CN104816075B - 一种空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管道焊接技术领域，尤其是涉及一种空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，包括：步骤100、采用机械切割制得多个管段，并对多个所述管段的接头处进行坡口加工，对多个所述管段的焊接接头区域进行清理；在工作台上，采用外对口器对多个所述管段进行组对；步骤200、采用点焊机对多个所述管段进行点固焊接；步骤300、采用熔化极氩弧焊机和焊丝对多个所述管段进行焊接；步骤400、对多个所述管段进行试件压扁检测，对焊缝进行X射线探伤检查，对多个所述管段进行强度检测以及气密性检测；步骤500、对多个所述管段的内壁和外壁分别进行清理。本发明解决了现有技术中存在铝锰合金管道的焊接效率和焊接质量低下的技术问题。

Description

一种空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法

技术领域

本发明涉及管道焊接技术领域，尤其是涉及一种空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法。

背景技术

作为现代冶金、化工企业主要原材料或辅材料的高纯度的氧气，其制得常常是通过真空解吸变压吸附制氧装置以纯净的压缩空气为原料，沸石分子筛为吸附剂，利用变压吸附的原理在常温下来获取。其过程为根据空气中氧、氮分子在沸石分子筛表面吸附量的差异及氧和氮在沸石分子筛中的扩散速率的不同，通过可编程序控制器控制程控阀的启闭，实现加压吸附、减压脱附的过程，完成空气中氧、氮的分离，得到所需纯度的氧气。而空分系统是制氧装置的核心设备，而空分系统的管道主要铝锰合金管道组成，而在安装过程中，铝锰合金管道的焊接质量是制氧装置安装工程质量控制的限制性环节。由于现有的对铝锰合金管道的焊接操作不规范，大大影响了焊接效率和焊接质量，增加了工人劳动的强度和工程成本，焊接时，还易产生焊瘤、未焊透、夹渣及凹陷等焊接缺陷；另外，由于铝锰合金的线性膨胀系数约为钢的二倍，凝固时，其体积收缩率达约6.5％，焊接时，往往因为焊接内应力过大而造成在脆性温度区间内产生热裂纹。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，以解决现有技术中存在铝锰合金管道的焊接效率和焊接质量低下的技术问题。

本发明提供的一种空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，包括以下步骤：

步骤100、采用机械切割制得多个管段，并对多个所述管段的接头处进行坡口加工，其中，所述管段的管径为DN25～DN125，且管壁厚度为3mm～10mm；对多个所述管段的焊接接头区域进行清理；在工作台上，采用外对口器对多个所述管段进行组对；

步骤200、采用点焊机对多个所述管段进行点固焊接，其中，点焊点沿所述管段的径向圆周均匀分布，且所述点焊点的个数不少于3个，每个所述点焊点的点焊缝的长度为18mm～22mm，每个所述点焊点的点焊缝的高度不大于所述管壁厚度的2/3；

步骤300、采用熔化极氩弧焊机和焊丝对多个所述管段进行焊接，以形成管线，其中，焊接时，伸出喷咀口一定长度的一段所述焊丝为焊丝伸出段，所述焊丝伸出段的轴线与管段的焊点处的径向圆周切线之间的夹角不大于10°，所述焊丝伸出段的端部位于熔池的表面的中部的上方，且与所述熔池的表面的距离为1.5mm～3mm；

步骤400、对多个所述管段进行试件压扁检测，对焊缝进行X射线探伤检查，确保所述焊缝的质量为二级焊缝以上，对多个所述管段进行强度检测以及气密性检测；

步骤500、对多个所述管段的内壁和外壁分别进行清理。

可选的，所述步骤100中：当所述管壁厚度不大于4mm时，坡口的形式为I型，根部间隙为0.5mm；当所述管壁厚度为5～10mm时，坡口的形式为V型，根部间隙为0.5mm～1.0mm。

可选的，所述步骤100中，当坡口的形式为V型时，其钝边的长度为1.5mm，其中：当所述管段的管外径大于80mm时，所述钝边的长度的误差不大于1.0mm；当所述管段的管外径小于或等于80mm时，所述钝边的长度的误差不大于0.5mm。

