CN102069274B

CN102069274B - 大口径工业纯钛管道封底双弧焊焊接方法

Info

Publication number: CN102069274B
Application number: CN2009102306449A
Authority: CN
Inventors: 唐元生; 马志才
Original assignee: Sinopec Tenth Construction Co Ltd
Current assignee: Sinopec Tenth Construction Co Ltd
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2029-11-24
Also published as: CN102069274A

Abstract

大口径工业纯钛管道封底双弧焊焊接方法，属于管道焊接技术领域，适用于各行业大口径(Φ≥600mm)钛材管道、设备及其它有色金属的根部焊接。将焊丝和焊件表面的油污和氧化物清理干净；将管道进行坡口加工；进行管道组对，组对间隙为1～2mm；钛管道内外两支焊枪共同作业对钛管道进行焊接，采用带保护拖罩的钨极氩弧焊枪，焊接时按焊接方向，焊枪喷嘴在前保护拖罩在后，外焊枪喷嘴氩气流量25L～30L/min，内焊枪喷嘴氩气流量15L～20L/min，外焊枪拖罩氩气流量25L～35L/min，内焊枪拖罩氩气流量25L～30L/min，外焊枪电流140～160A；具有容易控制焊缝成型质量，焊接速度快是单弧焊焊接速度的3～5倍。节约能源和原材料等优点。

Description

大口径工业纯钛管道封底双弧焊焊接方法

技术领域

大口径工业纯钛管道封底双弧焊焊接方法，属于管道焊接技术领域，适用于各行业大口径(Φ≥600mm)钛材管道、设备及其它有色金属的根部焊接。

背景技术

工业纯钛是有色金属，呈银白色，比重小，突出特点是：熔点高(熔点1668℃)、导电性差、线膨胀系数小、密度比铁低、比强度大，电阻率大，十分坚韧和耐腐蚀。焊接熔池具有积累的热量多、尺寸大，高温停留时间长和冷却速度慢等特点。这种情况容易使焊接接头产生过热组织，晶粒变得粗大，脆性严重。

大口径工业纯钛管道(Φ≥600mm)封底焊接时，利用传统充氩保护(管口内部两段400mm封闭)、单面焊双面成型焊接工艺，由于要求单面焊接双面成型，焊工焊接时要兼顾钛管内部成型质量，并且要求坡口间隙3～4mm，有时采用断弧焊，要求焊工操作技术高，故焊接速度慢，效率低，氩气消耗量大，浪费严重，造成成本增高。单弧封底焊内部焊缝由于焊工技术操作原因，经常出现内凹，咬边，未熔合，未焊透等表面缺陷，外观粗糙，高低不平，需要焊工内部修磨、补焊，才能保证内焊缝质量和RT探伤合格，同时，普通单弧焊封底和填充、盖面焊接时，焊缝要求焊枪、拖罩、管道内部同时需要充氩保护，氩气消耗量大，一直是困扰大口径钛管焊接时的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种封底焊接采用内、外两个电弧同时对焊缝进行焊接，提高焊接速度，节省氩气成本，保证焊接质量的大口径工业纯钛管道封底双弧焊焊接方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该大口径工业纯钛管道封底双弧焊焊接方法，其特征在于：

1.1将焊丝和焊件表面的油污和氧化物清理干净；

1.2将管道进行坡口加工；

1.3进行管道组对，组对间隙为1～2mm；

1.4钛管道内外两支焊枪共同作业对钛管道进行焊接，采用带保护拖罩的钨极氩弧焊枪，焊接时按焊接方向，焊枪喷嘴在前保护拖罩在后，外焊枪喷嘴氩气流量25L～30L/min，内焊枪喷嘴氩气流量15L～20L/min，外焊枪拖罩氩气流量25L～35L/min，内焊枪拖罩氩气流量25L～30L/min，外焊枪电流140～160A，内焊枪电流50～60A，外焊枪电压14～16V，内焊枪电压13～15V，外焊枪焊接速度95～115mm/min，内焊枪焊接速度95～115mm/min，内外两支焊枪电弧前后距离4～6mm；

