CN101301699A - 一种大口径铝合金管道无衬垫钨极氩弧单面焊双面成型方法 - Google Patents
一种大口径铝合金管道无衬垫钨极氩弧单面焊双面成型方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种大口径铝合金管道无衬垫钨极氩弧单面焊双面成型方法,包括坡口角度、间隙组对;钨极打磨;焊前清理;焊接工艺参数调整;点固焊;打底层、填充层、盖面层的焊接。水平固定管子采用钟点数标记位置,焊接顺序分左右半圈,每半圈均包括仰焊、立焊和平焊,在仰焊6点钟附近L=5~10mm处起焊,经立焊,最终至平焊12点结束前半圈;后半圈开始焊接前,将接头处磨成斜坡,接头处与前半圈焊接所形成的焊缝重叠3~5mm,由仰焊6点处起焊,经立焊,最终至平焊12点结束,采用连续送丝法施焊。本发明焊缝表面无气孔、无裂纹、无未焊透,焊缝美观,内外成型良好,经无损检测,一次合格率达100%,焊缝达到I级片质量,并减少了施工工序,降低了工程成本。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料的焊接方法,尤其是一种用于大口径铝合金管道的钨极氩弧焊接方法。
背景技术
在石油化工的制氧、制氮、合成氨工程及火力发电厂大型电站锅炉安装工程中,铝合金管道的焊接是关键技术之一。传统的焊接工艺方法有二种,一是在大口径铝合金管道内部增加衬垫,视管径大小,将衬垫分为3~4等分,衬垫中心开一个U型槽,焊完之后再将衬垫打掉取出,而在安装高空长距离管道组焊时,则衬垫无法取出。二是不取出衬垫,衬垫中心不开槽,整体安放在管子内部,管子组对时,将对口间隙放大为8~10mm。以上二种传统方法只是降低了焊接难度,虽然坡口正面成为焊缝,但由于背面衬垫的存在,无法形成焊缝,又因衬垫的余量部分并未与管子焊接为一体,产生的夹层影响了管道使用寿命,既浪费材料又增加了流体的阻力。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种可以取消管内衬垫的大口径铝合金管道钨极氩弧单面焊双面成型方法,以便减少施工工序,降低焊接成本,提高焊缝质量。
本发明的一种大口径铝合金管道无衬垫钨极氩弧单面焊双面成型方法,包括:坡口角度、间隙组对;钨极打磨;焊前清理;焊接工艺参数调整;点固焊;打底层、填充层、盖面层的焊接。焊接工艺参数调整为:焊层3~6、钨极直径4~5mm、焊接电流225~325A、焊丝直径Φ3.2~4mm、氩气流量14~19L/min、喷嘴规格Φ13~15mm、交流偏置比例-4%~-9%、清理比例-15%~-19%、交流频率87~91Hz、延气时间0.1~0.4S、起弧电流18~22A、衰减时间0.1~0.4S、预热温度80~150℃。水平固定管子采用钟点数标记位置,焊接顺序分左右半圈,每半圈均包括仰焊、立焊和平焊,在仰焊6点钟附近5~10mm处起焊,经立焊,最终至平焊12点结束前半圈;后半圈开始焊接前,将接头处磨成斜坡,接头处与前半圈焊接所形成的焊缝重叠3~5mm,由仰焊6点处起焊,经立焊,最终至平焊12点结束,采用连续送丝法施焊。
本发明按JB/T4730.2-2005《承压设备无损检测》标准要求,管子进行外观检查和100%RT射线探伤。外观检查:焊缝表面无气孔、无裂纹、无未焊透,咬边深度≤0.5mm,咬边长度0~15mm,焊缝美观,内外成型良好。X射线探伤,一次合格率100%,焊缝全部为I级片。另外,由于取消了管内衬垫,减少加衬垫需要的等离子切割、打磨、加工、安装、取出等施工工序,降低工程成本,从而实现了大口径铝合金管道无衬垫单面焊双面成型。
附图说明
图1无衬垫坡口间隙示意图;
图2定位焊示意图;
图3焊枪与焊丝变化示意图。
