CN109108441A - 用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置。该装置包括：支架；测温机构，所述测温机构安装于所述支架，所述测温机构用于测量焊接件表面的温度；冷却机构，所述冷却机构安装于所述支架，所述冷却机构包括喷头和位置调整件，所述喷头通过进水管连接水箱，所述进水管具有冷却水阀门，所述位置调整件用于调整喷头的喷射方向；充气机构，所述充气机构安装于所述支架，所述充气机构包括气罩和输气管，所述气罩通过一连接件固定于支架；所述输气管一端连通于气罩的箱体结构内，另一端连接气源。该奥氏体不锈钢焊接的辅助装置了在不影响焊接效率的情况下，实现稳定化热输入，合理控制层间温度，从而保证了焊接管道的质量及性能。

Description

用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置

技术领域

本发明涉及焊接装置技术领域。更具体地说，本发明涉及用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置。

背景技术

奥氏体不锈钢设备主要应用于煤化工、石油化工等工业中，随着石油化工的大型化发展，产品、产量需求的提高及扩大化生产，给奥氏体不锈钢设备的制造提供了广阔的市场和良好的发展机遇。但是，奥氏体不锈钢设备的壁厚范围也多种多样，给制备工艺带来了很多问题。如石油化工中运输高压氢气、高温加氢油气的管道时，一般采用TP347厚壁奥氏体不锈钢。

但是，厚壁奥氏体不锈钢直接采用传统的焊接装置进行焊接时，因为层间温度无法控制、热输入比较大，热影响区相对较宽，易出现晶间腐蚀和焊接热裂纹，焊接质量差，难以满足满足管道的质量和性能要求。如果仅仅通过减小焊接电流、电压，降低焊接热输入的方式来控制晶间腐蚀及产生热裂纹的倾向，则会降低焊接效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种奥氏体不锈钢焊接的辅助装置，其实现了在不影响焊接效率的情况下，实现稳定化热输入，合理控制层间温度，从而保证了焊接管道的质量及性能。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置，包括：

支架；

测温机构，所述测温机构安装于所述支架，所述测温机构用于测量焊接件表面的温度；

冷却机构，所述冷却机构安装于所述支架，所述冷却机构包括喷头和位置调整件，所述喷头通过进水管连接水箱，所述进水管具有冷却水阀门，所述位置调整件用于调整喷头的喷射方向；

充气机构，所述充气机构安装于所述支架，所述充气机构包括气罩和输气管，所述气罩通过连接件固定于支架，所述气罩为箱体结构，所述气罩底面开设有多个气孔；所述输气管一端连通于气罩的箱体结构内，另一端连接气源。

在其中一个实施例中，所述测温机构为红外测温仪。

在其中一个实施例中，所述喷头具有多种孔径的喷孔。

在其中一个实施例中，所述喷孔呈均匀阵列分布。

在其中一个实施例中，所述冷却水阀门包括调节阀和截止阀。

在其中一个实施例中，所述气罩向后仰起具有一仰角。

在其中一个实施例中，所述仰角的角度为1-20度。

在其中一个实施例中，所述气罩为六面体结构。

在其中一个实施例中，还包括辅助加热机构，所述辅助加热结构安装于所述支架，用于给焊接工件辅助加热。

在其中一个实施例中，还包括打磨机构，所述打磨机构安装于所述支架，用于在焊接工件移动并对焊缝进行打磨平整处理。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明中的奥氏体不锈钢焊接的辅助装置包括支架、测温机构、冷却机构和充气机构，测温机构能够实时检测焊接过程中层间温度，根据需要冷却机构可以通过喷淋冷却水加快焊接接头的冷却温度，降低层间温度，而且通过设置充气机构，焊接时可以整个焊接轨迹提供较好的保护，有效降低材料的物理变化，此外充气机构还可以利用气体的对流作用，进一步有效的提高焊缝区的冷却速度，以与冷却机构相配合，以达到快速降温以保证焊接工件快速通过其敏化区间，有效控制晶间腐蚀。因此，测温机构、冷却机构和充气机构共同配合，避免热裂纹的产生，实现稳定化热输入，合理控制层间温度，在不影响焊接效率的情况下，保证了焊接管道的质量及性能。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的奥氏体不锈钢焊接的辅助装置的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的气罩的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，并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。

如图1所示，本发明提供一种用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置10，其包括支架100、测温机构200、冷却机构300和充气机构400。

