翻至下管平臺。

⑦在下管平臺上進行無損檢測及返修作業，檢測合格后出廠。

（3）施工關鍵技術　根據施工工藝流程，在采用此項焊接工藝時需要注意并解決以下四個問題。

①合理的管口技術參數，以保證焊條下向焊打底及埋弧自動焊的質量，具體要求見表2-11-2。

②專門設計的折疊式三角輥道（見圖2-11-3），既可保證雙管聯焊對口和焊后的直線度，又可使鋼管縱向移動。三角輥道伸直后，根焊完成的雙管聯焊即從上管平臺上滾入中間平臺。

③管子對口采用手動液壓對口器（見圖2-11-4），可修正管口偏差保證根焊質量。

④埋弧自動焊焊接時，作業線上設有限位盤，保證在焊接過程中管口環形焊道始終對準焊嘴。作業線上的可頂升輥輪是為焊接后鋼管順利輸出而設置的。焊接轉臺由調速電動機驅動，使焊接速度平穩和可調。

（4）生產線功能　如圖2-11-1所示，生產線由液壓翻臂、傳送輥輪、自動焊滾輪、限位盤以及上下管平臺等主要部分組成。其主要功用如下。

①液壓翻臂。用于將鋼管翻落和翻離傳動線。翻臂設計應滿足鋼管重量的升降要求。

②傳送輥輪。用于將鋼管在工位間傳送。根據鋼管直徑大小可以加工制造成腰輥輪結構形式，增加鋼管傳送的平穩性。

③自動焊滾輪。用于將鋼管旋轉，以適應鋼管所進行的埋弧焊接工藝。

④限位盤。限位盤主要用于防止鋼管的軸向竄動。在進行埋弧焊接時由于鋼管管徑和作業線都存在一定偏差，在旋轉焊接過程中，容易產生軸向位移，進而造成焊接的偏差，影響焊接質量。

⑤上下管平臺。上管平臺用于堆放單管，并在上管平臺上進行根焊和熱焊。下管平臺用于焊接完成的雙聯管的臨時堆放。

（5）人員配備（見表2-11-3）

（6）設備配備　根據焊接工藝流程需要配備主要施工設備及專用機具見表2-11-4。

11.2.2　STT+埋弧自動焊（SAW）

STT半自動焊是以STT焊接技術進行管道的根焊，根焊的保護氣體采用的是CO2或Ar+CO2的混合氣體。STT是“Surface Tension Transfer”的英文縮寫，即表面張力過渡，是一種以表面張力為主要熔滴過渡力的焊接工藝。

1996年，中石油管道二公司在國內首家引進美國Lincoln公司的STT半自動焊，并針對蘇丹管道工程ф711mm×10.7mm鋼管，X65材質進行了多次試驗，取得良好的效果。隨后采用STT進行長輸管道根焊方面得到較大范圍應用。STT根焊工藝用于雙管聯焊焊接施工的優勢在于減少了焊接輔助工序，即減少了兩次清根的工序。同時，采用了STT半自動焊接方法進行根焊，埋弧焊填充蓋面焊接的焊接工藝，提高了焊接效率，焊接質量也得到了提高。

以下是采用STT+埋弧自動焊（SAW）典型的雙管聯焊焊接施工工藝。

（1）STT+SAW焊接工藝

①焊接鋼管。直徑：ф711.2mm；壁厚：10.72mm；鋼級：X65；管材生產方法：螺旋焊管。

管材化學成分及力學性能見表2-11-5。

②焊接材料。根焊焊絲型號：JM-60；直徑：ф1.2mm；保護氣體：CO2；填充焊焊絲型號：H08MnMoTiB；直徑：ф2.5mm；焊劑：SJ101；蓋帽焊焊絲牌號：H08MnMoTiB；直徑：ф2.5mm；焊劑：SJ101。

