DB1310/T 287-2022 长输油气钢质管道自动焊装备通用技术要求

ICS75.180

CCSE98

1310

廊坊市地方标准

DB1310/T287—2022

长输油气钢质管道自动焊装备通用技术要

求

2022-12-28发布2023-01-28实施

廊坊市市场监督管理局  发布

DB1310/T287—2022

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

本文件由中国石油天然气管道科学研究院有限公司提出。

本文件起草单位：中国石油天然气管道科学研究院有限公司、国家管网集团工程技术创新有限公司。

本文件主要起草人：尹铁、张毅、闫洁、刘晓文、张倩、周伦、王新升、杨琦、张锋、于金柱、张

倩、刘建涛、武涛、李阳、张建平、马志锋、牛连山、鲍峰、张宝强、姜艳朋、郭奇超、贾超、蒋庆梅、

王长江。

I

DB1310/T287—2022

长输油气钢质管道自动焊装备通用技术要求

1范围

本文件规定了长输油气钢质管道自动焊装备（包含管道坡口机、管道内环缝自动焊机、管道全位置

自动外焊机）的技术要求。

本文件适用于长输油气钢质管道自动焊装备的设计、制造、调试和出厂。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T150.4压力容器第4部分：制造、检验和验收

GB/T3766液压传动系统及其元件的通用规则和安全要求

GB/T4210电工术语电子设备用机电元件

GB/T4588.3印制板的设计和使用

GB/T7932气动对系统及其元件的一般规则和安全要求

GB/T9061金属切削机床通用技术条件

GB15760金属切削机床安全防护通用技术条件

GB/T23570金属切削机床焊接件通用技术条件

GB/T25373金属切削机床装配通用技术条件

JB/T9872金属切削机床机械加工件通用技术条件

JB/T9877金属切削机床清洁度的测定

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

管道坡口机pipefacingmachine

具有仿形切削功能，用于管端坡口加工的专用设备。

管道内环缝自动焊机pipeinternalautomaticweldingmachine

具有管口快速组对和自动内根焊功能的专用焊接设备。

管道全位置自动外焊机pipeexternalautomaticweldingmachine

具有沿钢管周向移动和自动外焊功能的专用设备。

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涨紧机构presserbarmechanism

对钢管进行定位和涨紧的组合部件，分为前后两排涨紧器，主要包括涨紧缸、涨靴、顶杆等。

切削刀座cuttingknifeholder

刀座体、专用刀具、刀杆调整块等组成的切削体，由驱动马达带动实现对管口的切削。

焊炬weldingtorch

焊接实施的执行组合部件，亦称焊枪。

焊接单元internalweldingunit

提供送丝动力、控制送丝速度、调整焊炬二维空间姿态的组合部件，包括送丝机构、焊炬位置调节

机构、气电混合块、气电缆等。

焊炬同步定位机构positioningandCenteringofWeldingTorch

由三组定位气缸及定位块组成，且这三组气缸伸出后，定位块的前端面与管口端面处于同一平面，

继而保证焊炬的中心与管口端面处于同一平面。

焊接单元驱动机构drivingmechanismofweldingtorch

由驱动电机、齿轮和齿圈组成的环形旋转焊接单元驱动机构。

焊接小车weldingbug

具有行走、送丝和焊炬姿态调整等功能的焊接运动执行装置。

导向轨道guidingband

承载焊接小车绕管道周向进行运动的装置。

遥控盒remote-controlbox

控制焊接小车运动轨迹，焊接参数选择、调用、调整装置。

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焊缝跟踪weldseamtracking

在焊接过程中，保证焊枪运动精度的一种跟踪与控制技术。分为左右跟踪与上下跟踪。左右跟踪技

术保证焊枪、电弧、熔池的中心位置,与接缝的中心位置相吻合。上下跟踪使焊枪与母材准确保持在预

定距离。

控制系统controlsystem

系统中负责信息处理，进行运算、协调、调度、指令分发的模块。

控制器controller

控制系统中负责数学运算、逻辑运算、算法运算的功能模块。

上位机hostcomputer

发送操控指令，进行总体信息协调的可视化界面模块。

4管道坡口机技术要求

一般要求

4.1.1直径610mm及以上管道坡口机宜采用连杆-涨靴涨紧式结构，直径323mm及以上，直径610mm

以下的管道坡口机宜采用斜块顶推式涨紧结构。

4.1.2应配备吊环、吊孔等吊装机构。

