CN101433989A - 冷扩管生产线拉杆焊接的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种冷扩管生产线拉杆焊接的方法，包括以下步骤：焊前准备工作；拉杆短节端的准备；拉杆长节端的准备工作；焊接；焊后检测，拉杆焊接后对焊接接头进行超声波和着色探伤。本发明的效果是使用该方法采取非传统方法焊接修复冷扩管生产线拉杆，解决了拉杆整体预热、焊后热处理以及低温状态下进行焊接的技术难题，避免了许多工艺缺陷，缩短了修复时间，为油田减少了损失。拉杆是油田冷扩管生产线设备的关键部件，拉杆损坏后直接影响生产运行，其停机损失为32万元/小时，若向国外购置备件需数月的时间。该方法产生了一定的社会效益和较大的经济效益，同时也为同领域项目提供了科学的修复方法用于指导生产实践。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接工艺，特别是一种冷扩管生产线拉杆焊接的方法。
背景技术
在油田冷扩管生产线上，拉杆是冷扩管设备的关键部件，拉杆损坏后直接影响生产。而修复拉杆的传统焊接工艺是：(1)、焊接前开坡口，对接点固焊，局部预热；(2)、选择焊接材料，对接施焊，控制层间温度；(3)、焊后局部热处理，无损探伤。
对于这种大型拉杆的焊接，传统的焊接工艺方法因焊接生产技术的不足，易带来如下弊病：
1、焊接前拉杆坡口形式为V型或U型破口。V型坡破口需要的焊缝填充金属多、焊接接头受热面积大、焊缝热影响区增大，而且操作者劳动强度大。U型坡口由于接头部位工作间隙窄，拉杆直径较大，焊接操作困难并难以保证焊接接头质量。焊接前的预热采用火焰局部预热方法，此方法预热不均匀，热的传导受一定的制约而不能获得理想的结果。
2、拉杆为两种不同钢种的对接，属于异种钢的焊接。对于异种钢的焊接，其焊接材料的选择要考虑到兼顾两种不同钢种的特性，并非一种焊接材料能完成焊接过程的，既要选择过渡层方法，又要选用过渡层焊接材料。焊缝的层间温度控制与有淬硬倾向的材料和过热倾向的材料焊接时的冷却速度有关，层间温度控制不好的话，容易造成冷却温度和冷却速度的不均匀而使焊缝产生裂纹。
3、拉杆焊接后无法进行整体热处理，因为受拉杆体积的制约，只能采用火焰局部热处理。这种不均匀的火焰热处理达不到理想的结果，并会导致焊接接头出现裂纹。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种冷扩管生产线拉杆焊接的方法，一改传统的焊接工艺，选用一种焊接材料既是填充金属又是过渡层，并对拉杆堆焊有过渡层的一端进行整体热处理，使焊接后的拉杆能够实现1100吨工作拉力而不发生断裂的技术要求。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种冷扩管生产线拉杆焊接的方法，拉杆是冷扩管设备用于冷扩定径的关键部件，拉杆材质：26CrNiMoV14.5长度约16.5M，配接42CrMo长度约770mm，精加工前拉杆为总长度17.5M、直径280mm的实心杆件；因冷扩管产品结构的调整，需要将原长度16.5M的拉杆焊接加长至17.5M；其加长的770mm端称为拉杆短节端，原长度16.5M端称为拉杆长节端，以下简称为拉杆短节端和拉杆长节端；该方法包括以下步骤：
一、焊前准备工作
(一)焊接可行性的检测：分别采用冷焊和热焊的方法焊接试件，观察金属组织，以确定该焊接工艺的准确性；
(二)拉杆短节端的准备：
1)、将拉杆短节端整体预热，预热温度为300℃，升温速率100℃/小时，立刻进行表面堆焊，用M303焊条堆焊2-3层，堆焊层厚度6-8mm；
2)、堆焊后的拉杆短节端加热到650℃，升温速率150℃/小时，保温2小时后缓冷至350℃，出热处理炉待温度下降至60℃度后，按工艺要求加工焊接坡口，并对坡口进行超声波和着色探伤；