焊材化學成分見表2-11-6。

③接頭設計。坡口簡圖及焊接順序見圖2-11-5。

坡口角度：60°±5°；間隙：2.5～3.5mm；鈍邊：0.5～1mm；錯邊：≤1.6mm；余高：0～1.6mm；蓋帽焊縫寬：18～22mm。

焊道層數見表2-11-7。

④焊接準備。管口位置：立向下焊（根焊）+水平轉動（填充焊、蓋帽焊）；對口方式：氣動內對口器；預熱溫度：100～150℃；焊接設備：STT+DC-1000。

焊接工藝參數見表2-11-8。

（2）配套生產線　生產線平面布置見圖2-11-6。

生產線主要技術參數見表2-11-9。

注：根據實際情況，本生產線對于不同的鋼管其參數有所調整。

（3）施工工藝流程（見圖2-11-7）

（4）雙管聯焊生產工藝　如圖2-11-7所示，本條雙管聯焊生產線，為提高工作效率，實現流水作業，采用了雙線并行生產工藝。采用龍門吊卸車并將鋼管送至一側的上管平臺，利用兩臺裝在平臺兩側桁架上的電動葫蘆將鋼管從一側平臺吊至另一側的平臺并在此對管口選配、修口。本道工序尤為重要，它直接關系到組裝質量及施工效率。

鋼管選好后，利用上管液壓翻臂將鋼管翻至傳送線，傳到組裝工位，并將內對口器發送至組裝位置。升起對口轉臺，使鋼管脫離傳送輥輪。按動操作按鈕，使兩根鋼管的管口相對位置三維可調，組裝間隙調整好后撐緊對口器完成組裝作業。

組裝完成后，用環形加熱器預熱管口100～150℃，然后使用STT對鋼管進行根焊。根焊時為保證焊接質量，使焊工始終在最佳位置焊接，焊好后打磨焊道接頭并通過對口轉臺將鋼管旋轉90°，按上述位置對剩余焊道完成根焊。焊工操作基本處于立焊位置，有利于焊道成形及提高焊接速度。

根焊完成后將對口轉臺落下，退出對口器。將根焊焊好的鋼管傳送至自動焊（SAW）工位。如自動焊工位正在施焊，則將鋼管暫存于中間過渡段。

自動焊轉臺為可升降的轉臺，找正焊道位置升起自動焊轉臺，同時啟動自動焊轉臺和埋弧焊機，可對鋼管進行填充、蓋面焊接，填充焊和蓋面焊接不間斷進行，只需在填充、蓋面交接處調整焊接工藝參數即可。

整個焊道完成后，落下自動焊轉臺，將鋼管傳至下管平臺處，用液壓下管翻臂將鋼管送至雙聯管平臺。在平臺上完成無損檢測、焊縫返修及防腐補口等作業，經龍門吊裝車出廠。

為保證連續作業，兩條線的平臺均為100m以上，可存雙聯管100～300根。

以上工藝流程可多工序交叉同步進行，為了使作業流暢，在手工焊到自動焊工位間，傳送線可存放一根根焊好的雙聯管，并在兩線之間設有平臺，一方面促進流水作業順暢，另一方面可實現兩線交叉作業。

（5）生產線功能　雙管聯焊生產線各部分主要功能如下。

①采用龍門吊卸管，既節省了吊車又實現了大量存管，運輸方便，單管存放區通常可存管400根以上。

②在上管平臺兩側采用雙桁架電動葫蘆，其主要作用是將一側平臺的鋼管運到另一側，此外還可以對鋼管進行選配，兩個電動葫蘆由同一控制器操作，單動、聯動可調，使用時不影響其他工序正常作業。

③組裝系統由兩組對口轉臺組成，每組轉臺頂起一根鋼管，轉臺的升降通過液壓缸的升降來完成，其中一根鋼管上下可調，轉臺螺旋送進實現鋼管送進的軸向移動，另一根鋼管在轉臺上可實現上下、左右移動，實現了兩根鋼管管口的位置三維調節，操作人員邊觀察管口，邊操作按鈕，方便靈活，準確無誤，加快了組裝速度。兩個轉臺既可分動又可聯動，當兩管螺旋焊道重合時，分動調整，而焊工完成了1/4焊縫的焊接后，轉臺聯動旋轉90°，完成余下的焊道，焊接始終保持在最佳位置進行，有利于保證焊接質量。

④鋼管傳送系統由若干組傳送輥輪組成，由驅動電動機直接驅動，可實現兩根單管和根焊雙聯管的傳送。并可根據兩個工位要求設置分組，組間可進行單動和聯動。當根焊完成后，將整根管從手工焊工位傳到自動焊工位。由于所有轉臺均為可升降的，傳送時并不影響自動焊轉臺正常工作。

⑤自動焊轉臺采用可升降的結構，焊接時升起轉臺，使鋼管脫開傳送輥輪，進行填充、蓋面的焊接。轉臺的調速采用變頻無級調速，數字顯示，準確可靠，調節方便。

⑥每條生產線由2套液壓系統組成：組裝液壓系統、自動焊液壓系統。組裝液壓系統負責上管及組裝工序，自動焊液壓系統負責自動焊轉臺及下管工序，自動焊轉臺配有高性能的同步閥，以保證兩個執行機構的精確同步，操作方便。