4.1.3应在坡口主机上设计安装导向机构。

4.1.4切削机构应可以沿管端周向旋转，完成坡口形状加工。

4.1.5应能完成切削盘的前进后退动作。

使用条件

管道坡口机应适用下列使用条件：

a)环境湿度：≤90%；

b)环境温度：-40℃～+75℃。

技术指标

管道坡口机应适用下列技术指标：

a)管径：Ф323～Ф559、Ф610～Ф813、Ф914～Ф1016、Ф1219～Ф1422；

b)壁厚：6.3mm～45mm；

c)坡口加工形式：U、V、复合型；

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d)进给速度：0.1mm/r～0.4mm/r；

e)切削盘旋转速度：25r/min～50r/min；

f)坡口平面度误差：±0.1mm；

g)刀盘径向跳动误差：±0.1mm，刀盘端面摆动误差：±0.1mm；

h)坡口钝边误差：±0.2mm；

i)坡口表面粗糙度：≤Ra12.5。

设备组成

管道坡口机应由坡口主机与液压动力系统组成。

4.4.1机械系统

管道坡口机-坡口主机由安全防护机构、涨紧机构和切削机构等组成。坡口机-主机构成可参见图1。

图1管道坡口机-坡口主机

标引序号说明：

1-前防护机构;

2-涨紧机构;

3-中防护机构;

4-切削机构;

5-主传动机构;

6-涨紧机构;

7-底座。

4.4.1.1安全防护机构

4.4.1.1.1应设置防铁屑飞溅护罩。

4.4.1.1.2液压动力系统应设置防护栏。

4.4.1.2涨紧机构

4.4.1.2.1涨紧缸内表面粗糙度要求等级应达到Ra0.8；

4.4.1.2.2涨紧机构在管内涨紧后，刀盘与管轴线的平面度误差应不大于0.5mm；

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4.4.1.3涨杆压块应设计有安全保护机构，设计应符合GB15760中的规定。

4.4.2切削机构

4.4.2.1切削刀座位置应可调，且应均布于切削盘上；

4.4.2.2切削刀座应具有弹性浮动机构，保证实现切削过程中的随动仿形功能；

4.4.2.3切削刀座数量可根据管径、坡口形式的不同进行增加或减少。

4.4.3液压动力系统

液压动力系统组成可参见图2。

图2管道坡口整形机系统

4.4.3.1液压动力系统设计应符合GB/T3766中的规定。

4.4.3.2刀盘旋转驱动系统工作压力宜为10MPa～20MPa。

4.4.3.3涨紧系统工作压力宜为8MPa～12MPa。

4.4.3.4进给系统工作压力宜为5MPa～10MPa。

4.4.3.5涨紧液压系统中应设有蓄能器，蓄能器充压下降值应不低于预充压值的10%。

4.4.3.6切削控制系统应具有压力反馈功能，可实现怠速和切削速度控制。

4.4.3.7坡口主机上应设有切削、涨紧、进给压力表。

4.4.3.8液压动力系统中应设有系统压力表。

4.4.3.9液压动力系统应设有燃油不足报警功能。

4.4.3.10液压动力系统应设有冬季自加热启动功能。

5管道内环缝自动焊机技术要求

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一般要求

5.1.1机头应具有同步定位功能和涨紧功能。

5.1.2应具有前进、后退和刹车等功能。

5.1.3山地型应具有下坡行走速度自动控制功能。

5.1.4应具有在管道外部对设备的远程操作功能。

5.1.5应具有多焊接单元独立设置。

5.1.6宜具有焊缝自动观测功能。

使用条件

管道内环缝自动焊机应适用以下使用条件：

a)环境湿度：≤90%；

b)环境温度：-40℃～+75℃；

c)海拔高度：≤5500m；

d)供电电源：发电机供电或工业电网供电，三相电压380V±10%，频率50Hz±6％。

技术指标

管道内环缝自动焊机应适用以下技术指标：

a)管径：Φ559,Φ610,Φ711,Φ813,Φ914,Φ1016,Φ1219,Φ1422；

b)行走速度：0m/min～30m/min；

c)弯管通过能力：普通管道内环缝自动焊机应能通过大于或等于40D曲率半径的弯管，具有柔性功

能的管道内环缝自动焊机应能通过大于或等于5D曲率半径的弯管；

d)适应管线纵向坡度适应能力：

e)通用型：≤15°；

f)山地型：≤30°。

g)组对间隙：0mm～0.5mm；

h)送丝速度：0mm/min～12000mm/min；

i)控制系统防护等级：IP54；

j)焊接电源防护等级：IP23。

机械系统

管道内环缝自动焊机由导向机构、焊炬同步定位机构、涨紧机构、焊接单元、焊接单元驱动机构、

导向柔性机构、行走和刹车机构等构成。管道内环缝自动焊构成可参见图3。

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图3管道内环缝自动焊机

标引序号说明：

1-导向机构;

