CN109514051A - 一种管道的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管道的焊接方法，具体包括：预热步骤，当管道所处环境的温度低于零度时，将所述管道的待焊接口及其周围管材预热到指定温度；焊接步骤，沿着所述管材的周向对所述待焊接口实施密封的焊接；保温步骤，对形成在所述待焊接口中的焊缝及其周围管材进行保温处理，以使其温度以不高于预定速率的方式下降，直到所述焊缝及其周围管材的温度降至预定温度以下为止。本发明通过前期余热和后期保温控制了待焊接口及其周围管材的温度，降低待焊接口及其周围管材的残余应力，使得焊缝的抗拉强度与管材的抗拉强度相当，解决低温焊接后容易出现裂纹的问题，提高供热管道安全服役性能，保障城镇居民的工作和生活。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种管道的焊接方法。
背景技术
随着北方城镇集中供热的不断发展，大型热电联产逐渐成为集中供热的主要形式之一。由于热电厂与用户之间的距离一般较远，长距离和大管径集中供热管道也逐渐成为城镇集中供热的主要特点之一。由于北方冬季长夏季短，其工期紧、施工量大，不可避免冬季施工。电弧焊接是长距离的供热管道的重要连接方法，在严寒的冬季以通常焊接方法所焊接的供热管道，往往在第一个供热季时，焊缝就会出现裂纹，从而导致供热管道泄漏，严重影响城镇居民的工作和生活。
发明内容
为了解决上述全部或部分问题，本发明提供一种管道的焊接方法，其通过前期余热和后期保温控制了待焊接口及其周围管材的温度，降低待焊接口及其周围管材的残余应力，使得焊缝的抗拉强度与管材的抗拉强度相当，解决低温焊接后容易出现裂纹的问题，提高供热管道安全服役性能，保障城镇居民的工作和生活。
本发明提供了一种管道焊接方法，包括：预热步骤，当管道所处环境的温度低于零度时，将所述管道的待焊接口及其周围管材预热到指定温度；焊接步骤，沿着所述管材的周向对所述待焊接口实施密封的焊接；保温步骤，对形成在所述待焊接口中的焊缝及其周围管材进行保温处理，以使其温度以不高于预定速率的方式下降，直到所述焊缝及其周围管材的温度降至预定温度以下为止。
进一步的技术方案中，在预热步骤中，对所述管道的待焊接口及其周围管材实施预热的范围是以所述待焊接口为中心朝两侧各延伸一个规定距离，所述规定距离为所述管材的壁厚的8～11倍；
在所述保温处理中，对所述管道的待焊接口及其周围管材实施降温的范围是以所述待焊接口为中心朝两侧各延伸一个预定距离，所述预定距离为所述管材外径的2～3.5倍。
进一步的技术方案中，当管道所处环境的温度为-30～0℃时，所述指定温度为150～230℃。
进一步的技术方案中，当所述管材的壁厚≤10mm时，所述指定温度为150～180℃；当管材的壁厚>10mm时，所述指定温度为180～230℃。
进一步的技术方案中，所述焊接包括通过氩弧焊实施的打底焊，以及通过电弧焊实施的多层焊或多层多道焊。
进一步的技术方案中，每道所述焊接均由若干个顺序相连的焊点构成，每个所述焊点包括两次熔滴过渡，并保证后一次熔滴完整覆盖前一次的熔滴，且后一次熔滴所形成的厚度为前一次熔滴所形成的厚度的1～2倍。
进一步的技术方案中，其特征在于：在实施第二层以上焊接时，将所述待焊接口内已形成焊缝的温度控制在175～220℃之间。
进一步的技术方案中，在所述焊接过程的中，热输入为0.75～1.25kJ/mm，焊条的强度为所述管材的强度的1～1.35倍。
进一步的技术方案中，所述待焊接口沿径向向内依次包括V形坡口及对接缝隙，其中，所述V形坡口的坡口角度为50～65°，而其坡口宽度与所述管材的壁厚之比为1.2～2.2，对接缝隙的深度为1.6～2.6mm，而其宽度为3～9mm。
进一步的技术方案中，所述预定速率为150～170℃/h，所述预定温度为42～48℃。
本发明的焊接方法先通过前期的预热步骤和后期的保温步骤在一定时间内控制低温焊接环境下待焊接口、焊缝及其周围管材的温度，模拟夏季焊接时待焊接口、焊缝及其周围管材的温度，再通过焊接步骤将管道密封焊接。具体而言，在管道所处环境的温度低于零度时，将管道的待焊接口及其周围管材预热到指定温度，该预热步骤减少焊接过程中待焊接口及其周围管材的温度差，从而减少待焊接口周围管材内形变所导致的内应力；再沿着管材的周向对待焊接口实施密封的焊接，该焊接步骤保证每节管道之间完全连接，防止使用时泄露管道内物质；最后，对形成在待焊接口中的焊缝及其周围管材进行保温处理，以使其温度以不高于预定速率的方式下降，直到所述焊缝及其周围管材的温度降至预定温度以下为止，该保温步骤使得焊缝及其周围管材的冷却均匀，使内应力分布均匀，使得焊缝的抗拉强度与管材的抗拉强度相当，解决低温焊接后容易出现裂纹的问题，提高供热管道安全服役性能，保障城镇居民的工作和生活。