1.5氩弧焊枪钨极在喷嘴的中心垂直于管道轴心，垂直角度公差为10°，左右偏差各为5°；这样能更好的控制熔池的大小，而且可使喷嘴、拖罩保护气均匀的保护熔池不被氧化。

1.6焊接时焊丝要顺着坡口沿着管子的切点送到熔池的前端，利用熔池的高温将焊丝熔化，焊枪和焊丝角度为80°～100°。

管口坡口的形状为V型。

内外两支焊枪共同作业时，外部焊枪电弧先在焊缝中引燃，形成熔池后送进焊丝焊接，内部焊枪首先用托罩保护气对外部电弧形成熔池部位进行氩气保护，将外部电弧焊接4～6mm后，内部焊枪再引燃电弧。

钨极为铈钨极，钨极直径2.5mm，喷嘴孔径26mm，焊丝直径2.5mm。

焊接时焊丝要顺着坡口沿着管子的切点送到熔池的前端，利用熔池的高温将焊丝熔化，焊枪和焊丝角度为80°～100°。特别是焊丝和管道坡口的倾角不宜太小。

焊接停止收弧时，采用电弧衰减，并要填满弧坑，避免产生弧坑裂纹。焊枪和拖罩气体延时保护，避免焊缝在高温下被大气污染，焊丝端部不能马上抽离保护区，避免焊丝端部马上变色氧化。

与现有技术相比，本发明大口径工业纯钛管道封底双弧焊焊接方法所具有的有益效果是：管道组对坡口间隙小，内外焊缝熔池直观，容易控制焊缝成型质量，焊接速度较快，平均是单弧焊焊接速度的3～5倍。而双弧焊两焊枪电流相加基本和单弧焊的电流相同，熔池热量也基本相同，不会因热量过高，产生粗晶组织和氩气保护不良现象，同时，内外焊缝成型圆滑、平整，不会出现凹凸不平现象，一次焊接成型，不需要修补。双弧焊焊接时，焊枪喷嘴、拖罩对焊缝两面同时起到保护作用，不再需要另行管内充氩气保护，节省了管内充氩费用，据计算，封底焊接时每寸径较常规焊接工艺节省氩气成本1/3以上，管道口径越大焊接中节省氩气越多，此工艺同样适用于铝合金、哈氏合金、不锈钢等有色金属的焊接。

根据所述技术方案对工业纯钛管道封底600mm管径做了单弧焊、双弧焊焊接比较见表1，实验结果：焊缝颜色呈银白色，内外焊肉成型均匀、饱满，RT探伤全部为I级，没有出现未熔合、未焊透、气孔、裂纹等缺陷。

表1单弧焊、双弧焊焊接比较

附图说明

图1钛管道双弧焊焊枪拖罩位置示意图。

图中：1氩弧焊枪 2焊枪喷嘴 3保护拖罩 4送气口 5保护气流 6钛管道。

图1是本发明大口径工业纯钛管道封底双弧焊焊接方法中焊枪拖罩位置最佳实施例，下面结合附图1对本发明的大口径工业纯钛管道封底双弧焊焊接方法做进一步说明。

具体实施方式

参照附图1：

大口径工业纯钛管道封底双弧焊焊接方法，采用带保护拖罩的钨极氩弧焊枪。保护拖罩3上方为送气口4，保护拖罩3与氩弧焊枪1连接，氩弧焊枪1下方是焊枪喷嘴2，保护拖罩3和焊枪喷嘴2经保护气流5和焊丝与纯钛管道6接触。焊接时按焊接方向，焊枪喷嘴2在前保护拖罩3在后，钛管道6内外部焊枪前后电弧距离4～6mm。

对大口径工业纯钛管道封底双弧焊焊接方法步骤如下：

1、管道组对前应将焊丝和焊件表面的油污和氧化物清理干净，坡口形式V型，坡口必须用绞刀和金刚石锉刀处理去氧化膜、毛刺，用丙酮连同焊丝一块擦洗干净，严禁使用黑色金属器具接触污染钛管，坡口间隙以1～2mm为宜。