该测温机构200安装于该支架100，该测温机构200用于测量焊接件表面的温度。可选地，该测温机构200为红外测温仪或热电偶。

具体地，为了防止高压氢气(20MPa)及高温高压油品在管路中产生额外的冲刷及摩擦，不允许焊道有内凸现象，通过内窥镜检查控制组对间隙及错边量，保证其符合焊接工艺。奥氏体不锈钢焊接时不需要预热，但层间温度必须控制在100℃以下，通过红外测温仪进行控制层间温度，尽可能加快焊接接头的冷却速度，避免层间温度过高，有效控制焊接热裂纹的产生。

该冷却机构300安装于该支架100，该冷却机构300包括喷头310和位置调整件320，该喷头310通过进水管311连接水箱30，该进水管311具有冷却水阀门3111，该位置调整件320用于调整喷头310的喷射方向。

具体地，奥氏体不锈钢管进行焊接时，首先进行焊前准备，进行焊枪20高度和位置的调整，将奥氏体不锈钢直管进行对接并调整冷却水供水位置，焊接设备的枪和丝采用同一个气路保护，在焊接打底层、管子转动时，打开冷却水阀门3111，对焊接接头处采用冷却机构300进行喷淋冷却，直至完成所有打底层、填充层、盖面层的焊接。

在一个实施例中，该冷却装置的喷头310包括具有多种孔径的喷孔，当喷头310的喷孔的直径为0.3mm-0.8mm、喷头310相对于工件的高度在20mm-45mm时，单层焊缝厚度控制在1.3mm以下。可选地，该喷孔呈均匀阵列分布。

在一个实施例中，该喷头310的材料选用不锈钢，直径为15mm-30mm，长度为80mm-110mm，并且两侧应用堵塞密封。在使用一段时间后，可将两侧堵塞卸下，对喷头310内部进行清理。

在一个实施例中，冷却装置的喷头310通过进水管311连接水箱30该进水管311装有冷却水阀门3111，该冷却装置包括多种孔径的喷头310和位置调整支架100，该喷头310的喷水孔的孔径在0.4mm-0.8mm之间，该冷却水阀门3111包括调节阀和截止阀。其中，调节阀应保证可以缓慢、稳定地开启及调节，从而控制冷却水缓慢、平稳变化。

该充气机构400安装于该支架100，该充气机构400包括气罩410和输气管420，该气罩410通过连接件固定于支架100，该气罩410为箱体结构，该气罩410底面开设有多个气孔；该输气管420一端连通于气罩410的箱体结构内，另一端连接气源40。

具体地，该气罩410底面呈内凹结构。该气罩410向后仰起形成一仰角。可选地，该仰角的角度为1-20度。该气罩410向后稍仰起，能够减少气流对焊接电弧的干扰。

如图2所示的实施例中，该气罩410为六面体结构，上窄下宽，前后关于铅锤面对称，剩余一面垂直于水平面，另一面为斜面，空心，无底，顶面开有一个通气孔，通气孔通过管道连接气源40。该结构更便于气体的传输与对流。

在一个实施例中，在气罩410和焊枪20之间安装一个用柔性耐高温材料制成的遮挡帘(图未示)，长度以能盖住焊缝及工件为准，损环后可随时进行更换。该遮挡帘为石棉布或玻璃纤维布材料。

当钨极氩弧焊电弧引燃后，打开压缩空气源40的开关，压缩空气便通过进气管经气罩410的转换接管通入气罩410箱体结构内，然后通过箱体结构底面的密排气孔吹向刚焊的焊缝区，通过气体的对流作用，有效地提高焊缝区的冷却速度，从而避免敏化，待一道焊缝焊接结束后，关闭压缩空气源40的开关。此外，当气源40为氩气时，焊接时充气机构400可以对整个焊接轨迹提供较好的保护，有效降低材料的物理变化。

在一个实施例中，还包括辅助加热机构(图未示)，该辅助加热结构安装于该支架100，用于给焊接工件辅助加热。具体地，采用电加热带对焊缝区进行加热，硅酸铝保温棉对其包扎保温，以保证温度的加热均匀，保证整个焊口之间的温差在规定的范围之内。

在一个实施例中，还包括打磨机构(图未示)，该打磨机构安装于该支架100，用于在焊接工件移动并对焊缝进行打磨平整处理。稳定化热处理前增加消应力措施，在热处理前将通过打磨机构将焊缝打磨平整，在打磨的过程中释放部分残余应力，有效防止稳定化热处理后出现热裂纹现象，且提高了工作效率。