2-焊炬同步定位机构;

3-涨紧机构;

4-焊接单元;

5-焊接单元驱动机构;

6-导向柔性机构;

7-行走和刹车机构;

8-中机架。

5.4.1导向机构

导向保护装置应保障管道内环缝自动焊机顺利入管，应能保护其涨靴、气缸、连杆及各种阀件等免

受外力损坏。

5.4.2焊炬同步定位机构

5.4.2.1宜采用多组定位机构，应使定位面与被焊管的管端截面处于同一平面。

5.4.2.2焊炬中心应与管口截面处于同一平面，应使每段焊道首尾相接，且处于同一圆截面。

5.4.3涨紧机构

5.4.3.1前后涨紧盘应均匀设置多组涨紧压块，应保证钢管管口的同轴组对且应不损伤钢管内涂层。

5.4.3.2涨紧块数量应宜符合表1要求。

表1涨紧块数量

管径Φ559～Φ813Φ813～Φ1016Φ1016～Φ1422

单排涨紧块数量/个≥16≥20≥24

5.4.3.3涨靴内侧面到坡口中心间距应不大于110mm。

5.4.4焊接单元

5.4.4.1焊接单元宜采用全密封结构，应在空间上呈独立分布。

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5.4.4.2每个焊接单元应布置在焊接驱动旋转盘上，数量应根据管径大小而定，Φ559～Φ813宜为4

