[发明专利]压力管道焊接工艺

摘要

本发明涉及管道焊接领域，具体涉及一种压力管道焊接工艺。压力管道焊接工艺，具体在于以下步骤，焊前准备，焊接，手工钨极氩弧焊，手工电弧堆焊，裂纹缺陷的挖补焊接，不等壁厚对接焊件坡口加工，焊接后热处理。优点是工艺完善，操作合理，安全可靠，焊接效率高，提出手工钨极氩弧焊、不等壁厚对接焊件坡口加工、裂纹缺陷的挖补、手工电弧堆焊等焊接方法，满足不同焊接状况。

主权项

压力管道焊接工艺，其特征在于以下步骤，焊前准备，被焊管子必须具有质量证明书，且其质量符合国家现行标准的要求；进口材料应符合该国家标准或合同规定的技术条件；焊接材料的质量必须符合国家标准，且具有质量证明书；其中钨棒宜采用铈钨棒；氩气纯度不应低于99.95%；二氧化碳气纯度不低于99.5%；含水量不超过0.005%；压力管道予制和安装现场应设置符合要求的焊材仓库和焊条烘干室 ，并由专人进行焊条的烘干与焊材的发放，并做好烘干与发放记录；焊缝位置的确定；焊缝应避开力集中区，便于施焊及热处理工作的进行，具体有以下要求：管道对接焊缝中心线距管子弯曲起点应不小于管了的外径，并且不小于100mm，成品弯头除外，与支架边缘距离不小于50 mm，对于需要预热及焊后处理的管件，焊缝中心线与弯曲起点及支架的距离应满足热处理时保温层及炉具设置的要求，应大于保温层宽度的三分之二；管接头和仪表插座避开管道上的焊缝及热影响区；筒体的对焊接焊口，其中心线距离封头弯曲起点不小于壁厚加15mm；纵向焊缝的筒体和封头，其两纵向焊缝距离应大于三倍壁厚，且>10mm；焊接管的管孔要避开焊缝及热影响区，否则必须：管孔两侧60mm，若d>60mm则取d值，的范围的焊缝要经射线探伤检查合格；孔边缘不在焊缝缺陷上；接头需经焊后去应力处理；搭接焊缝的搭接长度大于五倍母材厚度，并且>30mm；坡口选用，要本着保证焊接质量高，金属充填量少，便于操作，改善劳动条件，减少焊接应力与变形，利于质量检查等原则进行，对于厚度δ<3mm的一般非重要结构及管子无需要坡口；对于δ<16mm的板，管结构，采用“∨”型坡口；对于δ<16mm限于单面焊的板，管结构采用双“∨”型坡口，对于δ<16mm可双面施焊的板管结构采用“x”坡口，对于要求焊件的变形及应力极小，且只允许单面施焊的板，管结构采用“∨”，“∨/U”坡口；各种坡口及尺寸，根部采用氩弧焊时钝边厚度可大于手工电弧焊时钝边厚度；母材下料与对口，焊件下料以机械方法为宜，淬硬倾向较大的合金钢用热加工方法下料时，切口部位必须进行退火处理，或用机械方法除去热影响区，一般非淬硬性材料的气割坡口，应除去表面氧化皮和污物并修整平齐，高合金钢不得进行气割加工坡口；剪床切割的钢材边缘不应有裂纹，毛刺和缺棱等缺陷；对接焊口的端面斜度<1％，管外径d≯2mm，坡口以外两侧10‑15mm范围内，焊前进行清理油、锈、污物，并检查应无裂纹，夹层缺陷；焊件组装时应垫置牢固；对口要求内外壁平齐，对于内径不等的板件和管件，对接单面焊的局部错口值不应超过壁厚的10％，且<1mm；    焊接设备，焊接机具设备主要包括：交流焊机、直流焊机、氩弧焊机、高温烘干箱、中温烘干箱、恒温箱、二氧化碳气体保护焊机、焊条保温筒、内磨机及电动磨光机；用于压力管道焊接的各类焊机必须装有电流表、电压表；2）焊接：点固焊：对口要求的各项条件达到后，进行点固焊，点固焊的焊接工艺参数，焊接材料，焊工等条件与正式底层焊缝施工相同，点固焊缝的分布应在整个焊缝上均匀分布，d<Ø100‑ Ø200mm,的管子采用三点，d> Ø200mm的管子采用四点点固；焊缝厚度应与底层焊缝相同，焊缝长度在10‑30 