CN103212913A - 一种大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，属于金属焊接方法技术领域，用以提高罩式退火炉内罩大直径波纹管的焊接质量，其技术方案是：它采用以下步骤进行，在两个对接的波纹管的端面加工出单面V形坡口；对大直径波纹管接口处进行内支撑和调圆；进行焊接前的定位；对两个大直径波纹管进行点焊组对；用氩弧焊和CO2气保护焊焊内侧焊缝；用埋弧焊焊外部焊缝；对波纹管进行酸洗钝化；焊中和焊后的检验。本发明可以避免大直径不锈钢波纹管在组对和焊接过程中出现同轴度超差、错边量超差、管壁烧穿、焊缝内部的未焊透、未融合、气孔、夹渣、裂纹等缺陷，保证大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接质量，大大提高劳动效率，具有显著的经济效益。

Description

一种大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法

技术领域

本发明涉及一种罩式退火炉内罩大直径波纹管(直径和壁厚比大于300)的组对和焊接方法，属于金属焊接方法技术领域。

背景技术

大直径薄壁波纹管组对焊接一直是困扰操作人员的难题。首先，由于大直径薄壁管刚性差，在组对焊接时尺寸精度、表面质量及位置精度要求很高，采用常规方法无法保证两侧筒体中心的同轴度和外径处较高精度的错边量要求；其次，由于波纹管壁的壁厚较薄，在焊接时如果不将坡口、电流、转速等各项指标调整到一个最佳组合时将会出现不锈钢管壁烧穿的情况，还会产生焊不透、内部夹渣、咬边等诸多焊接缺陷，这些问题都将在X射线探伤检验和外观检验时体现出来，是不锈钢压力容器制作所不允许的。因此，设计和采用一种有别于常规焊接方法的大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，采用这种组对和焊接方法能够确保大直径波纹管组对同轴度在2毫米以内，外径错边量在2毫米以内，焊缝内部无焊穿、未焊透、未融合、气孔、夹渣、裂纹等缺陷，外观焊缝成形好、宽度均匀、色泽一致、表面无裂纹、无气孔、咬边等缺陷，达到不锈钢压力容器制作的规范和质量要求。

解决上述技术问题的技术方案是：一种大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，它采用以下步骤进行：

（1）在两个对接的波纹管的端面加工出单面V形坡口，坡口角度±5°，钝边1毫米--2毫米，间隙0毫米，坡口用机械加工的方法；

（2）对大直径波纹管接口处进行内支撑和调圆，通过内支撑架将波纹管筒体凹陷位置顶出，使大直径波纹管接口处的直径差达到±2毫米以内；

（3）将两个大直径波纹管进行焊接前的定位，确保中心线重合，错边量在2毫米之内；

（4）对两个大直径波纹管进行点焊组对，沿大直径波纹管圆周距离200毫米-300毫米点固焊一点，焊缝长度10毫米-15毫米；

（5）焊内侧焊缝，先用氩弧焊打底，之后CO₂气保护焊焊内部焊缝封面；

（6）背面修磨清根，埋弧焊焊外部焊缝；

（7）焊后处理，清除熔渣和飞溅，对波纹管进行酸洗钝化；

（8）焊中和焊后的检验，采用超声波探伤监控焊接过程，焊后对全部的纵焊缝和10%的环焊缝进行X射线探伤，达到环Ⅲ纵Ⅱ的标准。

上述大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，所述波纹管内支撑和调圆的内支撑架为米字型支撑杆组成，米字型支撑杆的两端有螺纹，螺纹上旋有螺母，螺母前端有顶尖，转动螺母沿着支撑杆移动，顶尖将波纹管筒体的凹陷处向外顶出。

上述大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，所述两个大直径波纹管焊接前定位采用以下步骤：将两个波纹管分别画十字线，将一根槽钢放置在调整好的平台上，确保平稳牢固；将两个波纹管端面相对，平稳放置在槽钢上，令其十字线对应，端面距离大约6毫米；将端面坡口及其内外表面50毫米范围内的油、垢、毛刺等清理干净,100毫米宽度内涂上白垩粉；用倒链将两个波纹管拉紧，确保端面紧密结合，十字线重合；距离焊口200毫米处测量平直度，允许偏差不大于2毫米。

上述大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，所述焊内侧焊缝时，将点固焊后的两个波纹筒放置在转胎上，转胎的转轮直径φ400毫米，转轮距离2500毫米，以20转/分的速度匀速转动。