2、封底焊接时，外部焊枪电弧先在焊缝中引燃，形成熔池后送进焊丝正常焊接。内部焊枪首先用托罩保护气对外部电弧形成熔池部位进行氩气保护，防止内焊缝氧化变色。等外部电弧焊接4～6mm后，内部焊枪再引燃电弧。注意内部喷嘴电流不宜太大，只是借助外部喷嘴形成熔池的热量进行焊接，焊丝也不宜送入太多，只是对外部焊枪所焊焊缝进行修补作用，内部喷嘴气体流量也不宜太大，太大会对外部喷嘴气流造成紊乱，反而容易造成焊缝缺陷。

3、焊接时焊丝要顺着坡口沿着管子的切点，送到熔池的前端，利用熔池的高温将焊丝熔化。焊枪和焊丝角度要保持好，80°～100°为宜，特别是焊丝和管道坡口的倾角不宜太小，否则，焊丝容易和焊缝坡口沾到一起，不利焊丝送进。焊接过程中，焊丝不能与铈钨极接触或直接深入电弧的弧柱区，否则造成焊缝夹钨和坡坏电弧稳定。

4、无论什么位置的焊接，焊枪钨极都要垂直于管道轴心，垂直角度公差为10°，左右偏差各为5°，这样能更好的控制熔池的大小，而且可使喷嘴、拖罩保护气均匀的保护熔池不被氧化。由于双弧焊两面流动氩气同时对焊缝保护，能起到降温作用，故双弧焊可根据情况连续焊接。

5、焊接停止收弧时，采用电弧衰减，并要填满弧坑，避免产生弧坑裂纹。焊枪和拖罩气体延时保护，避免焊缝在高温下被大气污染，使焊缝成为合格颜色。焊丝端部不能马上抽离保护区，否则，焊丝端部马上变色氧化，不能再继续使用。如再使用时，要用钳子剪去氧化端部方能使用。

按照以上方法步骤和大口径钛管封底双弧焊接主要工艺参数要求，分别对管径600、800、1500三个规格进行封底双弧焊接试验，如下：

实施例1：

钛管道Φ600×12mm管道工艺参数

1、将焊丝和焊件表面的油污和氧化物清理干净；

2、管口加工V型坡口；

3、进行管道组对，坡口间隙为1mm；

4、钛管道内外两支焊枪共同作业对钛管道进行焊接，采用带保护拖罩的钨极氩弧焊枪，焊接时按焊接方向，焊枪喷嘴在前保护拖罩在后，外焊枪喷嘴氩气流量25L/min，内焊枪喷嘴氩气流量15L/min，外焊枪拖罩氩气流量25L/min，内焊枪拖罩氩气流量25L/min，外焊枪电流140A，内焊枪电流50A，外焊枪电压14V，内焊枪电压13V，外焊枪焊接速度95mm/min，内焊枪焊接速度95mm/min，内外两支焊枪电弧前后距离4mm。

5、外部焊枪电弧先在焊缝中引燃，形成熔池后送进焊丝焊接，内部焊枪首先用托罩保护气对外部电弧形成熔池部位进行氩气保护，将外部电弧焊接4mm后，内部焊枪再引燃电弧。

6、钨极垂直于管道轴心，垂直角度为90°，垂直角度公差为10°，左右偏差各为5°。

7、钨极为铈钨极，钨极直径Φ2.5mm，喷嘴孔径Φ26mm，焊丝直径Φ2.5mm。

8、焊接时焊丝要顺着坡口沿着管子的切点送到熔池的前端，利用熔池的高温将焊丝熔化，焊枪和焊丝角度为80°～100°。

9、完成焊缝内外颜色呈银白色，内外焊肉成型均匀、饱满，RT探伤全部为I级，没有出现未熔合、未焊透、气孔、裂纹等缺陷。

实施例2：

钛管道Φ800×12mm管道工艺参数

1、将焊丝和焊件表面的油污和氧化物清理干净；

2、管口加工V型坡口；

3、进行管道组对，坡口间隙为1.5mm；

4、钛管道内外两支焊枪共同作业对钛管道进行焊接，采用带保护拖罩的钨极氩弧焊枪，焊接时按焊接方向，焊枪喷嘴在前保护拖罩在后，外焊枪喷嘴氩气流量30L/min，内焊枪喷嘴氩气流量20L/min，外焊枪拖罩氩气流量30L/min，内焊枪拖罩氩气流量30L/min，外焊枪电流145A，内焊枪电流50A，外焊枪电压15V，内焊枪电压14V，外焊枪焊接速度100mm/min，内焊枪焊接速度100mm/min，内外两支焊枪电弧前后距离5mm。

