吕涛
胜利油田地面工程维修中心河口维修服务部，山东 东营 257200
摘要：油气管道是石油和天然气的重要输送基础设施，是保障国家能源安全的一个重要建设环节。焊接工序是油气管道工程施工的关键过程，其施工质量与质量安全控制措施不容忽视。为使油气管道焊接质量安全不断提升，笔者给出多年工作经验沉淀下来的技术保障和管理保障措施，助力同行夯实油气管道焊接作业质量安全发展基础。
关键词：石油和天然气；油气管道；焊接过程；质量安全；控制措施
1前言
随着石化工业的不断发展，自动焊接技术也在不断发展和创新，目前管道自动焊接机器人已应用于石化管道焊接方面。管道自动焊接机器人通常可以取代人工焊接，焊接速度快且平稳，工作效率更高，焊接效果更好。因此，设计一套符合实际需求的管道自动焊接控制系统非常重要。
2油气管道自动焊接控制系统设计
2.1管道自动焊接控制系统
管道自动焊接就是指在管道非旋转的情况下，借助于焊接小车带动焊枪沿着装卡在管壁上的焊接轨道自动平稳地运动，随着焊接小车的运动在焊缝处完成不同位置的焊接过程。在自动焊接过程中，涉及焊接小车的行走，焊接电压和焊接电流的调整，焊枪的上下调动和左右摆动等功能，这些功能都是通过控制系统来实现的。
2.2控制系统的设计要求
为实现单枪双丝管道自动焊接而进行控制系统设计，基于对现有的半自动焊接、双枪自动焊接和药芯自动焊接等焊接方法和焊接工艺的了解，结合国内外管道自动焊接的技术特点，开发出能够提高焊接速度和焊接效率，保证焊接质量和较高的焊缝一次成型合格率，降低焊接人员工作量的自动焊接控制系统。为实现这一预期目标提出以下控制系统设计要求。1）能实现对焊接小车行走速度的实时控制，行走速度在0～1200mm/min连续可调。2）能实现对焊枪上下调整和左右摆动的实时控制，焊枪调整范围为±38mm，角度调整范围为0度～10度。3）能够实现对送丝速度的实时控制，送丝速度在0～12000mm/min连续可调。4）能实现对来自角度传感器的编码进行转换和角度判读，为自动焊接程序提供角度位置信号。5）能够对来自手持遥控器各功能键传出的命令信号进行译码判读和响应，并作出相应的反馈信息以执行自动焊接或手动操作的各种动作。6）建立综合数据库，能对焊接工艺参数和控制参数进行上传、修改编辑、下载及储存等操作，方便焊工在焊接时随时对焊接参数进行调控。7）能对新编写或已储存在数据库中焊接工艺参数进行辨识和读取，进行自动焊接操作。
2.3控制系统整体设计方案
为了提高管道自动焊接控制系统的稳定性，采用控制功能单元化的设计方法，控制系统功能单元包括PMAC主控单元、ARM信号处理单元、手持遥控单元、角度传感单元、综合数据库、焊接驱动单元（运动控制）、焊接电源控制单元（参数控制）等[9]。当按下手持单元上的按键时，手持单元控制信号和来自角度传感单元的角度传感器信号经ARM信号处理单元进行信号处理，然后发送给PMAC主控单元。PMAC主控单元按照预设程序、参数给焊接小车驱动单元和焊接电源控制单元发送控制信号，控制焊接小车和焊接电源进行相应的动作。运动控制：当PMAC接收到角度传感器的位置信号以及手持遥控器的焊层选择信号后，调用相应的子程序，与综合数据库建立通信，综合数据库根据PMAC信号返回相应的运动变量。此时PMAC得到运动控制变量值，经程序运算后，产生与之对应的脉冲频率及方向信号，此信号经扁平电缆传送至转接板，连接到电机驱动器，驱动电机产生对应的转速及动作。