上述大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，所述内侧焊缝的氩弧焊焊接工艺参数如下：焊丝为不锈钢焊丝H08Cr26Ni21，氩弧焊所采用的氩气纯度不得低于99.96%，壁厚为8毫米，焊丝直径为1.6毫米，钨极直径为1.6毫米，喷嘴直径为8毫米，焊接电流为40A，氩气流量为8 L/min。

上述大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，所述内侧焊缝的CO2气保护焊的焊机参数如下：焊丝为不锈钢焊丝H08Cr26Ni21，壁厚为8毫米，焊丝直径为1.6毫米，焊接电流为240A，电压为20V，焊接速度为500cm/min。

上述大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，所述外部焊缝的埋弧焊的焊接参数如下：焊丝为不锈钢焊丝H08Cr26Ni21，壁厚为8毫米，焊丝直径为3.2毫米，焊接电流为290A，电压为34V，焊接速度为500cm/min。

上述大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，所述焊后处理采用以下步骤：清除熔渣和飞溅；采用酸洗钝化膏对筒体进行清洗，酸洗钝化温度为室温，酸洗液配方为硝酸20%（比重1.42）、氢氟酸5%、其余为水；用热水冲洗干净；进行钝化，钝化温度为室温，钝化液配方为硝酸5%（比重1.42），重铬酸钾2%，其余为水。

本发明的有益效果是：

采用本发明的大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，可以避免大直径不锈钢波纹管在组对和焊接过程中出现同轴度超差、错边量超差、管壁烧穿、焊缝内部的未焊透、未融合、气孔、夹渣、裂纹等缺陷。从外观看，焊缝成形好、宽度均匀、色泽一致、表面无裂纹、无气孔、咬边等缺陷。X射线探伤环Ⅲ纵Ⅱ标准一次通过率达到95%以上，确保了内罩类产品上线运行的气密性。本发明可以保证大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接质量，大大提高劳动效率，具有显著的经济效益。

附图说明

图1是本发明的不锈钢波纹管组对示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是焊接后的焊缝剖面示意图。

图中标记如下：波纹管1、波纹管2、焊缝3、槽钢4、平台5、内支撑架6、螺母7、顶尖8、氩弧焊打底焊缝9、CO2气保护焊焊缝10、埋弧焊焊缝11。

具体实施方式

本发明是一种大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，它采用以下步骤进行：

1.在大直径不锈钢波纹管端面加工出坡口。单面V形60°坡口，坡口角度±5°，钝边2毫米，间隙0毫米，坡口用机械加工的方法。组对前将坡口及其内外表面10毫米范围内的油、垢、毛刺等清理干净。

2.在大直径不锈钢波纹管接口处做内支撑和调圆。内支撑架6采用米字型支撑杆，米字型支撑杆的两端有螺纹，螺纹上旋有螺母7，螺母7前端有顶尖8，转动螺母7沿着支撑杆移动，顶尖8将波纹管筒体的凹陷处向外顶出。

操作时，在据波纹管端面15毫米的位置，将螺栓拧紧使内支撑架6定位，固定在波纹筒内，用2.5米的大卡尺检测波纹筒的端部内径，结合圆弧样板，确定凹陷位置记录凹陷尺寸，用记号笔做好标识并计算出需要顶出的数据。

将内支撑架6的一个米字型支撑杆的顶尖8固定在一个凹陷处，旋转螺母7使顶尖8外行，缓慢反复加力使顶出的尺寸达到计算值。用量具及样板检测，直径差已经在±2毫米之内时，就可以进行下一工序的组对了。

3.将两个大直径波纹管进行焊接前的定位，确保中心线重合，错边量在±2毫米之内。

操作时，先将两个波纹管分别画十字线，将一根400或500槽钢4，横放置在调整好的平台5上，确保平稳牢固。将两个波纹管端面相对，平稳放置在槽钢4上，令其十字线对应，端面距离大约6毫米。组对前将端面坡口及其内外表面50毫米范围内的油、垢、毛刺等清理干净,100毫米宽度内涂上白垩粉。用倒链将两波纹管拉紧，确保端面紧密结合，十字线重合。距离焊口200毫米处测量平直度，允许偏差不大于2毫米。

4.定位点固焊。采用S309焊条，沿波纹管圆周距离200毫米点固焊一点，焊缝长度10毫米，不得在波纹管筒体上引弧，不得有划伤、飞溅、氧化皮、熔渣等缺陷。点固焊必须根部焊透不得有焊接缺陷，且焊缝高度不得高于波纹管筒体本身。定位焊焊缝上有气孔和裂纹时，必须清除重焊。