可选的，所述步骤100中：当所述管段的管外径小于或等于80mm时，采用浸洗法进行清洗；

当所述管段的管外径大于80mm时，采用擦洗法进行清洗。

可选的，所述浸洗法依次包括以下工序：除油、碱洗、冲洗、中和、再冲洗和干燥；

所述擦洗法依次包括以下工序：脱脂和清除氧化膜。

可选的，所述焊丝的型号为SAlMn。

可选的，所述步骤300中，沿焊接方向焊接时，当焊接到起焊点后，继续向前行进15～20mm，并在收弧时将电弧停留在弧坑处1～2秒用于将所述弧坑填满。

可选的，步骤100中，当坡口的形式为V型时，坡口的角度为30°～35°。

可选的，所述步骤300中，对固定口进行焊接时，起焊点高于所述管段的径向圆周的最低点，并且焊接路径先经过所述管段的径向圆周的最低点，再经过所述管段的径向圆周的最高点。

可选的，所述步骤500中，对多个所述管段的内壁的清洗的工序为：先将浓度为2％～3％的铬酐水溶液或浓度为2％～3％重铬酸钾溶液，加温到60℃～80℃，然后泵入到多个所述管段内，浸泡25～35分钟排出，再以清水反复冲洗多个所述管段，并以靶板或靶布检查是否有污物，当检查无污物后，再以风机鼓入热空气到多个所述管段内进行吹干；

对多个所述管段的外壁的清洗的工序为：先浓度为2％～3％的铬酐水溶液，加温到60℃～80℃，然后用其冲洗焊接接头，并用硬毛刷刷洗，待污物洗刷干净后再以清水冲洗，最后自然风干或用热风吹干。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，采用机械切割制得多个管段，并对多个管段的焊接接头区域进行清理，然后采用外对口器对多个管段进行组对；组对后先采用点焊机对多个管段进行点固焊接，再采用熔化极氩弧焊机和焊丝对多个管段进行焊接，以形成管线；最后对多个管段进行试件压扁检测，对焊缝进行X射线探伤检查，对多个管段进行强度检测以及气密性检测，经过检测合格后，再对对多个管段的内壁和外壁分别进行清理。通过上述合理的施工步骤，从而提高了焊接效率和焊接质量，可以适用于不同管壁厚度和全位置焊接操作，并且不易产生焊接缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法的流程图；

图2为本发明实施例一中焊丝伸出段与管段之间位置关系的示意图；

图3为本发明实施例二中熔池前缘的焊接熔孔的位置的示意图；

图4为本发明实施例二中对固定口进行焊接时，起焊点的位置示意图；

图5为本发明实施例二中对转动口进行焊接时，溶池的位置的示意图。

附图标记：

61-焊接熔孔；62-管段；63-起焊点；

64-最低点；65-最高点；66-焊丝伸出段；

67-熔池；68-径向圆周切线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法的流程图，图2为本发明实施例一中焊丝伸出段与管段之间位置关系的示意图，参见图1和图2所示，本发明实施例一提供了一种空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，包括以下步骤：

步骤100、采用机械切割制得多个管段，并对多个管段的接头处进行坡口加工，其中，管段的管径为DN25～DN125，且管壁厚度为3mm～10mm；对多个管段的焊接接头区域进行清理；在工作台上，采用外对口器对多个管段进行组对。

步骤200、采用点焊机对多个管段进行点固焊接，其中，点焊点沿管段的径向圆周均匀分布，且点焊点的个数不少于3个，每个点焊点的点焊缝的长度为18mm～22mm，每个点焊点的点焊缝的高度不大于管壁厚度的2/3。

步骤300、采用熔化极氩弧焊机和焊丝对多个管段进行焊接，以形成管线，其中，焊接时，伸出喷咀口一定长度的一段焊丝为焊丝伸出段66，焊丝伸出段66的轴线与管段的焊点处的径向圆周切线68之间的夹角a不大于10°，焊丝伸出段66的端部位于熔池67的表面的中部的上方，且与熔池67的表面的距离为1.5mm～3mm。