具体实施方式
本发明的一种大口径铝合金管道无衬垫钨极氩弧单面焊双面成型方法,包括:坡口角度、间隙组对;钨极打磨;焊前清理;焊接工艺参数调整;点固焊;打底层、填充层、盖面层的焊接。水平固定管子采用钟点数标记位置,焊接顺序分左右半圈,每半圈均包括仰焊、立焊和平焊,在仰焊6点钟附近5~10mm处起焊,经立焊,最终至平焊12点结束前半圈;后半圈开始焊接前,将接头处磨成斜坡,接头处与前半圈焊接所形成的焊缝重叠3~5mm,由仰焊6点处起焊,经立焊,最终至平焊12点结束,采用连续送丝法施焊。
1.焊前准备
铝合金管道焊接时,要求焊前严格清除管道中坡口处内外30mm范围内的油污及氧化膜。
1.1化学清洗(见表1)
表1化学清洗条件
1.2机械清理
采用丙酮擦洗管表面,然后用不锈钢钢丝刷清理,要刷到露出金属光泽为止;另外也可采用刮刀清理坡口及其内外壁的方法。
1.3焊接设备
采用能实现交流脉冲氩弧焊、输出电流在500~630A之间的焊机。
1.4焊接材料
焊丝:选用与铝合金管道材质相同材质的焊丝。
钨极牌号为WCe-20 ф4~ф5mm
1.5钨极打磨
交流钨极氩弧焊焊接铝合金时,钨极打磨时应呈球状形。
1.6焊接工艺参数调整
焊接工艺参数调整见表2
表2 大口径铝合金管道(Φ219~Φ1070mm)焊接工艺参数
管道厚度(mm) | 焊层 | 钨极直径mm | 焊接电流A | 焊丝直径mm | 氩气流量L/min | 喷嘴规格mm | 交流偏置比例% | 清理比例% | 交流频率HZ | 延气时间S | 起弧电流A | 衰减时间S | 预热温度℃ |
8~10 | 3 | Φ4 | 225~245 | 3.2 | 14~16 | 13~14 | -4~-6 | -15~-17 | 87~89 | 0.1~0.2 | 20~22 | 0.1~0.2 | 80~100 |
11~12 | 4 | Φ4 | 245~260 | 4 | 17~18 | 14~15 | -7~-8 | -16~-18 | 88~90 | 0.2~0.3 | 19~21 | 0.2~0.3 | 100~120 |
13~15 | 5 | Φ5 | 295~320 | 4 | 17~18 | 14~15 | -7~-8 | -16~-18 | 88~90 | 0.2~0.3 | 19~21 | 0.2~0.3 | 100~120 |
≥16 | 6 | Φ5 | 300~325 | 4 | 17~19 | 14~15 | -8~-9 | -17~-19 | 89~91 | 0.2~0.4 | 18~20 | 0.3~0.4 | 100~150 |
2.坡口、间隙组对(见图1),采用机械加工方法,将铝合金管道单面加工成α=32.5°,组对的间隙为b=2.5~3mm。
3.点固焊
定位焊焊三点,先点固二点,定位焊应焊透,长度≤30mm,厚度为壁厚的三分之一,另一点为引弧起焊点(见图2)。点焊焊缝两端打磨成斜坡。
4.打底层焊接
打底层(即第一层,也叫透间隙)焊接按水平固定管子采用钟点数标记位置,分左右半圈,每半圈均包括仰焊、立焊和平焊(见图3)。先焊右半圈,后焊左半圈,在仰焊过6点L=5~10mm处起焊,经立焊3点,最终至平焊12点结束右半圈;左半圈开始焊接前,将接头处磨成斜坡,接头处与前半圈焊接所形成的焊缝重叠3~5mm,由仰焊6点处起焊,经立焊9点,最终至平焊12点结束,采用连续送丝法施焊。另外,也可先焊左半圈,后焊右半圈。
焊枪与管子切线夹角α1=84°~86°,焊丝与焊枪的角度α2=87°~90°,钨极伸出长度3~4mm。
仰焊部位电弧在经6点钟附近L=5~10mm引燃后,在坡口处稍停5~8秒钟,待母材呈熔化状态时立即送丝,焊丝处于坡口间隙中心,钨极端头与工件内壁表面相距3~4mm。