该用于奥氏体不锈钢的焊接系统包括焊枪20和上述各实施例的辅助装置10。可选地，该焊枪20为钨极氩弧焊枪。

具体实施例：

某化工厂的加氢装置核心区域管道操作压力22.5Mpa、操作温度4700C，管道材质选用TP347厚壁不锈钢管道，主要承载介质为高压氢气、高温加氢油品，最大管径为DN450mm，最大壁厚为46mm。采用本发明的焊接系统进行焊接的具体步骤为：

1.1坡口加工

P347管道壁厚较厚，采用传统人工打磨加工坡口，耗时较长，不易保证其加工精度，打磨时如温度过高，坡口处易产生热裂纹，为保证坡口的加工精度及质量，在现场到货材料上标记下料尺寸，采用车床、削床、钻床等机加工方式下料并加工坡口，从而提高焊接质量，减少人工投入，提高施工效率。

坡口形式采用V型坡口，但针对本实施例中的TP347高压厚壁管道管径最大为DN450mm，厚度为46mm，坡口形势可采用YV型坡口型式。

1.2焊前坡口清理及检查

组对前将坡口及其内外表面不小于20mm范围内的油、漆、垢、毛刺等清理干净，且不得有裂纹、分层等缺陷。坡口表面进行渗透检测，发现缺陷及时清除。

1.3焊接材料的选用

选择合适的焊接材料，调整合金成分，使焊缝具有奥氏体和铁素体的双相组织，并限制焊接材料中的杂质元素的碳的含量，是防止奥氏体不锈钢焊缝产生热裂纹的主要措施。

对于实际施工中存在的固定口，不便于充氩保护的，为保证其焊接质量，可采用TIG自保药芯焊丝焊接(TGF347)。

1.4严控组队及焊接

为了防止高压氢气(20MPa)及高温高压油品在管路中产生额外的冲刷及摩擦，不允许焊道有内凸现象，使用了内窥镜检查控制组对间隙及错边量，保证其符合焊接工艺。在焊接过程中使用辅助装置10中的红外测温仪把控层间温度(最大道间温度100℃)，并对焊工的操作方式进行了严格交底。

1.5焊接方法

该材质管道采用氩弧焊打底，焊条电弧焊填充盖面，施工前需重新对其焊接工艺做评定，为其现场施工提供切实可行的依据。

1)钨极氩弧焊封底的第一层是保证焊接质量的关键，施焊时应认真仔细，严格按照焊接工艺规定操作，保证背面焊缝成型良好。第一层打底完成并自检合格后(焊缝背面成型均匀突出，不超过1mm，表面圆滑)。将奥氏体不锈钢直管进行对接并调整冷却水供水位置，焊接系统的枪和丝使用辅助装置10的充气机构400进行保护，在焊接打底层、管子转动时，打开辅助装置10的冷却水阀门3111，对焊接接头处采用冷却机构300进行喷淋冷却，直至完成所有打底层、填充层、盖面层的焊接。

2)奥氏体不锈钢焊接时不需要预热，但层间温度必须控制在100℃以下。使用辅助装置10的红外测温仪进行控制，尽可能加快焊接接头的冷却速度，层间温度过高，焊接热裂纹出现的可能性将大幅度提升。