⑦整條生產線采用一個電氣總控柜控制，根據工序分別配備兩個操作臺，分別用于上管、組裝操作和自動焊轉臺及下管操作。

⑧為保證焊接質量，改善工人的勞動環境，生產線手工焊及自動焊均在焊接工房內完成，并在每個工房內配備空調設備。

（6）生產線主要設備配備（見表2-11-10）

11.2.3　雙面埋弧自動焊焊接工藝（以ф1219mm×18.4mm為例）

雙管聯焊焊接施工采用雙面埋弧自動焊接工藝是借鑒于鋼管廠制管生產工藝。制管廠螺旋焊管一般采用內外雙面埋弧自動焊接工藝，對于大口徑鋼管焊接，采用此種焊接工藝能夠加快制管焊接速度。

雙面埋弧焊雙管聯焊生產線采用了類似于鋼管制管的焊接工藝，即采用內外埋弧自動焊焊接雙聯管。該工藝特別適用于管徑大、管壁厚的鋼管焊接施工，可以大大提高焊接工效。

（1）焊接工藝　采用雙面雙絲埋弧自動焊接工藝必須根據鋼管壁厚的不同制定不同的焊接工藝參數。以下以ф1219mm×18.4mm的管道雙管聯焊焊接施工為例介紹焊接工藝。接頭形式及尺寸見圖2-11-8，焊接規范見表2-11-11。

接頭形式：對接；

坡口形式：X形；

鈍邊：7～8mm；

坡口角度：90°±5°；

對口間隙：0～0.5mm；

錯邊：≤3.0mm；

焊縫層數：4層；

余高：0～2.0mm；

墊板：無。

（2）配套生產線（見圖2-11-9）

（3）施工工藝流程（見圖2-11-10）

（4）工位設置　雙管聯焊生產設置兩個焊接工位，即組裝定位焊工位和內外自動焊工位，兩工位操作獨立互不影響。設置兩個工位的目的是將雙管聯焊的生產形成流水焊接施工

（5）生產作業工藝　本生產線的雙管聯焊施工采用履帶吊將坡口加工后的鋼管放置在上管平臺上，由上管平臺中的液壓翻臂將鋼管放置在傳送線上，并通過傳送滾輪將鋼管傳送至組裝定位焊工位，同時上管翻臂將另外一根鋼管放置在傳送線上并傳送至組裝定位焊工位。對口器發送倉設置在生產線端部，待組裝鋼管到達定位焊工位后，由定位焊轉臺將鋼管托離傳送線，并通過定位焊轉臺上的側向旋轉滾輪對鋼管進行旋轉，進行初對口調整錯邊量。初對口完成后，發送內對口器進行組裝，并在管道外部進行預熱，隨后進行定位焊。定位焊為外部采用半自動焊在焊口滿焊一遍。對口定位焊完畢后，定位焊轉臺下降將鋼管放置在傳送線并傳送到內外自動焊工位。鋼管到達內外自動焊工位，再由內外自動焊轉臺將鋼管托離傳送線，并進行焊接前預熱達到規程規定溫度，隨后進行內部焊接。內部焊接是由設置在長度約16m大臂上的焊接機頭完成，內部焊接完成半個圓周后，外部和內部同時進行焊接。整體焊接完成后自動焊轉臺下降，將鋼管放置在傳送線上并將其回傳至下管平臺位置，通過下管翻臂進行下管。在雙聯管平臺上進行無損檢測，檢測合格的鋼管進行防腐補口，需要進行返修的鋼管通過軌道小車放置在返修區進行返修。補口后的鋼管在平臺底部由履帶吊進行堆管或裝車，完成整個焊接施工過程。

在進行內外焊接時，由限位盤對鋼管進行限位，防止在焊接時鋼管竄動。內焊時在鋼管外部設置攝像頭和監視器隨時觀察焊接位置的偏差并實時進行焊絲位置調整。在大臂內焊機頭位置也設有攝像頭，用以監視焊絲在管口的具體位置和焊劑的輸送回收情況。