5.焊内侧口。将点固焊后的两波纹筒放置在转胎上，转胎的转轮直径φ400毫米，距离2500毫米，以20转/分的速度匀速转动。

1）氩弧焊打底：氩弧焊焊丝为不锈钢焊丝H08Cr26Ni21，氩弧焊所采用的氩气纯度不得低于99.96%。在保证焊透和熔合良好的条件下，采用小电流 、短电弧、快速焊的方法，焊接时手势应平稳焊丝应均速送入溶池内。打底层厚度不超过2毫米，并一定不能熔化坡口两侧棱边,这样盖面时可看清坡口,为盖面创造良好条件氩弧焊机型号为WS5-400，焊接工艺参数如下：壁厚（8毫米），焊丝直径（1.6毫米），钨极直径（1.6毫米），喷嘴直径（8毫米），焊接电流（40A），氩气流量（8 L/min）。

在打底层焊接后要仔细检查焊缝表面，焊缝表面应无裂纹、夹渣和气孔等缺陷。接下来用角磨机打磨打底层，露出金属光泽，去掉裂纹、夹渣和气孔等缺陷，并将凸起不平的地方磨平。

2）CO2气保焊焊内部焊缝：焊接前将端面坡口及其内外表面50毫米范围内的油、垢、毛刺等清理干净，100毫米宽度内涂上白垩粉，在喷嘴上涂一层喷嘴防堵剂。

将CO2气瓶倒置1～2h，使水分下沉,每隔0.5h放水1次，放2～3次。将焊机机头对准被焊焊缝，倾角0°，调整好焊机参数如下：壁厚为8毫米，焊丝直径为1.6毫米，焊接电流为240A，电压为20V，焊接速度为500cm/min。

焊丝选用310S（H08Cr26Ni21），使用前150℃烘干1小时。焊接环境温度不低于0℃，不在焊缝以外的母材上打火、引弧。

启动转胎，待波纹筒转动平衡后，开始施焊。焊枪横向摆动时,要保证两侧坡口有一定熔深,使焊道平整,有一定下凹,避免中间凸起,这样会使焊缝两侧与坡口面之间形成夹角,产生未焊透、夹渣等缺陷。焊枪摆动的幅度比填充层要大一些,摆动时幅度应一致,速度要均匀,要特别注意坡口两侧熔化情况,保证熔池边缘超过坡口两侧棱边0.5―1.5㎜,不得大于2 mm ,以避免咬边。在约束焊道上施焊,应连续进行,因故中断,再施焊时, 应对已焊的焊缝局部做预热处理。

6.埋弧焊焊外部焊缝。

1）内部焊口焊完之后，焊缝背面用角磨机清理焊根，必须把焊缝中的飞溅、夹杂等缺陷全部清除干净，最后用埋弧焊焊一道封面焊缝。 

2）焊接参数选择如下：焊丝为不锈钢焊丝H08Cr26Ni21，壁厚为8毫米，焊丝直径为3.2毫米，焊接电流为290A，电压为34V，焊接速度为500cm/min。

焊剂SJ601使用前300-350℃，烘干2小时。焊剂多次用后需经14孔/时筛子筛过去除熔渣，矿物，过细的呈粉末状的应予废弃，经清理暂不用的焊剂，应放入烘箱或保温筒内保温，否则使用前重新烘焙，才允许回用。

3）焊接时注意以下问题：

调好焊丝位，压下启动按钮时，要待正常施焊，方可松开。

正常停焊，要压下停止按钮，不可钦压紧急停焊按钮，否则会产生凹坑。

焊机工作台调位好后，应用螺钉紧定，以免施焊中焊丝定位不好。

经常注意工件轴向定位是否可靠。

导电嘴使用一段时间后，导电嘴孔磨损大，影响焊丝正确定位，应更换新导电嘴。

如探伤发现较大范围或局部有焊接缺陷，可用机械加工法或碳弧气刨去除缺陷部位。

用角向砂轮清根除氧化皮、锈、油水，再进行埋弧自动焊，或进行手工补焊。

同一条焊缝只能在原处修补二次，第三次修补焊应另行设计坡口位置。

7.焊后处理采用以下步骤：

清除熔渣和飞溅。

采用酸洗钝化膏对筒体进行清洗，酸洗钝化温度为室温，酸洗液配方：硝酸20%（比重1.42）、氢氟酸5%、其余为水。

用热水冲洗干净。

进行钝化，钝化温度为室温，钝化液配方：硝酸5%（比重1.42），重铬酸钾2%，其余为水。

8.焊中和焊后的检验。

焊接过程中，采用超声波探伤的手段，监控每一层焊缝的质量。焊后对全部的纵焊缝和10%的环焊缝进行X射线探伤，观察焊缝是否全部焊透，有无气孔裂纹等缺陷，达到环Ⅲ纵Ⅱ的标准。