步骤400、对多个管段进行试件压扁检测，对焊缝进行X射线探伤检查，确保焊缝的质量为二级焊缝以上，对多个管段进行强度检测以及气密性检测。

步骤500、对多个管段的内壁和外壁分别进行清理。

本发明实施例一中，通过上述合理的施工步骤，从而提高了焊接效率和焊接质量，可以适用于不同管壁厚度和全位置焊接操作，并且不易产生焊接缺陷。

实施例二

图3为本发明实施例二中熔池前缘的焊接熔孔的位置的示意图，图4为本发明实施例二中对固定口进行焊接时，起焊点的位置示意图，图5为本发明实施例二中对转动口进行焊接时，溶池的位置的示意图，参见图3至图5所示，本发明实施例二提供了一种空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，包括以下步骤：

步骤100、对铝锰合金管材采用机械切割制得多个管段，并对多个管段的接头处进行坡口加工，其中，管段的管径为DN25～DN125，且管壁厚度为3mm～10mm；对多个管段的接头处进行清理；在工作台上，采用外对口器对多个管段进行组对。

在步骤100中，DN在焊接管道中，表示管道公称直径；在对铝锰合金管材切割时，应保证切口端面平整、无裂纹、无毛刺和无重皮。另外切口端面倾斜偏差应不大于管外径的0.5％。

在步骤100中，当管壁厚度不大于4mm时，坡口的形式为I型，根部间隙为0.5mm；当管壁厚度为5～10mm时，坡口的形式为V型，根部间隙为0.5mm～1.0mm。当坡口的形式为V型时，钝边的长度为1.5mm，其中：当管段的管外径大于80mm时，钝边的长度的误差不大于1.0mm；当管段的管外径小于或等于80mm时，钝边的长度的误差不大于0.5mm。另外，当坡口的形式为V型时，坡口的角度为30°～35°。

在步骤100中：当所述管段的管外径小于或等于80mm时，采用浸洗法进行清洗；浸洗法依次包括以下工序：除油、碱洗、冲洗、中和、再冲洗和干燥；上述工序中，浸洗液配方及工艺参数，参见下表一：

当管段的管外径大于80mm时，采用擦洗法进行清洗；擦洗法依次包括以下工序：脱脂和清除氧化膜；脱脂的具体操作为：对管段的焊接接头区域的外表面，均用棉纱沾丙酮或四氯化碳进行擦洗，以去除油脂、金属粉末等污物。清除氧化膜的具体操作为：在脱脂处理后，用电动不锈钢丝轮打管磨焊接接头区域的外表面；用半圆锉刀或细纱布对焊接接头区域的内表面进行打磨。

在步骤100中，管段与管段之间的组对应使其内外壁平整，外壁间的错边量应不大于管壁厚度的3％。

在步骤200和步骤300中，焊接的工艺参数，参见下表二：

需要说明的是，本实例二中，对于根部焊道采用Ф1.6的焊丝，对于其它焊道采用Ф2.0的焊丝。

在步骤200和步骤300中，焊丝的型号为SAlMn，也就是说焊丝为铝锰合金焊丝。

步骤200、采用点焊机对多个管段进行点固焊接，其中，点焊点沿管段的径向圆周均匀分布，且点焊点的个数不少于3个，每个点焊点的点焊缝的长度为18mm～22mm，每个点焊点的点焊缝的高度不大于管壁厚度的2/3；具体的说，每个点焊点的点焊缝的长度为20mm。

在步骤200中，由引弧板引燃电弧后，将坡口两侧均匀熔化并形成熔池后，贴熔池的前缘送入焊丝，滴入一个溶滴即可；这样形成的点焊点较薄，即使有微小缩孔等缺陷也可先不做处理，当进行步骤300中的焊接时将其重新熔化即可，这样操作保证了当进行步骤300中的焊接时，管段与管段不会发生错位，还不会影响最终的焊接质量。

步骤300、采用熔化极氩弧焊机和焊丝对多个管段进行焊接，以形成管线，其中，焊接时，伸出喷咀口一定长度的一段焊丝为焊丝伸出段，焊丝伸出段的轴线与管段的焊点处的径向圆周切线之间的夹角不大于10°，焊丝伸出段的端部位于熔池的表面的中部的上方，且与熔池的表面的距离为1.5mm～3mm；具体的说，先持续送氩气3秒钟，然后在引弧板上引燃电弧进行焊接，其中，焊丝伸出段的端部与熔池的表面的距离为2mm，焊丝伸出段的长度为5mm，这样可以避免由于破坏焊丝顶端的半球形状，造成熔敷金属堆集，影响焊缝成型的情况发生。

