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肖介光 熊健 熊刚 毛文生 刑敏周 邱林 周宏俊
(成都熊谷电器工业有限公司，四川，成都 610091)
摘要：长输管道安装是条件非常严酷的野外施工，对焊接设备有特殊的要求，本文从长输管道施工的特点出发，对长输管道用焊接设备的特殊要求、研制难点、研制经验、新技术应用等做了较详细的介绍，并对今后的发展方向提出了自己的看法。
关键词：焊接设备；长输管道；多功能；研制经验
1.长输管道焊接的施工环境
长输管道安装属于野外施工。即要在东北、西北冬季的严寒（-20℃）条件下施工，又要在夏季沙漠地带的酷热（地表温度高达50－70℃）环境中施工；即要在西北多风沙的黄土高原地带施工，又要在西南、东南潮湿的环境中施工。
2.长输管道对焊接设备的特殊要求
2.1一机多用
长输管道对不同的管径、壁厚，对不同的施工技术能力和不同施工单位有不同的要求，现在国内使用的主要焊接方法有：纤维素焊条焊接、低氢焊条焊接、半自动自保护焊接、TIG焊等，即同一台设备要完成上述四种焊接方法。
2.2 小型轻便
长输管道既有平原机械化大流水施工，又有山地陡坡段施工，要求焊接设备即要能满足机械化大流水施工的长期工作，又要能满足山地施工的轻便要求，对于逆变焊接电源重量通常要控制在50KG左右；对于弧焊发电机重量通常要求控制在200KG以下。
2.3 可靠性
在野外施工通常要连续工作6-10个月，每天的施工时间长达10-12个小时，而且施工场地偏远，交通不便，对焊机的可靠性要求很严格，焊机一旦发生故障，将会因为维修不便造成施工单位的损失。
2.4 防护等级
焊机的防护等级至少应达到IEC974 IP23的要求，才能适应施工现场的环境条件。
3.长输管道焊接电源研制的难点
3.1 一机多用：
一台焊机要能够满足多种焊接方法的需要，即：手工TIG焊、纤维素焊条焊、低氢焊条焊和半自动自保护焊。同一台设备，至少应该具有上述4种焊接方法的所需要的输出特性，同时还要满足不同焊接方法对焊接电源动态特性的要求。
特别是焊接电源动态特性上，要同时兼顾多种焊接方法存在一定困难，例如：对IGBT逆变焊机而言，低氢型碱性焊条焊接时要求电感量在50-100μH，而纤维素焊条焊接时要求电感量在250-350μH，太小了会断弧，这就要求在满足一机多用的情况下，电抗器和控制电路应兼顾到多种焊接方法的需要。
3.2 焊接规范的特殊性
纤维素焊条焊接要求空载电压≥70V，用Ф3.2mm焊条能以35A的电流进行稳定的焊接，起弧容易；半自动自保护药芯丝焊接需要15V－25V的焊接电梗?0－130英吋/分的送丝速度(1.5－ 3.3米/分电流在150A－300A），而且还对送丝速度的稳定性有非常严格的要求。
3.3 重量与可靠性、稳定性的矛盾
对于焊接设备的设计制造，必须解决轻便性与稳定性、可靠性之间的矛盾。千万不能片面追求重量轻而忽视了可靠性、稳定性，特别是可靠性设计，地处荒漠地带的施工现场，完全有可能为一颗螺钉而驱车几百公里。
3.4 供电电源
焊机供电电源的品质，会直接影响到焊接质量。由于长输管道建设地域偏僻，交通不便，焊机的供电电缆往往会长达2~3公里，由于电源电缆很重，实际使用的电源电缆都比较细，线损很大，380V的电压送到焊机时只有340V左右，电源电压不可能满足一般焊机的需要；
同时因为野外发电设备不同于网络市电，电源频率也不能得到保障，50HZ的工频经常只有45HZ，所以要求焊机具有对电网电压的补偿能力和对45~60Hz频率的适应能力，才能满足焊接的基本要求。
4.长输管道焊接电源的研制经验
4.1 焊接电源应该具有多种功能