（6）生產線功能　雙管聯焊生產線各部分主要功能如下。

①坡口加工。根據焊接工藝要求，需要對鋼管進行坡口的機械加工。采用專用鋼管端面坡口機進行X形坡口加工，便于焊接。

②上管平臺。上管平臺用于堆放坡口加工完成后的鋼管。可根據場地的大小制定不同長度的平臺用于堆放鋼管。

③對口系統由兩組對口轉臺組成，每組轉臺頂升單根鋼管，轉臺的升降通過液壓缸的升降來完成。用以調整管口錯邊量。定位焊接時鋼管可以旋轉。使焊工始終在最佳位置焊接，有利于保證焊接質量。

④傳送系統由若干組傳送輥輪組成，由驅動電動機直接驅動，可實現兩根單管和根焊雙聯管的傳送，并可根據兩個工位的要求設置進行分組，組間可進行單動和聯動。傳送電動機采用變頻控制。

⑤自動焊轉臺采用可升降的結構，焊接時升起轉臺，使鋼管脫開傳送輥輪，脫開后進行內焊接和外焊接。

⑥生產線由2套液壓站組成：組裝液壓站和自動焊液壓站。組裝液壓站用于上管、組裝工序，自動焊液壓站用于自動焊轉臺及下管工序，液壓執行機構均配有液壓鎖，保證在焊接時鋼管穩定旋轉。

⑦整條生產線采用一個電氣總控柜控制，根據工序分別配備兩個操作臺，分別用于上管、組裝的操作和自動焊轉臺及下管操作。

⑧內部埋弧焊接采用焊接臂完成，焊接臂長度約為16m，焊接臂端部安裝焊接機頭，用以完成內環焊縫的焊接。在焊接臂端部除安裝焊接機頭外，還安裝有焊接輔助設施，主要包括照明、機頭微調裝置。

⑨生產線配置焊劑輸送和回收裝置，用以進行焊接時的焊劑輸送和回收。

⑩為保證焊接質量，改善工人的勞動環境，生產線手工焊及埋弧自動焊均在焊接工房內完成，并在每個工房內配備空調設備。

（7）生產線安裝　生產線可根據實際情況制造成每8～10m為一組的撬裝結構，在現場制作混凝土基礎，安裝時將每組撬裝結構擺放到基礎上并找正調平固定即可，安裝速度快。

（8）生產線主要設備配備（見表2-11-12）

（9）主要人員配備（見表2-11-13）

（10）焊接功效和適應性　本生產線可適應管徑范圍為ф813～1220mm鋼管焊接。每臺班可完成ф1220mm×18mm鋼管焊接24道口。根據管徑和壁厚的不同，焊接工效有所變化。

11.3　雙聯管的運輸

11.3.1　一次倒管

一次倒管是指將預制好的雙聯管用運輸車輛通過公路從雙管聯焊場地運輸到施工作業帶或作業帶附近的過程。

①首先需要對現有的運輸車輛進行改造，或者增加相應的技措方法，保證車輛能夠運輸長達24m的雙聯管。運輸車輛改造是對一般的運管車進行改造，在運管車后增加一個炮車，通過連接橋與管車相連。炮車上安裝剎車制動裝置，保證車輛的整體安全。根據管徑大小拉運數根雙管聯焊。

②根據需要運輸的位置，先選擇好運輸路徑。選擇運輸路徑時應考慮當地道路的承載能力和轉彎半徑。

③車輛上路前需要和當地交通部門聯系，獲得當地交通部門許可后方可按照選擇好的路徑拉運雙聯管。

④對于轉彎半徑不夠處，經報交通部門同意，可對其進行適當處理。

⑤雙聯管運輸時，應以車隊的形式，由引導車統一指揮。

⑥運輸到位置后，可由吊車卸管，整體堆放在作業帶內，堆放要求應按相關規范要求執行，以保證安全。

11.3.2　二次倒運

當運輸條件較差，無法將雙聯管直接運到作業線上，就需要對雙聯管進行二次倒運。

①在地形和承載力較好的地段，用連接橋連接兩個炮車運輸雙聯管，牽引設備可以是輪式設備，這樣運輸較快。

②在地形平坦但承載力差地段，可以用連桿將兩個爬犁連接好，由履帶設備牽引，一次可拉運多根雙聯管。

11.3.3　布管

將運到作業線上的鋼管，用吊管機將雙聯管均布在施工作業帶上的過程就是布管。

如果雙聯管在溝上組裝焊接，運輸到位的管道應成鋸齒狀排布。如果雙聯管在溝下組焊，應布置在管溝上，組裝時再吊管下溝。