在步骤300中，在焊接前：当管壁厚度小于或等于5mm时，不用对焊接接头区域预热；当管壁厚度大于或等于6mm时，用氧-乙炔焰将焊接接头区域缓慢加热到200℃～300℃，将焊丝在置入箱式电阻炉中加热到200℃～300℃并进行保温30分钟，这样可以使焊接接头区域达到所需要的焊接温度，并且可以减少变形、气孔等缺陷。

在步骤300中，送给焊丝具体方式为：当熔池前缘出现一个孔径为0.9mm～1.1mm的焊接熔孔61时，便送给焊丝，这样不但焊缝的表面成型好，而且其背面成型也好。另外，送给焊丝的同时要即时调节氩气的流量，并确保焊丝的端部始终处在氩气气流的保护之中，这样可以避免焊丝的端部氧化而影响焊丝的送给和产生焊接缺陷的情况发生。

在步骤300中，沿焊接方向焊接时，当焊接到起焊点后，继续向前行进15～20mm，并在收弧时将电弧停留在弧坑处1～2秒用于将弧坑填满，这样即可以保证焊接接头区域的熔透，又可以防止终焊点处的焊缝的高度过高。

在步骤300中，当焊接管径为DN50以下的管段的转动焊口或垂直固定焊口时，对转动焊口或垂直固定焊口均采用分段焊接，也就是说焊接一定距离后停止焊接，冷却3～5分钟后，再次焊接一定距离后停止焊，重复多次焊接和冷却，至焊接全部完成；具体的，本实施例二中，对转动口或垂直固定口均采用两段式或三段式焊接。这样可以避免焊接接头区域的温度过高而导致熔池扩大，继而影响焊缝成型、管段的内部严重挂瘤甚至烧穿的情况发生。

在步骤300中，对固定口进行焊接时，起焊点63高于管段62的径向圆周的最低点64，并且焊接路径先经过管段的径向圆周的最低点64，再经过管段的径向圆周的最高点65；具体的说，起焊点63与最低点64之间的水平距离d为10mm～15mm。对转动口进行焊接时，熔池67的位置相对于管段的径向圆周的最高点65保持不变；熔池67的位置低于管段的径向圆周的最高点65，且高于管段的径向圆周的圆心；这样可以使焊缝成型好，同时操作方便，易于观察熔池，有利有害气体的逸出，还可有效防止焊缝中气孔的产生。

在步骤300中，当管径为DN60以上管段时，对管段采用多层焊时，每焊完一层焊缝后，都要用机械方法清除氧化膜，以保证焊接质量，并层间温度不超过300℃。

步骤400、对多个管段进行试件压扁检测，对焊缝进行X射线探伤检查，确保焊缝的质量为二级焊缝以上，对多个管段进行0.9Mpa强度检测以及0.8Mpa气密性检测；当以上检测均合格时，再进行步骤500。

步骤500、对多个管段的内壁和外壁分别进行清理，这样可以避免在空气、水分的作用下破坏具有一定防腐作用的氧化铝薄膜进而腐蚀铝锰管道的情况发生。

在步骤500中，对多个管段的内壁的清洗的工序为：先将浓度为2％～3％的铬酐水溶液或浓度为2％～3％重铬酸钾溶液，加温到60℃～80℃，然后泵入到多个管段内，浸泡25～35分钟排出，再以清水反复冲洗多个管段，并以靶板或靶布检查是否有污物，当检查无污物后，再以风机鼓入热空气到多个管段内进行吹干；具体的说，浸泡时间为30分钟。

在步骤500中，对多个管段的外壁的清洗的工序为：先浓度为2％～3％的铬酐水溶液，加温到60℃～80℃，然后用其冲洗焊接接头，并用硬毛刷刷洗，待污物洗刷干净后再以清水冲洗，最后自然风干或用热风吹干。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤100、采用机械切割制得多个管段，并对多个所述管段的接头处进行坡口加工，其中，所述管段的管径为DN25－DN125，且管壁厚度为3mm－10mm；对多个所述管段的焊接接头区域进行清理；在工作台上，采用外对口器对多个所述管段进行组对；