焊接参数控制：当PMAC接收到角度传感器的位置信号以及手持遥控器的焊层选择信号后，调用相应的子程序，与综合数据库建立通信，综合数据库根据PMAC信号返回相应的焊接参数变量，此时PMAC得到焊接参数变量值，经程序运算后，产生与之对应的数字信号，此信号经扁平电缆传送至转接板，连接到焊接参数控制板。焊接参数控制板中有三个寄存器，分别用来存放送丝速度信号、电压修正信号和脉冲信号，这三种焊接参数信号经过运放等处理手段输送给板上的AD558，产生与之对应的0～10V模拟信号，然后发送给ROB5000；ROB5000接收到来自焊接参数控制板的模拟信号后，将其转换为数字信号，送给焊接电源，经内部运算后驱动送丝机送丝和焊接电源输出。
4油气管道焊接技术
4.1自动焊
自动焊是一种成熟的油气管道焊接技术，整体工作效率比较高，可以保障焊接质量，同时降低人为因素的影响，在大口径管道焊接过程中适合利用自动焊技术。在焊接过程中，可以利用实芯焊丝气体保护自动焊接技术，对于周围环境提出较高的要求，在焊接过程中需要设置防风棚。工作人员也可以利用药芯焊丝自动焊接技术，这种焊接技术具有良好的管材适应性和焊接韧性，可以快速熔敷，同时具有良好的经济性，选择的药芯材料包括还原剂和钛合金以及造渣剂等，利用药芯焊丝自动焊接技术的过程中，可以根据实际情况合理选择药芯焊丝气体保护焊和自保焊方式。电阻闪光对焊也是自动焊技术中重要的一部分，这种焊接方式属于压力焊，发挥强电流和低电压交流电，迅速提高管道温度，有效保护焊接区，利用外加顶锻压力，使管端因此融化，优化焊接作业水平。
4.2手工焊条下向焊
手工焊条下向焊属于一种全面焊接方式，在管道顶部引弧，根据由上向下的顺利焊接。手工焊条下向焊方式可以保障焊接质量，同时可以提高整体工作效率，降低整体劳动强度。利用手工焊条下向焊的过程中，可以利用混合型手工下向焊，在常熟管道现场阻焊过程中适合利用这种焊接方式，在焊接过程中利用纤维型焊条和低氢型焊条，在打底焊和热焊过程中适合利用纤维型焊条，在填充焊和盖面焊接过程中适合利用低氢型焊条。如果油气管道属于钢管材质，并且要求焊接接头具有较高的韧性，适合利用混合型手工下向焊接方式，同时可以在严寒环境中稳定焊接。在焊接过程中利用全纤维素手工下向焊，指的是工作人员在油气管道现场组焊阶段利用纤维型焊条，完成根焊和热焊以及盖面焊等方式，在根焊阶段利用单面焊双面形式。在薄壁大口径管道中适合利用全纤维素手工下向焊方式，可以保障油气管道焊接效果。
4.3半自动焊焊接技术
在油气管道填充焊和盖面焊过程中适合利用半自动焊接技术，整体焊接方式比较简单，有利于提高油气管道焊接工作效率，有利于降低劳动强度。在填充焊和盖面焊中广泛利用自保护药芯焊丝半自动焊，这类技术具有较强的环境适应性和工艺性能，可以提高焊接的合格率，节省焊接成本。此外这类技术对于焊接人员没有提出较高的要求，在户外场所中适合利用这项技术。利用CO2活性气体保护焊技术，可以提高油气管道焊接工作的稳定性，避免管道根部焊接中出现飞溅问题，提升打底焊的工作效果。利用CO2活性气体保护焊可以更加简便的完成焊缝成形，降低劳动强度，在油气管道焊接过程中广泛应用。
6结束语
油气管道具备特殊的运输特征，在运行时，需要承受内外部一定的荷载压力，在运输过程中，也会产生易燃易爆以及有毒物质，有着很大的安全风险。因此，为了保证油气管道安全稳定运行，提升油气管道的整体质量，应该加强对焊接工艺质量的控制，不断分析焊接过程中的影响因素，并且提出有效地解决手段和方法，通过完善工艺流程和相关质量管理体系等，去对整个油气管道的质量奠定基础保障，有效降低焊接过程中的安全风险，
参考文献：
[1]雷倪平.基于安全施工的电焊焊接防触电技术研究[J].现代工业经济和信息化,2019,9(01):91-92+123.
[2]周闽.一起电焊切割过程中触电伤亡事故分析[J].建筑安全，2018,33（09）：48-52.