由于长输管道施工不同于工厂内设备的更换、维修那么方便，野外往往一名焊工需要完成从打底到填充盖面的所有工作，而根焊和填充盖面往往采用不同的焊接方法，需要多功能焊接电源；由于施工企业经常在大口径长输管道和厂站的小口径管道间平凡转换，口径的不一样所采用的焊接方法也不一样，同一台焊接电源应能完成手工根焊和半自动填充盖面。多功能焊接电源远比单一功能焊接电源受欢迎。
4.2 焊机性能的优化
4.2.1焊接性能的优化: 管道焊接常用的自保护药芯焊丝，普通的MIG/MAG焊电源是不能满足要求的，实际上能够满足自保护药芯焊丝焊接的焊接电源，往往作为MIG/MAG焊电源性能优良，但反之则不行。实践证明，要焊接药芯自保护焊丝，对焊接电源的输出特性、动态特性要求更严格，必须在焊接性能的提高上下更多的工夫。
4.2.1高效化：效率要达到90％以上，这样可以降低焊机对供电电源的要求，降低施工成本，特别是野外采用内燃发电机组作为焊机电源时，要求一台发电机组能够带更多的焊机。
例如：一台100KW发电机可带3台满负荷运行的DC-400，而带4台熊谷的D7-500焊机还有余量。
4.2.2很强的电源电压补偿、频率适应能力：焊机能够在三相380V±20%范围内稳定工作；频率适应能力达到45~60Hz。
4.2.3可靠性和耐候性：在D7系列焊接电源设计之初，就充分考虑了野外长输管道施工的环境特点，冷却采用了强力风机，对所有电路板都进行了三防处理，保证了野外工作的可靠性；
同时在元器件的选择上，应采用工业级或军品级，以保证可靠性和更强的环境适应能力。
图1. 熊谷D7-500多功能焊机
4.2.4轻便性和互换性：由于采用了逆变技术，使得D7-500焊接电源的重量只有55KG，保证了野外山地施工的方便性；同时考虑到国内施工承包商早期采购了大量DC－400焊接电源和LN－23P送丝机，在设计时注意到了其兼容性，替施工单位节约了大成本。
4.2.5严格的用户考核：新的焊接设备问世，必须通过严格的用户考核、征求用户意见，以全面验证焊机的综合性能。
2001年6月四川石油局在给油建公司西气东输项目配备自保护半自动焊机时，关于是否批量采购国产的D7系列药芯自保护半自动多功能焊机的问题上意见分歧很大，反对方认为国内的焊接设备不可靠，主要是靠搞关系进行销售，于是决定对熊谷的产品进行“背靠背”试验，即焊机生产厂家与焊机使用人员不准见面，经过一段时间的使用后，由几个不同的使用者写出书面评价报告。
试验的最终结果证明，熊谷D7-500药芯自保护半自动多功能焊机的综合性能达到了DC-400焊机的水平。
4.3 研制专用送丝机
传统的MIG/MAG焊送丝系统是不能满足半自动自保护焊需要的，无论是送丝机构、焊枪或控制系统都是这样。这是因为半自动自保护焊接时送丝速度很低，要求送丝力比一般MIG/MAG焊大，对送丝速度的稳定性要求更高，否则不能保证焊接质量。另外，野外作业对送丝机的密封要求也更高。
图2. 熊谷XG-90系列自保护药芯焊丝送丝机
4.4 防护性能必须达到真正的IEC 974 IP23
有于国内执行标准的不力，导致检验结果不能真正反映产品适应施工现场的恶劣条件的能力，使得国内许多在工厂性能不错的焊接电源，往往在长输管道施工现场故障频发，究其根本原因就是防护能力没有达到现场的要求，只有满足IEC974国际标准中IP23防护等级要求的焊接电源，才能适应施工现场的恶劣条件。
4.5 国内某些长输管道焊接电源存在的问题
4.5.1在研制过程中，缺乏有经验的焊接工艺人员指导，导致设备焊接性能与现场的工艺脱节，不能满足需要。
4.5.2在设计过程中，中片面追求减轻重量，忽视了设备的可靠性、稳定性。
4.5.3在制造过程中，一味追求低成本，使用低质量元器件、材料，导致设备在现场故障频发，形成低成本、低报价、低质量的恶性循环。
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