步骤200、采用点焊机对多个所述管段进行点固焊接，其中，点焊点沿所述管段的径向圆周均匀分布，且所述点焊点的个数不少于3个，每个所述点焊点的点焊缝的长度为18mm－22mm，每个所述点焊点的点焊缝的高度不大于所述管壁厚度的2/3；

步骤300、采用熔化极氩弧焊机和焊丝对多个所述管段进行焊接，以形成管线，其中，焊接时，伸出喷咀口一定长度的一段所述焊丝为焊丝伸出段，所述焊丝伸出段的轴线与管段的焊点处的径向圆周切线之间的夹角不大于10°，所述焊丝伸出段的端部位于熔池的表面的中部的上方，且与所述熔池的表面的距离为1.5mm－3mm；对固定口进行焊接时，起焊点高于管段的径向圆周的最低点，并且焊接路径先经过管段的径向圆周的最低点，再经过管段的径向圆周的最高点；起焊点与最低点之间的水平距离为10mm－15mm；对转动口进行焊接时，熔池的位置相对于管段的径向圆周的最高点保持不变；熔池的位置低于管段的径向圆周的最高点，且高于管段的径向圆周的圆心；

步骤400、对多个所述管段进行试件压扁检测，对焊缝进行X射线探伤检查，确保所述焊缝的质量为二级焊缝以上，对多个所述管段进行强度检测以及气密性检测；

步骤500、对多个所述管段的内壁和外壁分别进行清理。

2.根据权利要求1所述的空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，其特征在于，所述步骤100中：当所述管壁厚度不大于4mm时，坡口的形式为I型，根部间隙为0.5mm；当所述管壁厚度为5－10mm时，坡口的形式为V型，根部间隙为0.5mm－1.0mm。

3.根据权利要求2所述的空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，其特征在于，所述步骤100中，当坡口的形式为V型时，钝边的长度为1.5mm，其中：当所述管段的管外径大于80mm时，所述钝边的长度的误差不大于1.0mm；当所述管段的管外径小于或等于80mm时，所述钝边的长度的误差不大于0.5mm。

4.根据权利要求1所述的空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，其特征在于，所述步骤100中：当所述管段的管外径小于或等于80mm时，采用浸洗法进行清洗；

当所述管段的管外径大于80mm时，采用擦洗法进行清洗。

5.根据权利要求4所述的空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，其特征在于，所述浸洗法依次包括以下工序：除油、碱洗、冲洗、中和、再冲洗和干燥；

所述擦洗法依次包括以下工序：脱脂和清除氧化膜。

6.根据权利要求1所述的空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，其特征在于，所述焊丝的型号为SAlMn。

7.根据权利要求1所述的空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，其特征在于，所述步骤300中，沿焊接方向焊接时，当焊接到起焊点后，继续向前行进15－20mm，并在收弧时将电弧停留在弧坑处1－2秒用于将所述弧坑填满。

8.根据权利要求1所述的空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，其特征在于，步骤100中，当坡口的形式为V型时，坡口的角度为30°－35°。

9.根据权利要求1所述的空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，其特征在于，所述步骤300中，对固定口进行焊接时，起焊点高于所述管段的径向圆周的最低点，并且焊接路径先经过所述管段的径向圆周的最低点，再经过所述管段的径向圆周的最高点。

10.根据权利要求1所述的空分系统铝锰合金管道氩弧焊接方法，其特征在于，所述步骤500中，对多个所述管段的内壁的清洗的工序为：先将浓度为2％～3％的铬酐水溶液或浓度为2％～3％重铬酸钾溶液，加温到60℃～80℃，然后泵入到多个所述管段内，浸泡25－35分钟排出，再以清水反复冲洗多个所述管段，并以靶板或靶布检查是否有污物，当检查无污物后，再以风机鼓入热空气到多个所述管段内进行吹干；

对多个所述管段的外壁的清洗的工序为：先浓度为2％－3％的铬酐水溶液，加温到60℃～80℃，然后用其冲洗焊接接头，并用硬毛刷刷洗，待污物洗刷干净后再以清水冲洗，最后自然风干或用热风吹干。