CN109332854A - 适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺，包括以下步骤：a、两根钢管待焊接的环面均铣出单面向内的坡口；b、将两根钢管对齐；c、在焊缝两侧预热；d、在钢管内壁焊缝两侧安装轨道；e、在轨道上安装焊接小车；f、确认焊接工艺参数和焊接小车的运行轨迹；g、打底焊接；h、修整打底焊接的熔合线；i、填充和盖面焊接。本发明具有焊缝成形美观、质量优良，具有良好的塑形和低温冲击韧性，尤其适宜高强度水电钢焊接的特点；同时本发明极大的提高了隧洞内压力钢管焊接技术自动化的进程，降低了焊工劳动强度，施工效率高，减少了对焊工技能水平的依赖，社会效益和经济效益良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢管环缝的焊接工艺，特别是适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺。
背景技术
我国的广东、华北和华东等是以火电为主的电网。这些地区由于受地区水力资源的限制，可供开发的水电很少，电网缺少紧急的调峰手段，电网调峰矛盾日益突出，缺电局面由电量缺乏转变为调峰容量也缺乏，修建抽水蓄能电站以解决火电为主电网的调峰问题逐步形成共识。抽水蓄能电站引水系统大量采用高压输水管线，抽水蓄能电站的蓬勃发展给高压输水管线的自动化焊接技术发展带来了机遇。
引水系统压力钢管安装制约着抽水蓄能电站的建设工期，属于关键线路。在建的抽水蓄能电站项目如安徽绩溪抽水蓄能电站、河南天池抽水蓄能电站、浙江长龙山抽水蓄能电站、河北丰宁抽水蓄能电站、吉林敦化抽水蓄能电站等压力钢管都超过万吨，接近2万吨的工程量，而且大量采用高强度水电调质钢。工程量大，高强钢焊接难度大，开发引水钢管自动化焊接方式势在必行。
然而，由于抽水蓄能电站输水隧洞内高强钢压力钢管安装现场施工环境差，施工空间一般为50cm-70cm,空间狭小，空气湿度大，施工环境复杂多变，焊缝常用的焊接方法仍然是手工电弧焊，存在着劳动强度大，返修率高，熟练焊工数量锐减，质量难以保证等诸多问题。这些问题导致钢管的焊接环缝在焊接质量和美观程度都相对较低，更进一步的塑性和低温冲击韧性不足。
因此，设计一种提高焊缝质量，降低焊工劳动强度，提高施工效率的钢管焊接工艺是本行业技术人员急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺。本发明具有焊缝成形美观、质量优良，具有良好的塑形和低温冲击韧性，尤其适宜高强度水电钢焊接的特点；同时本发明极大的提高了隧洞内压力钢管焊接技术自动化的进程，降低了焊工劳动强度，施工效率高，减少了对焊工技能水平的依赖，社会效益和经济效益良好。
本发明的技术方案：适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺，包括以下步骤：
a、两根钢管待焊接的环面均铣出单面向内的坡口；
b、将两根钢管对齐；
c、在焊缝两侧预热，预热温度为80-100℃；
d、在钢管内壁焊缝两侧安装轨道；
e、在轨道上安装焊接小车；
f、确认焊接工艺参数和焊接小车的运行轨迹；
g、打底焊接；
h、修整打底焊接的熔合线；
i、填充和盖面焊接。
前述的适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺中，在步骤a中，单面坡口的角度为18-22度。
前述的适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺中，在步骤a中，单面坡口的角度为20度。
前述的适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺中，在步骤g和步骤i中，焊接在二氧化碳气体的保护下进行。
前述的适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺中，在步骤g和步骤i中，二氧化碳气体的流量为20-25L/min。
前述的适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺中，在步骤g和步骤i中，焊接的速度为30-80cm/min。
前述的适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺中，填充和盖面焊接完成后，焊缝覆盖石棉被缓冷。
前述的适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺中，在步骤g和步骤i中，焊接小车的数量为2，两辆小车始终关于钢管轴线对称。