mm之间选择，管径大时选择较大的焊缝长度；底层焊缝的焊接；对于要求单面焊双面成型的底层焊缝有氩弧焊和电弧击穿焊两种方法；对于不要求透度的焊缝可不采用氩弧焊及击穿焊法而采用非击穿电弧焊；需要氩弧打底的结构：工作压力>64kg/cm²或T>450℃汽、水管道，再热管道，冷却水及润滑油，调速油管道，不锈钢管道，主汽，再热蒸汽主管道上的疏水管道，15M0₃C 以上合金成分的合金管道氩弧打底进行充氩保护；对于振动轻，压力小而对工质纯净度要求高或要求抗裂性好的板及管结构，有较大的空气流或负压并无法消除时，采用击穿焊；对抗裂性要求小的变通结构，如承重，承压部件可采用非击穿法焊接；氩弧打底焊接工艺参数按氩弧焊工艺选择；采用击穿法焊接底层焊缝时，应采用抬、顶、灭方法运条操作为宜，以使焊缝的成型良好及保证焊缝质量；底层焊缝的厚度应以所用焊条，焊丝的直径大小为宜；充填层及表面层焊接，以手工电弧连续运弧焊接为宜；δ>4mm的工件采用多层焊；坡口宽度大于四倍焊条直径时采用多道焊；每道焊道的宽度为3‑4倍的焊条直径，平均每层焊层的厚度等于所用焊条的直径，最大值≯3d焊条；各层道间的焊渣应严格清理，避免缺陷产生，底层焊缝经检查合格后应及时进行充填焊；各层道焊接电流的选择，依据IH=(30—50)d选择，d为焊条直径，单位为mm，IH为焊接电流，单位为安培，以在正常焊接速度下能形成并保持良好的椭圆开熔池为宜，严禁采用过大的焊接电流焊接而产生焊缝过烧，劣化焊缝质量，IH不得低于20d；焊接操作中严格控制焊缝形状系数，保证B/H=1.5左右，否则焊缝质量差，成型不好；多层多道焊的焊接顺序应合理安排，减少焊接顺序不合理造成的焊接应力；多层多道焊缝的接头应相互错开10—20mm，收弧时应填满熔池，接头应叠压5—10mm；易淬硬裂纹的高合金工件，焊接时应设置引弧板；直径大于194mm的管件，采用二人对称焊接，焊接过程中应保持二人采用的焊接线能量及其它焊接参数的一致性；焊缝除工艺或检查要求分次施焊外，应连续一次完成，否则应做好防裂措施，再焊前对焊缝进行检查是否出现裂纹，如有裂纹应首先清除，然后再进行焊接；直径大于1000mm的管道或容器的对接焊缝应采用“×”型坡口，以面焊的焊接工艺；焊接过程中，如发现焊接缺陷，应及时进行挖补，焊缝上同一缺陷位置的挖补次数不得大于两次，需要立即热处理的接头，应在热处理后进行反修，反修后再进行一次热处理；表层焊缝应过度圆滑，不得出现咬边及熔坑；宽度，加强高度及不均匀程度不应超出质量标准的合格范围；焊缝焊后，焊工要首先进行自检，自检合格后，在焊缝近区打上焊工代号钢印；对易产生延迟裂纹的钢焊后应及时热处理，否则应进行250℃‑350℃后热，缓冷，其加热宽度与热处理相同；冷拉口应在焊接热处理完毕后，方可拆除冷拉工具；3）手工钨极氩弧焊，采用接触引弧时，不应用划擦法，应将钨极向坡口处轻轻一点，不得用力过猛，采用高频引弧装置线弧；运弧，就采用直线开运弧，焊枪的横向摆动幅度亦小于5mm；收弧，应将电弧引向坡口边缘停弧，采用电流不衰减装置对电流进行衰减，焊缝中心突然继弧，不得在应力集中处停弧；焊接过程，焊丝熔化端的端头不得离开保护区；坡品及焊丝的清理应比电弧焊的要求严格，不得有油，锈污物残留；焊缝的背面，对于氧化钢应充氩保护，背面充氩保护的气体流量，就装设不影响焊枪中气体流量的另一套供气装置；其流量不影响成型；合金钢大径厚壁管或裂纹倾向大的径管采用二人对称焊接；冷拉口应在充填焊及热处理后，方可松开冷拉工具；焊接速度应适中，在焊接中能保持稳定的椭圆开熔池；焊枪的角度，应始终保持与熔池处切线呈后倾70‑80°角度，并保持喷嘴轴线始终在管中平面内；4）手工电弧堆焊，焊前，应对工件的被堆焊面，进行清理铣除死角修整圆滑，将其表面的残余油，锈污物清理干净，露出金属光泽；前次堆焊的焊层应车削清除干净；清理后对被焊工件表面进行缺陷检验，无缺陷时方可做下一步