1.6焊缝检查

打底焊和第一层填充焊后，进行外观检查、液体渗透检查，如无缺陷，用丙酮清洗坡口表面，清洗后进行第二层的焊接。最终焊接后进行直观检查、渗透检查和射线检测。

通过采用本发明的焊接系统能够极大的提高焊接一次合格率，最大限度的避免焊接热裂纹及过程中微缺陷的产生。

2.1焊缝稳定化热处理

稳定化热处理实际操作时，采用辅助装置10的辅助加热机构(图未示)对焊缝区进行加热，并使用硅酸铝保温棉对其包扎保温。具体要求如下：

1)加热宽度：以焊口中心为基准，加热范围每侧不小于3倍管壁厚且大于100mm。

2)保温宽度：以焊口中心为基准，保温范围每侧不小于5倍管壁厚且大于250mm；保温采用厚度为大于80mm的硅酸铝耐火纤维毡。

3)控温/测温热电偶：通过辅助装置10的测温机构200(热电偶)对每组加热器单独检测控制，以保证温度的加热均匀，保证整个焊口之间的温差在规定的范围之内。

2.2热处理时为减少氧化影响，减少氧化物的生成，整个热处理过程中将管两端堵死，防止空气流动。

2.3在稳定化热处理后的酸洗过程中，通过PT检测，检测焊缝是否出现裂纹，如出现裂纹，分析其出现原因，并及时修复，重新进行热处理(重复热处理次数不得超过2次)。

为进一步防止稳定化热处理后出现再热裂纹现象，采取以下措施：

1)稳定化热处理前增加消应力措施，采用辅助装置10的打磨机构(图未示)在热处理前将焊缝打磨平整，使得在打磨的过程中释放部分残余应力。

2)控制层间温度，采用滑动装置以利于焊缝的自由收缩。

3)稳定化热处理参数设置的过程中，考虑到热处理过程中的温差应力、组织应力及壁厚因素，将升温速度定为50℃、通过延后升温使温差减少在80℃以内。

4)升温时的控温温度从0℃开始；降温时，根据实验数据中空冷时温差大小，设置降温到700℃后，再进行快速空冷。在900℃-700℃范围内缓冷，利于在这个区间的降温速度，尽可能减小温差应力、组织应力、残余应力消除。

若环境温度较高时(如夏季)，应通过使用辅助装置10中的冷却机构300和充气机构400共同配合，实现快速降温以保证其快速通过其敏化区间，防止其焊缝晶界贫铬现象的产生，提高其抗晶间腐蚀能力。

5)热电偶应用不锈钢丝捆扎在待测温处(捆扎牢固)，预制期间管道内焊缝两侧尽量靠近焊缝进行保温封堵，并控制每一侧离焊缝中心在300-500mm之间。

通过采用本发明的焊接系统将TP347焊后稳定化热处理设置恒温温度900℃，降温到700℃以下后，再进行水冷、空冷等预控措施，控制贫铬现象的产生，最大限度的控制了再热裂纹的产生，有效提高焊接质量。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明中的奥氏体不锈钢焊接的辅助装置10包括支架100、测温机构200、冷却机构300和充气机构400，测温机构200能够实时检测焊接过程中层间温度，根据需要冷却机构300可以通过喷淋冷却水加快焊接接头的冷却温度，降低层间温度，而且通过设置充气机构400，焊接时可以整个焊接轨迹提供较好的保护，有效降低材料的物理变化。此外充气机构400还可以利用气体的对流作用，进一步有效的提高焊缝区的冷却速度，以与冷却机构300相配合，以达到快速降温以保证焊接工件快速通过其敏化区间，有效控制晶间腐蚀。因此，测温机构200、冷却机构300和充气机构400共同配合，控制热裂纹的产生，实现稳定化热输入，合理控制层间温度，在不影响焊接效率的情况下，保证了焊接管道的质量及性能。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置，其特征在于，包括：

支架；

测温机构，所述测温机构安装于所述支架，所述测温机构用于测量焊接件表面的温度；

冷却机构，所述冷却机构安装于所述支架，所述冷却机构包括喷头和位置调整件，所述喷头通过进水管连接水箱，所述进水管具有冷却水阀门，所述位置调整件用于调整喷头的喷射方向；

充气机构，所述充气机构安装于所述支架，所述充气机构包括气罩和输气管，所述气罩通过连接件固定于支架，所述气罩为箱体结构，所述气罩底面开设有多个气孔；所述输气管一端连通于气罩的箱体结构内，另一端连接气源。

2.根据权利要求1所述的用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置，其特征在于，所述测温机构为红外测温仪。

3.根据权利要求1所述的用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置，其特征在于，所述喷头具有多种孔径的喷孔。

4.根据权利要求3所述的用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置，其特征在于，所述喷孔呈均匀阵列分布。

5.根据权利要求1所述的用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置，其特征在于，所述冷却水阀门包括调节阀和截止阀。

6.根据权利要求1所述的用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置，其特征在于，所述气罩向后仰起具有一仰角。

7.根据权利要求5所述的用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置，其特征在于，所述仰角的角度为1-20度。

8.根据权利要求1所述的用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置，其特征在于，所述气罩为六面体结构。

9.根据权利要求1-8任一项所述的用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置，其特征在于，还包括辅助加热机构，所述辅助加热结构安装于所述支架，用于给焊接工件辅助加热。

10.根据权利要求1-8任一项所述的用于奥氏体不锈钢焊接的辅助装置，其特征在于，还包括打磨机构，所述打磨机构安装于所述支架，用于在焊接工件移动并对焊缝进行打磨平整处理。