前述的适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺中，在步骤g中，焊接的短路阶段焊丝尖端接触工件发生短路，焊接电流上升，使焊丝尖端受压，在熔滴过渡前，程序控制焊接电流下降，熔滴平缓过渡到熔池。起弧阶段电弧在低电流阶段再引燃，焊丝和钝边熔化，电弧受控形成脉冲加热熔池，电流下降到基值电流值。整个根焊过程飞溅低，熔池稳定，有效的减少了焊缝根部质量缺陷，保证了焊缝质量。
与现有技术相比，本焊接工艺方法基于二氧化碳气体保护焊，采用短路过渡进行焊接，且能获得稳定的焊接工艺性能和良好的焊接接头，适用于平焊、立焊、横焊和仰焊以及全位置焊等，尤其适用于低合金钢和水电调质高强钢的焊接。本发明工艺具有较宽的电流调节范围，尤其对那些热敏感性较强的材料，例如N610CF、JH610CFE、 SX780CF和N800CF等水电用高强度钢，多层多道焊很好地控制热输入量，保证了焊缝接头的机械性能。同时，本发明采用多功能脉冲电源，可以改变熔池冶金性能，很好的消除气孔，减少未熔合等焊接缺陷。脉冲作用下，减少了层间打磨时间，提高了施工效率，焊缝成形美观。
本发明在打底焊时采用低飞溅的根焊工艺，减少未熔合出现的概率，确保根部焊接质量。填充及盖面焊接时，采用多功能脉冲工艺，焊接过程应具有低飞溅、熔深大、晶粒细密、焊缝强度高、适合于全位置焊接的特点。焊接过程中通过摄像监视系统，可远程观察焊接过程，并可根据焊缝及工件状态进行远程控制。控制盒即可完成焊接前的焊接参数设置，包括焊接电流、电压、行走速度、焊接摆动参数等，同时在焊接过程中通过控制可随时微调焊接电流、电压、行走速度及焊枪上下左右调整。根据焊缝的宽度，在遥控盒上调整焊枪摆动器幅度，同时匹配小车行走速度，采用多层多道的焊接方式。这种方式热输入控制精准，尤其适宜高强度水电钢的焊接，焊缝机械性能良好。焊缝成型美观，焊道外观均匀，表面无飞溅、焊瘤、咬边等现象，内部质量稳定，合格率高。
综上，本发明具有焊缝成形美观、质量优良，具有良好的塑形和低温冲击韧性，尤其适宜高强度水电钢焊接的特点；同时本发明极大的提高了隧洞内压力钢管焊接技术自动化的进程，降低了焊工劳动强度，施工效率高，减少了对焊工技能水平的依赖，社会效益和经济效益良好。
附图说明
图1是焊缝的截面示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺，焊接对象为直径4.8m，板厚26mm，600Mpa材质的钢管，整体的焊接设备由焊接小车，遥控盒，轨道，焊接电源，冷却水箱，摄像监视系统组成。焊接小车行走稳定，速度50-1200mm/min可调，摆动速度、宽度可调，焊枪角度正负十度范围内可调。采用与60KG级母材相匹配的药芯焊丝，牌号CHT81Ni1(大西洋焊材，GB/T17493E551T1-Ni1C) 或牌号GFR-X80-O(京雷焊材焊材，GB/T17493E551T8-Ni2),直径 1.2mm,焊丝的伸出长度在15-20mm范围内。
包括以下步骤：
a、两根钢管待焊接的环面均铣出单面向内的坡口，两坡口形成 V性缺口，坡口单面角度20°，无钝边，间隙3-4mm，坡口采用铣边机或坡口机开制。
b、将两根钢管对齐，进行对口尺寸检验，保证错边量控制在 0.5-1.0mm，坡口间隙3.0-4.0mm，坡口角度±2°，清除影响焊接质量的杂物。
c、在焊缝两侧预热，预热温度为80-100℃，用远红外电加热板预热，在焊缝两侧3倍板厚处测量预热温度。
d、在钢管内壁焊缝两侧安装轨道，在焊缝两侧分别布置3/5圈圆弧轨道，两部分轨道重合1000mm左右圆弧，用于错开层间接头。检查轨道磁铁的吸附力，确认安全可靠。电源可靠接地，电缆线、通讯线接通正常。
e、在轨道上安装焊接小车，调试摆动器和枪头调节杆，确认灵活可靠。操控小车在轨道上试运行，检查有无障碍和检验运行平稳性。
f、确认焊接工艺参数和焊接小车的运行轨迹。确定适宜的焊接工艺参数，将工艺参数存储到电源参数库内。设备具有重力感应功能，感知小车行走到的不同位置，自动调用预先设定好焊接程序和焊接参数，实时的调整焊接参数。
g、打底焊接，两台焊机同时对称焊接，接头错开30mm以上。焊接的短路阶段焊丝尖端接触工件发生短路，焊接电流上升，使焊丝尖端受压，在熔滴过渡前，程序控制焊接电流下降，熔滴平缓过渡到熔池。起弧阶段电弧在低电流阶段再引燃，焊丝和钝边熔化，电弧受控形成脉冲加热熔池，电流下降到基值电流值。整个根焊过程飞溅低，熔池稳定，有效的减少了焊缝根部质量缺陷，保证了焊缝质量。。
h、修整打底焊接的熔合线，在坡口内将根本熔合线位置用磨光机进行局部修整。；
i、填充和盖面焊接，根据每层的宽度和熔敷金属层厚适当调整小车行走速度和枪头摆速，调用匹配的焊接参数。
在步骤g和步骤i中，焊接在二氧化碳气体的保护下进行；二氧化碳气体的流量为20-25L/min。
在步骤g和步骤i中，焊接的速度为30-80cm/min。
填充和盖面焊接完成后，焊缝覆盖石棉被缓冷。