的准备工作；对塑性差的材料，过渡层焊接材料就用“A”体焊条或Ni基焊条，其他过渡层按成分过渡的原则选择；对于易变形或易裂的材料，应进行适当的预热，对于高碳钢及厚壁普通钢，应预热100‑250℃，对于裂纹倾向大的高合金钢等应预热250‑400℃，对于散热系数大的有色金属，应预热300‑500℃；此外还应根据焊接材料所需的预热温度综合考虑选择；焊条的烘干，使用前应对焊条进行适当的烘干，碱性焊条应进行350℃，1‑2小时的烘干，酸性焊条应进行150℃，1‑2小时的烘干；焊接中应采用小线能量，窄道，直线运条施焊，焊条金属应短路过渡，Ih=10dH,L<50mm；堆焊，对同质，同成分的母子材和焊条，其堆焊层数无要求，对于焊条成份与母材差异很大的堆焊层，在低碳，低合金钢基体上堆焊硬质合金，堆层一般不能小于3层；每层厚度应≤dH，dH为焊条直径；否则，堆焊层表面有较多的母材溶入，合金成份下降，性能差；但层数也不能过多，否则，堆焊层过厚，使内应力增加，易产生裂纹，一般不超过五层；合理地安排焊接顺序及排列焊道，使焊道在焊件的堆焊部位均匀分布；对于体积较小的工件，其热容量较小，应防止其过烧，减小焊接电流，增加息弧时间；对于非堆焊部位，应加以防护，以防被电弧及飞溅熔滴打伤，使工件报废；堆焊应一次完成，以防过大的周期性热应力作用，损坏工件；除一般单个小孔外，均不应局部堆补；必须局部堆补时，应采取必要的防变形及降应力措施，采用冷焊法，选用高塑性，低强度焊条，对焊缝进行锤击消应力，焊后对焊件进行整体热处理；堆焊层要进行加工的，还应满足加工方面的要求，堆焊层厚度应有足够的加工余量，硬度很高的堆焊层，在加工前应进行退火软化处理，加工后再进行淬火或正火加回火处理；5）裂纹缺陷的挖补，清理裂纹及坡口加工，对于裂纹倾向大的薄壁脆性材料，在打磨及铣削之前，在裂纹的两端点外5‑10mm外钻截止孔，其直径视裂纹的横向受力大小而定，受力较大时，其孔么应大些，受力较小时其孔么就小些，一般孔径在3‑6mm之间；用砂轮或用钢铣对裂纹进行铣磨，直到彻底清除裂纹，而后将侧面的棱角和死角进行磨光，其铣磨后的凹槽应便于以后的坡口制做；裂纹清理后，应对该部位进行表面探伤检验，有裂纹没有被清除，就继续铣磨，直到检查无裂纹存在为止；坡口制作，将经检查的凹槽进一步打磨加工，制作成“V”型或“U”型坡口，其型式视工件坡口，两尖端应磨成缓坡形与工件表面过渡圆滑；对于无需进行热处理的材料或热处理条件能达到的条件下，选用与母材化学成份相同等强度焊条；对于无热处理条件的结构和材料，且材料和结构要求应力小，变形小时，选用同强度的铬镍“A”体钢焊条；选用抗裂性好，有良好韧性的低氢型焊条；尽可能选用较小的焊条直径；用于焊接的电源，应采用直流反极性连接；焊条要按着规定，进行充分的烘干处理，为250℃‑1.5小时；预热，对可焊性较好的材料及冷焊时，工件无需预热，可在作好焊接准备的情况下直接进行施焊；对于可焊性差的材料和结构，应按规定进行预热；组织应力很大的材料，预热温度应高于Ms；对于可焊性差的材料；对于焊缝强度要求不太高或非承压易裂部件及结构，采用冷焊的焊接工艺，焊接时采用小电流，窄道，短段焊接，焊缝长度较长时还应采取倒退焊法，焊接过程中，焊缝上任意两点的温度差不能大于40‑50℃，同时对焊缝进行锤击消除应力；对于焊缝强度要求高的或承受强载荷可焊性差的部件及结构，采用热焊工艺，整个焊接过程焊缝温度应大于Ms，焊后还应进行高温回火或消氢处理，加热时应考虑工件的变形，采用较慢的热处理加热速度，焊接时应采用小的焊接电流；对于变形和应力要求极严的焊接结构及工件，应采用钨极氩弧焊焊接方法；尽可能采用多层，多道焊，焊缝与母材之间过渡应圆滑，不得有咬边和留有弧坑，有延迟裂纹倾向的钢要及时进行热处理；6）不等壁厚对接焊件坡口加工，管道焊缝的设置应避开应力集中区，且便于焊接、热处理及各种检验；焊接接头组对前，应用砂轮清理坡口及其两侧内外表面，在距坡口两侧20mm范围内不得有油漆、毛刺、锈斑、氧化皮及其他对焊接质量有害的物质，并磨出金属光泽；认真检查坡口及其两侧不得有裂纹、夹层； 