CN104625322B - 大型非标设备厚板全位置焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的是焊接技术领域的一种大型非标设备厚板全位置焊接方法,该方法包括以下步骤:在焊件的焊接部位加工出不对称X型坡口,然后对焊件采用立式组装;采用远红外线电加热法对焊缝两边的焊件进行预热,并用红外线数字测温仪进行检测;在焊件的时候先在不对称X型坡口较小的坡口内进行定位点焊,然后采用多层多道方式进行多点同时焊接;焊接完成后依次进行加热、保温、空冷的方式进行消氢;最后进行外观检查和整体退火。本发明通过设置合理的不对称X型坡口,使焊后的角变形小,对称性好,采用多点同时焊接以及多层多道焊接,使得整个焊件各处受力均匀,整体变形小,最后采用整体退火,消除内应力,使整个焊件结构更稳定,塑性更好。

Description

大型非标设备厚板全位置焊接方法
技术领域
本发明涉及钢结构焊接技术领域,尤其涉及一种大型非标设备厚板全位置焊接方法。
背景技术
随着近年来机械、能源、交通、化工、建筑等工业的发展,各种焊接结构不断朝着功能性及大型化方向发展,特别是厚板的焊接在各个领域也得到了迅速发展。厚板焊接因拘束度大、淬硬倾向大,产生裂纹倾向大,焊接难度大,掌握厚板焊接技术有利于提升企业占有市场份额。
由于厚板、超厚板焊接时填充焊材熔敷金属量大,焊接时间长,热输入总量高,构件施焊时焊缝拘束度高、焊接残余应力大,焊后应力和变形大。焊接施焊过程中,易产生热裂纹与冷裂纹。厚板在焊接前,钢板的板温较低,在开始焊时,电弧的温度高达1250~1300℃,厚板在板温冷热骤变的情况下,温度分布不均匀,使得焊缝热影响区容易产生淬硬——马氏体组织,焊缝金属变脆,产生冷裂纹的倾向增大,因此选择合理的焊接方法、坡口形式、焊接工艺参数及焊接材料可使厚板焊接获得满意的质量。
发明内容
为克服现有焊接方法导致焊件受力不均、易变形等不足,本发明所要解决的技术问题是:提供一种能保证焊件变形小、焊缝质量高的厚板全位置焊接方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:大型非标设备厚板全位置焊接方法,包括以下步骤:
焊前处理:首先在焊件的焊接部位加工出不对称X型坡口,然后对焊件采用立式组装;
焊前预热:采用远红外线电加热法对焊缝两侧各不小于焊件厚度3倍,且不小于100mm的范围进行加热,预热温度不小于150℃,预热过程中采用红外线数字测温仪进行检测;
焊接:焊接应在预热后立即进行,首先在焊件的不对称X型坡口较小的坡口内进行定位点焊,点焊长度不低于50mm,然后对焊件进行多点同时焊接,焊接时采用多层多道方式焊接,焊接温度控制在100~150℃之间,焊接过程中采用红外线数字测温仪进行检测,当焊件温度低于100℃时重新预热;
焊后消氢:焊接完成后,首先清理打磨焊缝,然后对焊缝及其两侧各100~150mm范围内的焊接进行加热,加热到250~350℃后用石棉铺盖进行保温,保温2~6小时后空冷。
更具体的是,所述不对称X型坡口的坡角α为50~60°,坡口小端深度n与大端深度m之比为1:2。
更具体的是,所述立式组装在放射钢平台上进行,平台水平度应不大于1/1000mm,且高度差不大于4mm。
更具体的是,焊前预处理完成立式组装后还应对组装几何尺寸进行检查,包括坡口间隙、错边量、棱角度等,最后对坡口表面及两侧100mm范围内的泥水、油污、铁锈、熔渣等进行清理。
更具体的是,焊接完成后清理打磨焊缝包括对电弧擦伤等表面缺陷进行修磨,修磨的深度不应大于该焊接部位钢材厚度的5%且不大于2mm。