Claims (8)

1.一种大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，其特征在于：它采用以下步骤进行：

（1）在两个对接的波纹管的端面加工出单面V形坡口，坡口角度±5°，钝边1毫米--2毫米，间隙0毫米，坡口用机械加工的方法；

（2）对大直径波纹管接口处进行内支撑和调圆，通过内支撑架将波纹管筒体凹陷位置顶出，使大直径波纹管接口处的直径差达到±2毫米以内；

（3）将两个大直径波纹管进行焊接前的定位，确保中心线重合，错边量在2毫米之内；

（4）对两个大直径波纹管进行点焊组对，沿大直径波纹管圆周距离200毫米-300毫米点固焊一点，焊缝长度10毫米-15毫米；

（5）焊内侧焊缝，先用氩弧焊打底，之后CO₂气保护焊焊内部焊缝封面；

（6）背面修磨清根，埋弧焊焊外部焊缝；

（7）焊后处理，清除熔渣和飞溅，对波纹管进行酸洗钝化；

（8）焊中和焊后的检验，采用超声波探伤监控焊接过程，焊后对全部的纵焊缝和10%的环焊缝进行X射线探伤，达到环Ⅲ纵Ⅱ的标准。

2.根据权利要求1所述的大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，其特征在于：所述波纹管内支撑和调圆的内支撑架（6）为米字型支撑杆组成，米字型支撑杆的两端有螺纹，螺纹上旋有螺母（7），螺母（7）前端有顶尖（8），转动螺母（7）沿着支撑杆移动，顶尖（8）将波纹管筒体的凹陷处向外顶出。

3.根据权利要求2所述的大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，其特征在于：所述两个大直径波纹管焊接前定位采用以下步骤：将两个波纹管分别画十字线，将一根槽钢（4）放置在调整好的平台（5）上，确保平稳牢固；将两个波纹管端面相对，平稳放置在槽钢上，令其十字线对应，端面距离大约6毫米；将端面坡口及其内外表面50毫米范围内的油、垢、毛刺等清理干净,100毫米宽度内涂上白垩粉；用倒链将两个波纹管拉紧，确保端面紧密结合，十字线重合；距离焊口200毫米处测量平直度，允许偏差不大于2毫米。

4.根据权利要求3所述的大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，其特征在于：所述焊内侧焊缝时，将点固焊后的两个波纹筒放置在转胎上，转胎的转轮直径φ400毫米，距离2500毫米，以20转/分的速度匀速转动。

5.根据权利要求4所述的大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，其特征在于：所述内侧焊缝的氩弧焊焊接工艺参数如下：焊丝为不锈钢焊丝H08Cr26Ni21，氩弧焊所采用的氩气纯度不得低于99.96%，壁厚为8毫米，焊丝直径为1.6毫米，钨极直径为1.6毫米，喷嘴直径为8毫米，焊接电流为40A，氩气流量为8 L/min。

6.根据权利要求5所述的大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，其特征在于：所述内侧焊缝的CO2气保护焊的焊机参数如下：焊丝为不锈钢焊丝H08Cr26Ni21，壁厚为8毫米，焊丝直径为1.6毫米，焊接电流为240A，电压为20V，焊接速度为500cm/min。

7.根据权利要求6所述的大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，其特征在于：所述外部焊缝的埋弧焊的焊接参数如下：焊丝为不锈钢焊丝H08Cr26Ni21，壁厚为8毫米，焊丝直径为3.2毫米，焊接电流为290A，电压为34V，焊接速度为500cm/min。

8.根据权利要求7所述的大直径薄壁不锈钢波纹管的组对和焊接方法，其特征在于：所述焊后处理采用以下步骤：清除熔渣和飞溅；采用酸洗钝化膏对筒体进行清洗，酸洗钝化温度为室温，酸洗液配方为硝酸20%（比重1.42）、氢氟酸5%、其余为水；用热水冲洗干净；进行钝化，钝化温度为室温，钝化液配方为硝酸5%（比重1.42），重铬酸钾2%，其余为水。

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