在步骤g和步骤i中，焊接小车的数量为2，两辆小车始终关于钢管轴线对称。
焊接的技术要求如下：对口间隙3-4mm，坡口角度单面 20°±1°，无钝边。错边量≤1.0mm，钢管圆度≤2D/1000mm(D为钢管直径)，管口平面度≤2mm。2)两台焊机一台在12点钟位置，一台在6点钟位置，同时对称开始焊接，减小焊接变形，焊接完成一道后焊机同时回位，焊接过程中每一道焊缝接头都要错开在30mm左右。
本实施例采用单面焊双面成型的焊接方法，打底1层，填充及盖面8层，共15道，无需清根。焊缝的分层分道见图1(图1中的数字表示第一个数字代表焊缝层数，第二个数字代表同一层的焊接顺序)，具体工艺参数见表1：
表1CO2气体保护焊接工艺参数表
本发明具有以下特点：
1)设备具有重力感应功能，感知小车行走到的不同位置，自动调用预先设定好焊接程序和焊接参数，实时的调整焊接参数。
2)设备集成度高：系统配置摄像监视系统，可远程观察焊接过程，并可根据焊缝及工件状态进行远程控制，遥控调节焊接电流，电压，行走速度以及遥控调节焊枪上下，左右移动。
仅一个控制盒即可完成焊接前的焊接参数设置，包括焊接电流、电压、行走速度、焊接摆动参数等，同时在焊接过程中可通过控制盒随时微调焊接电流、电压、行走速度及焊枪上下左右调整，操作简单方便。
3)采用逆变多功能焊接电源，可进行气体保护焊和焊条电弧焊进行切换，电源抗干扰能力、施工环境适应能力、电源输出特性等优势明显，适宜输水隧洞内复杂多变的施工环境。
4)特制的打底工艺，短路阶段焊丝尖端接触工件发生短路，焊接电流上升，使焊丝尖端受压，在熔滴过渡前，程序控制焊接电流下降，熔滴平缓过渡到熔池。起弧阶段电弧在低电流阶段再引燃，焊丝和钝边熔化，电弧受控形成脉冲加热熔池，电流下降到基值电流值。整个根焊过程飞溅低，熔池稳定，有效的减少了焊缝根部质量缺陷，保证了焊缝质量。
5)实现了高强钢单面焊双面成型，无需进行背缝清根，施工效率大大提升，减少了清根的噪声和对环境的污染，利于节能环保。
6)多层多道焊，热输入控制精准，尤其适宜高强度水电钢的焊接，焊缝机械性能良好。焊缝成型美观，焊道外观均匀，表面无飞溅、焊瘤、咬边等现象，内部质量稳定，合格率高。
(8)焊缝质量检验。按《水电水利工程压力钢管制作安装及验收规范》(GB50766-2012)要求进行外观质量和内部质量验收，焊缝外观成形良好，内部探伤检查依据GB/T11345-2013《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》和NB/T47013.10-2015《承压设备无损检测第10部分：衍射时差法超声检测》，内部质量达到BII级标准。
Claims (8)
1.适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a、两根钢管待焊接的环面均铣出单面向内的坡口；
b、将两根钢管对齐；
c、在焊缝两侧预热，预热温度为80-100℃；
d、在钢管内壁焊缝两侧安装轨道；
e、在轨道上安装焊接小车；
f、确认焊接工艺参数和焊接小车的运行轨迹；
g、打底焊接；
h、修整打底焊接的熔合线；
i、填充和盖面焊接。
2.根据权利要求1所述的适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺，其特征在于：在步骤a中，单面坡口的角度为18-22度。
3.根据权利要求2所述的适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺，其特征在于：在步骤a中，单面坡口的角度为20度。
4.根据权利要求1所述的适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺，其特征在于：在步骤g和步骤i中，焊接在二氧化碳气体的保护下进行。
5.根据权利要求4所述的适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺，其特征在于：在步骤g和步骤i中，二氧化碳气体的流量为20-25L/min。
6.根据权利要求1所述的适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺，其特征在于：在步骤g和步骤i中，焊接的速度为30-80cm/min。
7.根据权利要求1所述的适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺，其特征在于：填充和盖面焊接完成后，焊缝覆盖石棉被缓冷。
8.根据权利要求1所述的适用于输水隧洞内高强度压力钢管自动焊接的工艺，其特征在于：在步骤g和步骤i中，焊接小车的数量为2，两辆小车始终关于钢管轴线对称。
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