5、外部焊枪电弧先在焊缝中引燃，形成熔池后送进焊丝焊接，内部焊枪首先用托罩保护气对外部电弧形成熔池部位进行氩气保护，将外部电弧焊接5mm后，内部焊枪再引燃电弧。

实施例3：

钛管道Φ1500×12mm管道焊接

1、将焊丝和焊件表面的油污和氧化物清理干净；

2、管口加工V型坡口；

3、进行管道组对，坡口间隙为2mm；

4、钛管道内外两支焊枪共同作业对钛管道进行焊接，采用带保护拖罩的钨极氩弧焊枪，焊接时按焊接方向，焊枪喷嘴在前保护拖罩在后，外焊枪喷嘴氩气流量30L/min，内焊枪喷嘴氩气流量20L/min，外焊枪拖罩氩气流量35L/min，内焊枪拖罩氩气流量30L/min，外焊枪电流150A，内焊枪电流60A，外焊枪电压15V，内焊枪电压15V，外焊枪焊接速度115mm/min，内焊枪焊接速度115mm/min，内外两支焊枪电弧前后距离6mm。

5、外部焊枪电弧先在焊缝中引燃，形成熔池后送进焊丝焊接，内部焊枪首先用托罩保护气对外部电弧形成熔池部位进行氩气保护，将外部电弧焊接6mm后，内部焊枪再引燃电弧。

封底双弧焊接试验结果表明，由于采用内外两个电弧同时对焊缝进行焊接，坡口间隙只需要1～2mm，内外焊缝熔池比较直观，容易控制焊缝成型质量，所以双弧焊焊接速度较快，平均是单弧焊焊接速度的3～5倍。而双弧焊两焊枪电流相加基本和单弧焊的电流相同，熔池热量也基本相同，不会因热量过高，产生粗晶组织和氩气保护不良现象，同时，内外焊缝成型圆滑、平整，不会出现凹凸不平现象，基本一次焊接成型，一般不需要修补，双弧焊焊接时，焊枪喷嘴、拖罩对焊缝两面同时起到保护作用，不再需要另行管内充氩气保护，节省了管内充氩费用，据计算，封底焊接时每寸径较常规焊接工艺节省氩气成本1/3以上，管道口径越大焊接中节省氩气越多，此工艺同样适用于铝合金、哈氏合金、不锈钢等有色金属的焊接。该封底双弧焊接技术经验证，技术可行，焊接质量可靠，经济效益显著，填补了国内外焊接技术的空白。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.大口径工业纯钛管道封底双弧焊焊接方法，其特征在于：

1.l将焊丝和焊件表面的油污和氧化物清理干净；

1.2将钛管道进行坡口加工；

1.3进行钛管道组对，组对间隙为l～2mm；

1.5氩弧焊枪钨极垂直于钛管道轴心，垂直角度公差为10°，左右偏差各为5°；

1.6焊接时焊丝要顺着坡口沿着钛管道的切点送到熔池的前端，利用熔池的高温将焊丝熔化，焊枪和焊丝角度为80°～100°。

2.根据权利要求1所述的大口径工业纯钛管道封底双弧焊焊接方法，其特征在于：步骤1.2所述坡口的形状为V型。

3.根据权利要求1所述的大口径工业纯钛管道封底双弧焊焊接方法，其特征在于：步骤1.4所述的内外两支焊枪共同作业时，外部焊枪电弧先在焊缝中引燃，形成熔池后送进焊丝焊接，内部焊枪首先用托罩保护气对外部电弧形成熔池部位进行氩气保护，将外部电弧焊接4～6mm后，内部焊枪再引燃电弧。

4.根据权利要求1所述的大口径工业纯钛管道封底双弧焊焊接方法，其特征在于：步骤1.4所述的钨极为铈钨极，钨极直径2.5mm，喷嘴孔径26mm，焊丝直径2.5mm。