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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明管道焊接方法的流程示意图；
图2是本发明管道上待焊接口的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例的焊接方法100，包括：
预热步骤1，当管道所处环境的温度低于零度时，将管道的待焊接口及其周围管材预热到指定温度；
具体来说，施工人员需通过管道所处环境的温度来确定管道预热的指定温度和预热范围，一般指定温度为50～300℃，预热范围为焊接热影响区域(在焊接热循环作用下，该区域内的固态管材发生明显的金相组织和内部应力变化)。选择合适的指定温度和预热范围对消除焊接后内应力有重要的意义，指定温度为150～230℃时有明显的优势。
在一个具体的实施例中，管道所处环境的温度范围为-30～0℃，预热指定温度范围为150～230℃，管道的待焊接口及其周围管材的预热范围是以待焊接口为中心朝两侧各延伸一个规定距离A，规定距离A为管材壁厚T的8～11倍的距离，通过对预热范围进行加热，可以减少焊接过程中待焊接口及其周围管材的温度差，从而减少待焊接口周围管材内因形变所导致的内部应力，也就是减小裂纹产生的可能性。在竭尽全力地研究后，本申请的发明人发现管材的壁厚T与指定温度对最终的焊接质量有一定影响，然而为了进一步提高焊接质量并降低焊缝开裂的风险，建议按照如下方式实施预热步骤：当管材的壁厚T≤10mm时，将管道的待焊接口及其周围管材预热到指定温度，该指定温度为150～180℃；当管材的壁厚T>10mm时，将管道的待焊接口及其周围管材预热到指定温度，该指定温度为180～230℃。测试结果表明，如果按照上述方式实施预设，则可以再一次提高焊接质量并降低焊缝开裂的风险。
焊接步骤2，沿着管材的周向对待焊接口实施密封的焊接；
在本实施例中，焊接包括通过氩弧焊实施的打底焊，以及通过电弧焊实施的多层焊或多层多道焊，通过这种方式可以减小焊接的内补应力，提高焊接质量。在另一些实施例，焊接也可以是其他常规的焊接，而非多层焊或多层多道焊。优选地，每道焊接均由若干个顺序相连的焊点构成，每个焊点包括两次熔滴过渡，并保证后一次熔滴完整覆盖前一次的熔滴，且后一次熔滴所形成的厚度为前一次熔滴所形成的厚度的1～2倍。在实施第二层以上焊接时，将待焊接口内已形成焊缝的温度控制在175～220℃之间。也就是说，除了第一层焊接以外，其他层的焊接都需要将待焊接口内已形成焊缝的温度控制在175～220℃之间。优选地，在焊接时，可选择热输入为0.75～1.25kJ/mm，焊条的强度为管材的强度的1～1.35倍，以保证焊缝的强度和管材的强度相当。
如图2所示，待焊接口沿径向向内依次包括V形坡口及对接缝隙。当管材的壁厚T为4～22mm时，V形坡口的坡口角度α优选为50～65°，而其坡口宽度E与管材的壁厚T之比优选为1.2～2.2，对接缝隙的深度P优选为1.6～2.6mm，而其宽度C优选为3～9mm。对焊缝进行预处理，以使焊缝形成V形坡口，有利于减少在焊接过程中产生的残余应力。
保温步骤3，对形成在待焊接口中的焊缝及其周围管材进行保温处理，以使其温度以不高于预定速率的方式下降，直到焊缝及其周围管材的温度降至预定温度以下为止。其中，管道的待焊接口及其周围管材实施降温的范围是以待焊接口为中心朝两侧各延伸一个预定距离，施工人员可根据施工经验判断该预热范围覆盖管道上与焊接相关的绝大部分范围。
一个具体的实施例中，对管道的待焊接口及其周围管材实施保温的范围是以待焊接口为中心朝两侧各延伸一个以管材外径的2～3.5倍的距离，预定速率为150～170℃/h，预定温度为42～48℃，通过这种方式焊接后保温可以降低焊接应力的峰值，使应力分布比较平稳，起到部分消除焊接应力的目的，使得焊缝的抗拉强度与管材的抗拉强度相当。
此处保温并不是指将焊缝的温度固定在某个范围之内，而使焊缝温度缓慢下降，主要原因是由于在焊接的时候，焊缝的温度非常高，如果不进行保温处理，在焊接结束之后，焊缝的温度会快速下降，尤其是在低温天气时，焊缝的温度下降的速度更快，容易造成焊缝之间形成温差，从而产生残余应力，进而使得焊缝容易出现裂缝。