更具体的是,消氢处理之后对焊件进行无损检测和退火处理,无损检测包括超声波探伤、射线探伤和磁粉探伤,退火采用整体退火方式处理。
本发明的有益效果是:通过设置不对称X型坡口,使焊后的角变形小,对称性好,利用远红外线电加热法使预热更快更均匀,采用多点同时焊接以及多层多道焊接,使得整个焊件各处受力均匀,整体变形小,最后采用整体退火,消除内应力,使整个焊件结构更稳定,塑性更好。
附图说明
图1是本发明坡口结构示意图。
图中标记为,α-坡角,m-大端深度,n-小端深度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
对于大型厚板焊接的工艺流程一般是:焊接工艺评定→施工准备→下料、组对→预热→焊接→外观检查→焊后消氢→无损检测→退火。
焊接工艺评定包括坡口选用以及焊接的参数选用,本发明的焊缝坡口型式按HG20586-1998标准选用DU36与不对称X型坡口,所述不对称X型坡口指的是焊件两侧的坡口不对称,以70mm板厚为例,如图1所述,采用9m刨边机与半自动氧乙炔火焰切割机坡口,坡口的具体尺寸应根据钢板的厚度进行选取,坡口角一般为50~60°,坡口小端与大端深度之比为1:2。焊接工艺参数按照下表进行选取:
施工准备主要是对焊接的材料进行检查,原材料及焊接材料必须有产品质量证明书,符合国家相应的标准规范。原材料及焊接材料在进场前应按照GB150及相关规定进行验收,不符合质量要求者不得使用。验收内容包括:外观检查、尺寸检测、100%超声波探伤Ⅱ级合格。对于特定的原材料及焊接材料,比如压力容器的运输和存储须按照压力容器相关规程进行。
接下来是下料和组队,下料前应按1:1放样后进行号料,流出焊接收缩余量及切割和边缘加工等加工余量,然后采用半自动切割机下料,厚板与薄板的过渡采用管道坡口机与制作的轨道(圆弧条板)配合进行加工。对需要焊接的材料采用立式的方式进行组装,并对组装几何尺寸进行检查,包括坡口间隙、错边量、棱角度等,最后对坡口表面及两侧100mm范围内的泥水、油污、铁锈、熔渣等进行清理。立式组装最好在放射钢平台上进行,平台水平度应不大于1/1000mm,且高度差不大于4mm。在放射钢平台上进行,一方面是保证材料的水平度,另一方面是为了后续的预热做好准备。
预热是为了在焊接过程中为了减少焊接热输入流失过快,避免焊缝在结晶过程中产生裂纹。本发明采用远红外线电加热法,预热温度≥150℃,预热范围为焊缝两侧各不小于焊件厚度的3倍,且不小于100mm,预热过程中用红外线数字测温仪进行检查和测量温度。利用远红外线电加热法使加热更快更均匀,也更易控制。
预热之后应立即进行焊接,首先要进行的是定位焊,定位焊是厚板施工过程中最容易出现问题的部位。由于厚板在定位焊时,定位焊处的温度被周围的“冷却介质”很快冷却,造成局部过大的应力集中,引起裂纹的产生,对材质造成损坏。解决的措施是厚板在定位焊时,提高预加热温度,加大定位焊缝长度和焊脚尺寸。定位焊时应点焊内口,定位焊长度不低于50mm。焊接时应采用多名焊工分布均匀同时焊接,采用小焊接线能量,焊接速度尽量一致,焊接层间温度宜在100~150℃之间。焊口应尽量一次焊完,若中途停顿时间太长,应在下一次焊接时重新预热。采用多层多道焊,严禁摆宽道,这是因为厚板焊缝的坡口较大,单道焊缝无法填满截面内的坡口,摆宽道焊接造成的结果是,母材对焊缝拘束应力大,焊缝强度相对较弱,容易引起焊缝开裂或延迟裂纹的发生。而多层多道焊有利的一面是:前一道焊缝对后一道焊缝来说是一个“预热”的过程;后一道焊缝对前一道焊缝相当于一个“后热处理”的过程,有效地改善了焊接过程中应力分布状态,利于保证焊接质量。在焊接的时候还应加强焊接过程中的检查,做到边施工、边检查,如在清渣过程中认真检查是否有裂纹发生,及时发现,及时处理。