个，Φ914～Φ1016宜为6个，Φ1219～Φ1422宜为8个。

5.4.4.3焊接单元宜利于拆装，便于维护和更换焊丝。

5.4.4.4焊接单元应能调整焊炬位置对中，左右调整量±2.5mm。

5.4.4.5焊接单元应能自动实现焊炬升降和复位。

5.4.5焊接单元驱动机构

5.4.5.1焊接单元驱动机构应能调整旋转驱动速度。

5.4.5.2焊接单元驱动机构应具有野外防尘保护装置。

5.4.6导向柔性机构

5.4.6.1导向机构与中机架应采用柔性连接结构。

5.4.6.2具有整机柔性机构的管道内环缝自动焊机在吊装、定位、行走、焊接时，应能实现导向机构

和中机架之间的刚柔转换。

5.4.7行走和刹车机构

5.4.7.1行走和刹车机构与管壁相接触的外层均应使用耐压、抗磨材料制成。

5.4.7.2行走驱动系统应具有独立流量调节阀，应能满足不同工况条件的行走速度和驱动扭矩调节。

5.4.7.3刹车机构支撑缸系统应具备压力可调功能，应能满足不同工况条件的刹车力调节。

5.4.7.4制动用刹车装置周围应设计有安全保护机构。

控制系统

5.5.1控制系统设计应符合下列要求：

a)电子元器件选用应符合GB/T4210规定；

b)电路板设计应符合GB/T4588.3规定；

c)应具有送丝电机过流保护功能。

5.5.2应具有送气、起弧和收弧等焊接动作指令及焊接参数调节功能。

5.5.3涨紧机构与定位机构之间、焊接系统与行走、行走与刹车机构之间应具备互锁功能。

5.5.4应支持模拟量通讯接口或工业总线协议。

5.5.5应具有电压显示和调节功能。

焊接电源

5.6.1应满足焊接工艺要求的输出特性。

5.6.2应与内焊机焊接单元送丝机构有效配合，达到起收弧效果。

5.6.3供电电源技术要求可参见5.2d）。

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气动系统

5.7.1气动系统设计、气动元器件的选用应符合GB/T7932中的规定。

5.7.2储气罐制造应符合GB/T150.4中的规定。

5.7.3在平原段、气压1.0MPa下，储气量应满足管道内环缝自动焊机管内连续行走24m行程及定位

涨紧力要求。

保护气供给系统

应采用气体流量计进行流量控制，压力范围：0.8MPa～1.3MPa，流量范围：15L/min～45L/min。

6管道全位置自动外焊机技术要求

一般要求

6.1.1应具有沿导向轨道圆周运动的能力，并满足各层焊缝焊接工作。

6.1.2应适用于不同壁厚、坡口形式（V型、U型、复合型等）的管道焊接。

6.1.3应具有焊炬上下、左右、摆幅调整功能。

6.1.4上位机应直观显示操作界面。

6.1.5应具有焊接参数的上传、修改和下载功能，并根据不同的焊层自动调用焊接参数。

6.1.6多焊炬应具有上下、左右电弧自动跟踪功能。

使用条件

管道全位置自动外焊机应适用以下使用条件：

a)环境湿度：≤90%；

b)环境温度：-40℃～+55℃；

c)海拔高度：≤5500m；

d)供电电源技术要求应参见5.2d）。

技术指标

管道全位置自动外焊机应适用以下技术指标：

a)管径：Φ257～Φ1422；

b)摆动方式：平摆或角摆；

c)焊炬上下左右调整范围：±25mm；

d)焊接速度：0mm/min～1200mm/min；

e)送丝速度：0mm/min～15000mm/min；

f)焊缝跟踪精度：≤0.2mm；

g)防护等级：IP54。

系统组成

管道全位置自动外焊机系统组成参见图4和图5。

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图4单焊炬管道全位置自动外焊机系统组成结构图

图5双焊炬管道全位置自动外焊机系统组成结构图

6.4.1机械传动系统

机械传动系统应包括焊接小车和导向轨道。焊接小车分为单焊炬焊接小车和双焊炬焊接小车。焊接

小车组成参见图6和图7。

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图6单焊炬焊接小车图

图7双焊炬焊接小车

6.4.1.1焊接小车应设计夹紧装置，应能实现焊接小车在导向轨道的可靠固定。

6.4.1.2焊接小车和导向轨道应配合完成啮合与传动，应能实现焊缝周向前进、后退运动。

6.4.1.3焊接小车应设计焊炬调整机构，宜分为垂直调整机构和水平调整机构，应能实现焊接过程中

焊炬实时姿态的调整，调整量应符合下列技术要求：

a)垂直调整机构的调整量应≥35mm；

b)水平调整机构的调整量应≥40mm，往复定位误差应≤0.1mm；

c)摆幅调整步长宜为0.2mm/次；

d)调整机构应运行灵活、且两个方向的极限位置都应设有缓冲机构；

e)垂直和水平滑动部件的结合部应进行防尘处理。

6.4.2控制系统

控制系统应包括核心控制单元、上位机、数据处理单元、焊接参数数据库、数据通讯单元及通讯接

口。

6.4.2.1控制系统应至少具有下列通用工业标准的数据交互接口之一：

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a)0V～10V模拟量接口；

b)RS232/485标准串行接口；

c)工业总线。

6.4.2.2控制系统应采用安全电压。

6.4.2.3遥控盒宜具有以下操作功能：

a)焊接前的操作功能：

1)焊层选择；

2)焊炬上下左右位置调整；

3)焊接小车手动前进或后退；

4)点动送丝；

5)点动试气。

b)焊接中的操作功能：

1)起、熄弧；

2)焊炬位置调整；

3)焊炬摆幅调整；

4)焊接速度调整。

6.4.2.4控制系统可根据管材、焊材、坡口形式、壁厚等参数，调用数据库中的焊接工艺参数。

6.4.3送丝机构

6.4.3.1单/双焊炬送丝系统宜具有以下结构：

a)单焊炬宜采用拉丝结构；

b)双焊炬宜采用推丝结构。

6.4.3.2送丝机构应满足Φ0.9mm～Φ1.6mm焊丝的平稳送进要求。

6.4.4焊接电源

6.4.4.1焊接电源应具有脉冲输出、直流输出的电源特性。

6.4.4.2焊接电源应具有外控启停、电压调节、电流调节、起收弧控制功能。

6.4.4.3供电电源技术要求应参见5.2d）。

6.4.4.4焊接电源应至少具有下列通用工业标准的数据交互接口之一：

a)0V～10V模拟量接口；

b)RS232/485标准串行接口；

c)工业总线。

7加工制造与装配

管道坡口机

7.1.1加工制造

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7.1.1.1零部件应按设计图纸要求进行加工制造，应符合GB/T9061、JB/T9872的规定。