以施工环境温度为-16℃为例，本发明实施例的焊接方法的参数如下：
管道的管材为Q345B，管道尺寸为φ920×12mm(外径×壁厚T)，焊接坡口形式如图2所示：对接缝隙的深度P为2.2mm，其宽度C为5mm，坡口宽度E为16.3mm，坡口角度α为60°。在预热步骤中，预热温度为190℃，预热宽度为100mm。焊接采用不熔化极钨极氩弧焊打底，之后采用J507焊条施焊。焊接采用多层焊接，每层沿着待焊接口周向整圈焊接，焊接时的热输入大约控制0.9kJ/mm；每层焊接可由一道次或多道次完成，每道次焊接均由若干个顺序相连的焊点构成，每个焊点包括两次熔滴过渡，第二次熔滴过渡完全覆盖前一次熔滴，且后一次熔滴所形成的厚度与前一次熔滴所形成的厚度之比为1.5；焊接过程中相邻焊接层间温度控制在185～195℃。焊接完毕的焊口进行保温处理，以使待焊接口及其周围管材的降温速率保持在165℃之内，当温度降至45℃以下时结束保温。
此外，按照以上焊接方法对三处待焊接口实施焊接，对这三处所形成的焊缝部位进行常温拉伸力学实验，结果如下表：
通过实验结果可知：本发明实施例的焊接方法可以使焊缝部位与管材的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率相当，以解决低温焊接后容易出现裂纹的问题，提高供热管道安全服役性能，保障城镇居民的工作和生活。
总而言之，本发明实施例的焊接方法100先通过前期的预热步骤1和后期的保温步骤3在一定时间内控制低温焊接环境下待焊接口、焊缝及其周围管材的温度，模拟夏季焊接时待焊接口、焊缝及其周围管材的温度，再通过焊接步骤3将管道密封焊接。以解决低温焊接后容易出现裂纹的问题，提高供热管道安全服役性能，保障城镇居民的工作和生活。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“周向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种管道的焊接方法，其特征在于，包括：
预热步骤，当管道所处环境的温度低于零度时，将所述管道的待焊接口及其周围管材预热到指定温度；
焊接步骤，沿着所述管材的周向对所述待焊接口实施密封的焊接；
保温步骤，对形成在所述待焊接口中的焊缝及其周围管材进行保温处理，以使其温度以不高于预定速率的方式下降，直到所述焊缝及其周围管材的温度降至预定温度以下为止。
2.根据权利要求1所述的管道的焊接方法，其特征在于：
在预热步骤中，对所述管道的待焊接口及其周围管材实施预热的范围是以所述待焊接口为中心朝两侧各延伸一个规定距离，所述规定距离为所述管材的壁厚的8～11倍；
在所述保温处理中，对所述管道的待焊接口及其周围管材实施降温的范围是以所述待焊接口为中心朝两侧各延伸一个预定距离，所述预定距离为所述管材外径的2～3.5倍。
3.根据权利要求1所述的管道的焊接方法，其特征在于：当管道所处环境的温度为-30～0℃时，所述指定温度为150～230℃。
4.根据权利要求3中所述的管道的焊接方法，其特征在于：当所述管材的壁厚≤10mm时，所述指定温度为150～180℃；当管材的壁厚>10mm时，所述指定温度为180～230℃。
5.根据权利要求1中所述的管道的焊接方法，其特征在于：所述焊接包括通过氩弧焊实施的打底焊，以及通过电弧焊实施的多层焊或多层多道焊。
6.根据权利要求5中所述的管道的焊接方法，其特征在于：每道所述焊接均由若干个顺序相连的焊点构成，每个所述焊点包括两次熔滴过渡，并保证后一次熔滴完整覆盖前一次的熔滴，且后一次熔滴所形成的厚度为前一次熔滴所形成的厚度的1～2倍。
7.根据权利要求5中所述的低温环境下供热管道的焊接方法，其特征在于：在实施第二层以上焊接时，将所述待焊接口内已形成焊缝的温度控制在175～220℃之间。
8.根据权利要求1中所述的管道的焊接方法，其特征在于：在所述焊接过程的中，热输入为0.75～1.25kJ/mm，焊条的强度为所述管材的强度的1～1.35倍。
9.根据权利要求1中所述的管道的焊接方法，其特征在于，所述待焊接口沿径向向内依次包括V形坡口及对接缝隙，其中，所述V形坡口的坡口角度为50～65°，而其坡口宽度与所述管材的壁厚之比为1.2～2.2，对接缝隙的深度为1.6～2.6mm，而其宽度为3～9mm。
10.根据权利要求1中所述的管道的焊接方法，其特征在于：所述预定速率为150～170℃/h，所述预定温度为42～48℃。
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