(三)拉杆长节端的准备工作：
1)、拉杆长节端按工艺要求加工焊接坡口，将拉杆长节端的表面缺陷车削掉5mm直至拉杆母材基体，并对坡口进行超声波和着色探伤，确保无缺陷；
2)、拉杆短节端堆焊后待冷却至常温后加工焊接坡口，进行超声波和着色检测；
3)、将拉杆长节、短节端分别定位，并调整拉杆的轴向中心度，清理拉杆长、短节对接的焊接坡口表面；
4)、拉杆选择焊接设备：ZX7-315型逆变焊机进行焊接，调试焊接电流、电弧电压参数及焊接工、机具的准备工作；
二、焊接
(一)焊前预热：将拉杆坡口部位预热到50-100℃，预热宽度为拉杆坡口两测各50mm；
(二)确认选择的焊接规范，用直径为2.4mm或3.2mm焊条打底焊接，采用小焊接规范，并焊透无缺陷；
(三)控制层间温度，多层、多道焊控制层间温度不低于150℃，用直径3.2mm焊条进行填充焊接，对焊道要清理焊渣，待温度降到150度，进行下一层的焊接；
(四)拉杆焊后热处理；
三、焊后检测
拉杆焊接后对焊接接头进行超声波和着色探伤。
本发明的效果是使用该方法产生了一定的社会效益和较大的经济效益，拉杆由德国引进，是油田冷扩管生产线设备的关键部件，拉杆损坏后直接影响生产运行，其停机损失为32万元/小时。若向国外购置备件需数月的时间，损失会更大。
采取上述非传统方法焊接修复冷扩管生产线拉杆，避免了许多工艺缺陷，缩短了修复时间，为油田减少了损失。拉杆焊接后实际使用近二年来，运行时间已远远超出协议的服役期限。拉杆的焊接修复具有一定的社会效益和较大经济效益，同时也为类似项目提供了科学的修复方法用于指导生产实践。
具体实施方式
结合实施例对本发明的冷扩管生产线拉杆焊接的方法加以说明。
本发明提供的拉杆焊接创新点如下：
1、26CrNiMoV14.5钢与42CrMo钢属于焊接淬硬钢种。拉杆直径约270mm，长度达17.5M，难以实现整体预热和焊后热处理，低温状态下难以焊接。为此，采取对42CrMo钢拉杆短节端堆焊过渡层并做整体热处理的方法。
2、拉杆的正常工作拉力是1100吨，最低也达到750吨。拉杆焊接接头强度的保证与拉杆对接焊时同心度的精确度的控制非常关键。
3、对于异种钢的焊接采用一种焊接材料焊接拉杆，并用同一种焊接材料作为堆焊过渡层。
本发明的拉杆焊接技术关键：
改V形坡口为U形坡口，而U形破口的上端宽度大于下端，呈梯形；使用同种焊接材料作为过渡层；采用焊后热处理的方法，针对不同钢种修订热处理温度，使低温状态下堆焊过渡层而产生的马氏体组织发生转变。
由于拉杆是冷扩管设备用于冷扩定径的关键部件，拉杆材质：26CrNiMoV14.5长度约16.5M，配接42CrMo长度约770mm，精加工前拉杆为总长度17.5M、直径280mm的实心杆件；因冷扩管产品结构的调整，需要将原长度16.5M的拉杆焊接加长至17.5M；其加长的770mm端称为拉杆短节端，原长度16.5M端称为拉杆长节端，以下简称为拉杆短节端和拉杆长节端。
本发明的冷扩管生产线拉杆焊接的方法包括以下步骤：
一、焊前准备工作
(一)焊接可行性的检测：分别采用冷焊和热焊的方法焊接试件，观察金属组织，以确定焊接工艺的准确性。
该阶段主要目的：检测所拟订的焊接工艺方案是否能达到避免42CrMo钢的沾硬倾向，使42CrMo钢焊接热影响区的金属组织保持细化的目的，并检测分析推论的正确性。
(二)拉杆短节端的准备：
1、将拉杆短节端整体预热，预热温度为300℃，升温速率为100℃/小时，预热以后用M303焊条进行表面堆焊，堆焊层厚度为6-8mm，用φ4.8mm焊条焊接，焊接电流为140-200安培，焊后即刻炉内加热到650℃，升温速率为150℃/小时，保温2小时后炉内缓冷至350℃。