7.1.1.2设备中钢制焊接件加工应符合GB/T23570的规定。

7.1.1.3直径610mm以下的管道坡口机，前、后锥法兰套的斜槽角度、宽度应与相应的涨紧块匹配。

7.1.1.4切削刀盘宜采用ZG45材质并时效处理。

7.1.1.5切削刀盘支撑主轴的毛坯应进行锻造和调质处理，主轴外表面应进行表面淬火处理，粗磨、

精磨至装配尺寸。

7.1.1.6顶杆、涨靴表面应进行淬火处理，连杆应进行调质处理。

7.1.2装配

7.1.2.1零部件装配质量应符合GB/T25373的规定。

7.1.2.2切削机构装配应保证主轴、刀盘轴向同心，螺栓紧固。

7.1.2.3定位机构的涨紧零部件运行应灵活，不应出现卡滞现象。

7.1.2.4切削部件装配应保证刀具连接紧固。

7.1.2.5液压动力系统应满足下列要求：

a)液压油箱加油口应安装过滤小于10um的液压油过滤器，保证系统液压油的纯度；

b)液压油应根据设备施工环境温度选用，-15℃及以下宜使用航空H10抗磨液压油，-15℃～45℃宜

使用HM32液压油，45℃以上宜使用HM46液压油。

管道内环缝自动焊机

7.2.1加工制造

7.2.1.1零部件应按设计图纸要求进行加工制造，应符合GB/T9061、JB/T9872的规定。

7.2.1.2机架、入管导向机构、轮架等重要焊接部件的承载焊缝质量，应符合GB/T23570的规定，焊

缝应连续无间断。且应在加工后进行热处理，以消除应力。

7.2.2装配

7.2.2.1零部件装配质量应符合GB/T25373的规定。

7.2.2.2焊接单元安装于旋转盘上，其焊炬中心应处于同一圆平面上。

7.2.2.3组装后的机头柔性偏转机构应转动灵活，其上安装的弹簧应既有一定的刚性，同时也能确保

机头绕万向节中心柔性转动。

7.2.2.4应按JB/T9877检查清洁度。气动系统的可进行抽检，管路、管接头、分气块等通道必须清

洁干净，不应有任何异物（如毛刺、铁削、氧化皮等）存在。其它部件的清洁度可用目测、手感法检验，

不应有脏污。

7.2.2.5控制系统搭建应满足电路图要求，且应符合GB5226.1的规定。

管道全位置自动外焊机

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7.3.1加工制造

7.3.1.1零部件应按设计图纸要求进行加工制造，应符合GB/T9061、JB/T9872的规定。

7.3.1.2焊接小车零部件表面处理应符合下列规定：

a)外部裸露钢件应进行镀铬处理；

b)铝件应进行表面硬质氧化处理；

c)易磨损件宜采用耐磨材料或进行相应调质或淬火处理。

7.3.1.3焊接小车驱动轮或驱动齿表面宜采用渗碳处理，渗碳层厚度不小于0.3mm，驱动齿轮表面硬

度宜为HRC58～HRC62。

7.3.1.4焊接小车夹紧轮表面硬度宜为HRC48～HRC52。

7.3.1.5导向轨道制造要求：

a)导向轨道材料宜采用柔性钢带，表面应进行调质处理，表面硬度为HB480～HB510；

b)轨道可采用时效或振动法消除应力。

7.3.2装配

7.3.2.1焊接小车及导向轨道

7.3.2.1.1零部件装配质量应符合GB/T25373的规定。

7.3.2.1.2焊接小车的焊炬摆动机构和焊炬姿态调整机构运行应灵活，不应出现卡滞现象。

7.3.2.1.3焊接小车行走轮、夹紧轮应与焊接轨道良好啮合。

7.3.2.2控制及数据处理系统

7.3.2.2.1装配前应对所有元器件进行指标测试，按设计布局进行模块化安装。

7.3.2.2.2电路板及接头线的焊接应防止虚焊、假焊，焊接点应接触良好。

7.3.2.2.3接线端子应连接牢固。

8试验测试

设备功能检查

8.1.1管道坡口机应按附录A的要求检查并记录。

8.1.2管道内环缝自动焊机应按附录B的要求检查并记录。

8.1.3钢管道全位置自动外焊机应按附录C的要求检验并记录。

设备空载检验

8.2.1管道坡口机应按附录A的要求检验并记录。

8.2.2管道内环缝自动焊机应按附录B的要求检验并记录。

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8.2.3管道全位置自动外焊机应按附录C的要求检验并记录。

设备负载检验