不锈钢管道采用电弧焊时，坡口两侧各100mm范围内应涂白粉或其他防沾污剂；焊件组装时，应将待焊管子垫置牢固，以防止在焊接和热处理过程中发生变形和附加应力； 除设计规定的冷拉口外，其余焊口应禁止强力组对，更不允许用热膨胀法对口；当焊接所处位置障碍多时，合格焊工在施焊前亦应进行与实际条件相同的模拟练习及试焊，经无损检测合格后方可正式焊接； 组对管口局部间隙过大时应设法修正至规定尺寸，严禁在间隙内填塞它物；焊条在使用前应分别按其说明书要求进行烘干，并放在保温筒内随用随取；焊丝使用前应清除其表面的油污、锈迹；定位焊， 定位焊时除其焊接材料、焊接工艺和预热温度等应与正式焊接相同外，还应满足下列要求：a）定位焊应能保证焊缝在正式施焊过程中不致开裂，其长度宜为10～15mm，高宜为2～4mm，且不超过壁厚的2/3；定位焊缝两端应修磨成缓坡状；b）定位焊不得有裂纹及其他缺陷，有缺陷应彻底磨除重新进行定位焊；c）在合金钢管壁上点焊组对卡具定位时，卡具的材质和焊材应与管材相同；当拆除卡具时，不得用敲打或掰扭的方法拆除；当用氧‑乙炔焰切割卡具时，应在离管道表面3mm处切割，然后用砂轮修磨平整；正式焊接，焊接引弧应在坡口内进行，严禁在管子表面引燃电弧、试验电流或焊接临时支撑物；在焊接中应确保起弧及收弧的质量，收弧应将弧坑填满，多层焊的层间接头应相互错开；除焊接工艺有特殊要求外，每条焊缝应一次连续焊完，如因故被迫中断，应采取缓冷措施，再焊时应仔细检查确认无裂纹后，方可按焊接工艺继续施焊；有预热要求的管材应按预热要求重新预热后施焊；管子焊接时，管端要堵封住；根据设计及焊接工艺评定需焊前预热的管子，焊前应按要求进行局部预热； 当采用氩弧焊打底时，应及时进行打底焊缝的检查，合格后尽快进行盖面焊接；有淬火倾向的管材施焊过程中，层间温度应不低于规定的预热温度的下限；中、高合金钢的管子焊接时，内壁应充氩气或混合气体保护；厚壁大直径管的焊接应采用多层多道焊进行逐层焊接，其中氩弧焊打底的焊层厚度不小于3mm，各层经自检合格后方可焊接次层，直至完成； 为减少焊接变形和应力，直径大于194mm的管子宜采用二人对称施焊； 对需做检验的隐蔽焊缝，应经检验合格后，方可进行其他工序；低温钢、奥氏体不锈钢、耐热耐蚀高合金钢以及奥氏体与非奥氏体异种钢接头焊接时应符合下列规定：a）应在焊接作业指导书规定的范围内，在保证焊透和熔合良好的条件下，采用小电流、短电弧、快焊速和多层多道焊工艺，并应控制层间温度；b）对抗腐蚀性能要求高的双面焊缝，与腐蚀介质接触的焊层应最后施焊；c）低温钢焊接完毕，宜对焊缝进行表面焊道退火处理；d）奥氏体不锈钢焊缝及其附近表面应进行酸洗、钝化处理；管道冷拉口所使用的工卡具，应待焊接及热处理工作结束后方可拆除；管道支吊架焊接的焊工和焊材必须与管道焊接要求相同；焊口焊完应进行清理，经自检合格后，在焊缝附近打上焊工本人的代号钢印，并在相应的管道单线图上作记录；7）热处理：对于结构刚性大，淬硬倾向大的接头，热处理的起始加热温度应在100~ 150℃之间，对异种钢接头的处理主要是进行高温回火处理，其回火温度，对于同类组织异种负角度非Α同组织异种钢，应接近淬硬倾向大，合金含量高的钢的回火温度；当接头中两种碳化物形成元素浓度差大时，选择两钢回火温度的中间值；焊后热处理质量检验根据设计规定进行，当焊缝的硬度值超过规定的范围时，应按班次作加倍复检，并查明原因，对不合格焊缝重新进行热处理及硬度测试。