立焊部位分为下缓坡立焊、垂直立焊、上缓坡立焊,焊接时随着管子弧度的变化,手臂逐渐抬起,焊枪与管子切线夹角α1=84°~86°,焊丝与焊枪的角度α2=87°~90°。
平焊部位形成熔池后,若表面呈凹形,则已焊透,呈凸形,则未焊透,应继续加温,当熔池稍有下沉的倾向时,立即填加焊丝,焊接过程中应保持弧长不变,防止产生焊瘤。
打底层焊接工艺参数详见具体实施例表3、表4、表5中的焊层1。
5.填充层焊接
焊枪摆动方式采用月牙形,焊接电流为230~325A,焊接速度为60~65mm/min,在焊缝中心滴送焊丝,填充层厚度低于坡口1~2mm。
填充层焊接工艺参数详见具体实施例表3中的焊层2,表4中的焊层2、3、4,表5中的焊层2、3。
6.盖面层的焊接
焊接速度为60~70mm/min,焊接电流为225~310A,焊枪摆动方式采用月牙形,坡口两侧稍停留1~2秒,中间一带而过,这样不会造成咬边。
盖面层焊接工艺参数详见具体实施例表3中的焊层3,表4中的焊层5,表5的焊层4,焊枪摆动时,坡口两侧稍停留1~2秒,中间一带而过。
表3 Φ219×10铝镁合金管道水平固定焊工艺参数
焊层 | 钨极直径mm | 焊接电流A | 焊丝直径mm | 氩气流量L/min | 喷嘴规格mm | 交流偏置比例% | 清理比例% | 交流频率HZ | 延气时间S | 起弧电流A | 衰减时间S | 预热温度℃ |
1 | Φ4.0 | 240-245 | Φ3.2 | 15 | Φ60×13 | -5 | -16 | 88 | 0.1 | 22 | 0.1 | 80~100 |
2 | Φ4.0 | 230-235 | Φ3.2 | 15 | Φ60×13 | -5 | -16 | 88 | 0.1 | 22 | 0.1 | |
3 | Φ4.0 | 225-230 | Φ3.2 | 15 | Φ60×13 | -5 | -16 | 88 | 0.1 | 22 | 0.1 |
表4 Φ630×16铝镁合金管道水平固定焊工艺参数
焊层 | 钨极直径mm | 焊接电流A | 焊丝直径mm | 氩气流量L/min | 喷嘴规格mm | 交流偏置比例% | 清理比例% | 交流频率HZ | 延气时间S | 起弧电流A | 衰减时间S | 预热温度℃ |
1 | Φ5.0 | 310-320 | Φ4.0 | 17 | Φ60×14 | -8 | -17 | 90 | 0.2 | 20 | 0.3 | 100~150 |
2 | Φ5.0 | 300-310 | Φ4.0 | 17 | Φ60×14 | -8 | -17 | 90 | 0.2 | 20 | 0.3 | |
3 | Φ5.0 | 300-310 | Φ4.0 | 17 | Φ60×14 | -8 | -17 | 90 | 0.2 | 20 | 0.3 | |
4 | Φ5.0 | 315-325 | Φ4.0 | 17 | Φ60×14 | -8 | -17 | 90 | 0.2 | 20 | 0.3 | |
5 | Φ5.0 | 300-310 | Φ4.0 | 17 | Φ60×14 | -8 | -17 | 90 | 0.2 | 20 | 0.3 |
表5 Φ1070×12铝镁合金管道水平固定焊工艺参数
焊层 | 钨极直径mm | 焊接电流A | 焊丝直径mm | 氩气流量L/min | 喷嘴规格mm | 交流偏置比例% | 清理比例% | 交流频率HZ | 延气时间S | 起弧电流A | 衰减时间S | 预热温度℃ |
1 | Φ4.0 | 260-255 | Φ4.0 | 17 | Φ60×14 | -7 | -17 | 89 | 0.2 | 21 | 0.2 | 100~120 |