焊接完成后等焊件稍微冷却一段时间便进行外观检查,首先清除药皮焊渣及焊瘤和飞溅,技术要求需要打磨的还应按要求进行焊缝表面打磨,之后对焊缝进行外观检查,检查焊缝的宽度和余高是否符合要求,检查焊缝表面是否有气孔、裂纹和夹渣等表面缺陷。如有电弧擦伤等表面缺陷,可以对弧坑进行修磨,修磨的深度不应大于该焊接部位钢材厚度的5%且不大于2mm,否则需按要求进行补焊。
外观检查没有问题之后就进行消氢处理,具体的操作步骤是:对焊缝及其两侧各100~150mm范围内的局部母材进行加热,加热时采用红外线电加热板进行。加热温度到250~350℃后用石棉铺盖进行保温,保温2~6h后空冷。这样的后热处理可使因焊前清洁工作不当或焊剂烘焙不当而渗入熔池的扩散氢迅速逸出,防止焊缝及热影响区内出现氢致裂纹。
对于承压壳体,应在焊接24小时后对其进行无损检查,无损检测为100%超声波探伤,100%射线探伤和100%的磁粉探伤。合格等级为:射线检测Ⅱ级合格;超声检测Ⅰ级合格;磁粉检测Ⅰ级合格。无损检测结果应有检测报告,并附有完整的记录,焊缝探伤的重复检查按GB150相关规定进行。
最后为了提高焊件的整体稳定性和塑性,采用现场制作的大型热处理炉对焊件进行焊后整体退火处理。焊接构件焊后热处理保温温度控制在600±25℃且必须≥550℃。当厚度δ≤50mm时,保温时间为δ/25分钟但不少于1/4分钟;当厚度δ≥50mm时,保温时间为(150+δ)/100分钟,保温延长时间不宜超过计算值的2倍。

Claims (4)

1.大型非标设备厚板全位置焊接方法,其特征是:包括以下步骤:
焊前处理:首先在焊件的焊接部位加工出不对称X型坡口,所述不对称X型坡口的坡角(α)为50~60°,坡口小端深度(n)与大端深度(m)之比为1:2,然后对焊件采用立式组装,所述立式组装在放射钢平台上进行,平台水平度应不大于1/1000mm,且高度差不大于4mm;
焊前预热:采用远红外线电加热法对焊缝两侧各不小于焊件厚度3倍,且不小于100mm的范围进行加热,预热温度不小于150℃,预热过程中采用红外线数字测温仪进行检测;
焊接:焊接应在预热后立即进行,首先在焊件的不对称X型坡口较小的坡口内进行定位点焊,点焊长度不低于50mm,然后对焊件进行多点同时焊接,焊接时采用多层多道方式焊接,焊接温度控制在100~150℃之间,焊接过程中采用红外线数字测温仪进行检测,当焊件温度低于100℃时重新预热;
焊后消氢:焊接完成后,首先清理打磨焊缝,然后对焊缝及其两侧各100~150mm范围内的焊接进行加热,加热到250~350℃后用石棉铺盖进行保温,保温2~6小时后空冷。
2.如权利要求1所述的大型非标设备厚板全位置焊接方法,其特征是:焊前预处理完成立式组装后还应对组装几何尺寸进行检查,包括坡口间隙、错边量、棱角度,最后对坡口表面及两侧100mm范围内的泥水、油污、铁锈、熔渣进行清理。
3.如权利要求1所述的大型非标设备厚板全位置焊接方法,其特征是:焊接完成后清理打磨焊缝包括对电弧擦伤表面缺陷进行修磨,修磨的深度不应大于该焊接部位钢材厚度的5%且不大于2mm。
4.如权利要求1所述的大型非标设备厚板全位置焊接方法,其特征是:消氢处理之后对焊件进行无损检测和退火处理,无损检测包括超声波探伤、射线探伤和磁粉探伤,退火采用整体退火方式处理。
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