该阶段目的：避免42CrMo钢在焊接过程中产生沾硬倾向，使热影响区的金属组织细化；避免42CrMo钢局部缺陷所造成的危害，并为下一步焊接奠定基础。
2、预热后的拉杆短节端待温度降低至60℃，按图加工焊接坡口，并对坡口进行超声波和着色探伤，确认无缺陷后备用。
(三)拉杆主体的准备工作：
1、拉杆长节端按图加工焊接坡口，将原缺陷车削掉5mm直至拉杆基体，并对坡口进行超声波和着色探伤，确保无缺陷；
2、拉杆短节端则将堆焊层待冷却至常温后再加工其焊接坡口，进行超声波和着色检测。
3、按工艺方案将拉杆长节、短节端定位和调整拉杆轴向中心度，清理焊接坡口表面。
4、调试焊接设备ZX7-315型逆变焊机的电流、电弧电压参数及焊接工、机具的准备工作。
该阶段主要目的：拉杆长节、短节端焊前的准备工作以及拉杆定位并调整轴向中心度严格与否，将会影响到焊接接头质量和焊后拉杆机械加工的精确度。
二、焊接
(1)焊前预热：将拉杆坡口部位预热到50-100℃，预热宽度为坡口两测各50mm。
(2)选择适当的焊接规范：用小直径2.4mm或3.2mm焊条打底焊接，焊接电流2.4mm--40-80A，3.2mm--65-110A，采用小焊接规范，确保焊透无缺陷。
(3)严格控制层间温度：多层、多道焊控制层间温度不底于150℃，用直径3.2MM焊条进行填充焊接，采用窄焊道。每条焊道都要进行细致的清理焊渣，待温度降到150度左右，进行下一层的焊接。
(4)拉杆焊后热处理：拉杆焊后即刻进行消除应力热处理，焊后拉杆总长度为17.5M，故选择焊接接头局部热处理。
三、焊后检测
拉杆焊接后对焊接接头进行超声波和着色探伤。
Claims (1)
1、一种冷扩管生产线拉杆焊接的方法，拉杆是冷扩管设备用于冷扩定径的关键部件，拉杆材质：26CrNiMoV14.5长度约16.5M，配接42CrMo长度约770mm，精加工前拉杆为总长度17.5M、直径280mm的实心杆件；因冷扩管产品结构的调整，需要将原长度16.5M的拉杆焊接加长至17.5M；其加长的770mm端称为拉杆短节端，原长度16.5M端称为拉杆长节端，以下简称为拉杆短节端和拉杆长节端；该方法包括以下步骤：
一、焊前准备工作
(一)焊接可行性的检测：分别采用冷焊和热焊的方法焊接试件，观察金属组织，以确定该焊接工艺的准确性；
(二)拉杆短节端的准备：
1)、将拉杆短节端整体预热，预热温度为300℃，升温速率100℃/小时，立刻进行表面堆焊，用M303焊条堆焊2-3层，堆焊层厚度6-8mm；
2)、堆焊后的拉杆短节端加热到650℃，升温速率150℃/小时，保温2小时后缓冷至350℃，出热处理炉待温度下降至60℃度后，按工艺要求加工焊接坡口，并对坡口进行超声波和着色探伤；
(三)拉杆长节端的准备工作：
1)、拉杆长节端按工艺要求加工焊接坡口，将拉杆长节端的表面缺陷车削掉5mm直至拉杆母材基体，并对坡口进行超声波和着色探伤，确保无缺陷；
2)、拉杆短节端堆焊后待冷却至常温后加工焊接坡口，进行超声波和着色检测；
3)、将拉杆长节、短节端分别定位，并调整拉杆的轴向中心度，清理拉杆长、短节对接的焊接坡口表面；
4)、拉杆选择焊接设备：ZX7-315型逆变焊机进行焊接，调试焊接电流、电弧电压参数及焊接工、机具的准备工作；
二、焊接
(一)焊前预热：将拉杆坡口部位预热到50-100℃，预热宽度为拉杆坡口两测各50mm；
(二)确认选择的焊接规范，用直径为2.4mm或3.2mm焊条打底焊接，采用小焊接规范，并焊透无缺陷；
(三)控制层间温度，多层、多道焊控制层间温度不低于150℃，用直径3.2mm焊条进行填充焊接，对焊道要清理焊渣，待温度降到150度，进行下一层的焊接；
(四)拉杆焊后热处理；
三、焊后检测
拉杆焊接后对焊接接头进行超声波和着色探伤。
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