2 | Φ4.0 | 255-250 | Φ4.0 | 17 | Φ60×14 | -7 | -17 | 89 | 0.2 | 21 | 0.2 | |
3 | Φ4.0 | 255-250 | Φ4.0 | 17 | Φ60×14 | -7 | -17 | 89 | 0.2 | 21 | 0.2 | |
4 | Φ4.0 | 250-245 | Φ4.0 | 17 | Φ60×14 | -7 | -17 | 89 | 0.2 | 21 | 0.2 |
Claims (10)
1.一种大口径铝合金管道无衬垫钨极氩弧单面焊双面成型方法,包括:坡口角度、间隙组对;钨极打磨;焊前清理;焊接工艺参数调整;点固焊;打底层、填充层、盖面层的焊接;其特征在于焊接工艺参数调整为:焊层3~6、钨极直径4~5mm、焊接电流225~325A、焊丝直径3.2~4mm、氩气流量14~19L/min、喷嘴规格13~15mm、交流偏置比例-4%~-9%、清理比例-15%~-19%、交流频率87~91Hz、延气时间0.1~0.4S、起弧电流18~22A、衰减时间0.1~0.4S、预热温度80~150℃;水平固定管子采用钟点数标记位置,焊接顺序分左右半圈,每半圈均包括仰焊、立焊和平焊,在仰焊6点钟附近5~10mm处起焊,经立焊,最终至平焊12点结束前半圈;后半圈开始焊接前,将接头处磨成斜坡,接头处与前半圈焊接所形成的焊缝重叠3~5mm,由仰焊6点处起焊,经立焊,最终至平焊12点结束,采用连续送丝法施焊。
2.根据权利要求1所述的大口径铝合金管道无衬垫钨极氩弧单面焊双面成型方法,其特征在于铝合金管道单面坡口为α=30~35°,间隙为b=2.5~3mm。
3.根据权利要求1所述的大口径铝合金管道无衬垫钨极氩弧单面焊双面成型方法,其特征在于钨极打磨呈球状。
4.根据权利要求1所述的大口径铝合金管道无衬垫钨极氩弧单面焊双面成型方法,其特征在于点固焊采用定位焊三点,先点固二点,长度≤30mm,厚度为壁厚的三分之一,另一点为引弧起焊点。
5.根据权利要求1所述的大口径铝合金管道无衬垫钨极氩弧单面焊双面成型方法,其特征在于打底层焊枪与管子切线夹角为α1=84°~86°,焊丝与焊枪的角度为α2=87°~90°,钨极伸出长度为3~4mm。
6.根据权利要求1所述的大口径铝合金管道无衬垫钨极氩弧单面焊双面成型方法,其特征在于打底层仰焊部位电弧在经6点钟附近L=5~10mm引燃后,在坡口处稍停5~8秒钟,待母材呈熔化状态时立即送丝,焊丝处于坡口间隙中心,钨极端头与工件内壁表面相距3~4mm。
7.根据权利要求1所述的大口径铝合金管道无衬垫钨极氩弧单面焊双面成型方法,其特征在于打底层立焊部位分为下缓坡立焊、垂直立焊、上缓坡立焊,焊接时随着管子弧度的变化,手臂逐渐抬起。
8.根据权利要求1所述的大口径铝合金管道无衬垫钨极氩弧单面焊双面成型方法,其特征在于打底层平焊部位形成熔池后,若表面呈凹形,则已焊透,呈凸形,则未焊透,应继续加温,当熔池稍有下沉的倾向时,立即填加焊丝,焊接过程中应保持弧长不变。
9.根据权利要求1所述的大口径铝合金管道无衬垫钨极氩弧单面焊双面成型方法,其特征在于填充层,焊枪摆动方式采用月牙形,焊接电流为230~325A,焊接速度为60~65mm/min,在焊缝中心滴送焊丝,填充层厚度低于坡口1~2mm。
10.根据权利要求1所述的大口径铝合金管道无衬垫钨极氩弧单面焊双面成型方法,其特征在于盖面层,焊接速度为60~70mm/min,焊接电流为225~310A,焊枪摆动方式采用月牙形,坡口两侧稍停留1~2秒,中间一带而过。
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