CN110303261B - 一种油气输送用不锈钢管道全位置焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种油气输送用不锈钢管道全位置焊接方法，包括对不锈钢管道进行管道内外壁清理，然后开坡，坡口为双U型开设；对坡口进行打磨清理，对管道进行定点，然后对管道进行装夹，并沿焊缝安装全位置焊接机；设置焊接参数，并按定点位置进行分段定位焊接；其中：不锈钢管道管壁厚10mm≤h1≤15mm，两个不锈钢管道坡口间开口宽度8mm≤h2≤12mm，坡口间根部间隙宽度0.2mm≤h3≤0.5mm，钝边厚度1.3mm≤h4≤2.0mm，双U型坡口包括由外向内的斜面一段、弧面一段、斜面二段、弧面二段；本发明对管道焊接参数进行合理的优化，同时对焊接切口结构进行合理改进，有效提高了焊缝的焊接质量，焊接熔深、焊道厚度、焊接效率均有所改善，焊接合格率可达99.6%。

Description

一种油气输送用不锈钢管道全位置焊接方法

技术领域

本发明涉及管道加工技术领域，具体涉及一种油气输送用不锈钢管道全位置 焊接方法。

背景技术

近些年，随着国家开发西部的工作的开展，国内管道建设也迎来了高峰期， 从2001年西气东输工程的开始，国内管道的安装建设就开始向国际水平靠拢， 具有大口径、高强度、高压力的方向发展。同时，与管道安装质量息息相关的管 道焊接技术也开始朝着技术含量较高的，有着高质量、高效率特点的全自动焊接 方向发展。

现阶段，油气管道焊接已从手工焊接阶段过渡到半自动焊、自动焊阶段，自 动焊的焊接速度快、效率高，操作简单，降低了焊工的劳动强度。随着管道自动 焊接技术及设备在管道施工中的推广应用，全位置自动焊接技术已在管道施工建 设中成为主流技术。目前在用的全位置自动焊工艺在施工中易出现焊缝未熔合、 夹渣及气孔等缺陷，尤以焊缝未熔合缺陷为最。现有的解决方案是根据现场的检 测结果，及时调整焊接参数以克服焊缝未熔合缺陷。但这种调整焊接参数的适应 范围窄，对技术人员的现场调整水平要求较高。如何确定合理的管道全位置自动 焊接工艺参数及相应的焊接方法，以提高管道焊接施工效率，成为了一个亟待解 决的技术问题。

目前，针对各种钢结构的高效率自动焊接工艺主要包括两种；一种是通过加 大焊接电流提高焊接效率；另外一种是通过采用双丝提高效率(如中国专利 CN201711373523.0一种钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法)。上述两种自动 焊接设备结构相对简单，但是因为加大焊接电流以及采用双丝进行焊接，都会引 起熔池增大，从而影响焊材结晶形状，最终造成焊接成型效果以及熔透性变差。 另外，因为熔池较大，限制了上述焊接方法只适用于横焊，在立焊和仰焊的场合 容易出现融化物掉落的危险。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种油气输送用不锈钢管道全位置焊接 方法，对管道焊接参数进行合理的优化，同时对焊接切口结构进行合理改进，有 效提高了焊缝的焊接质量，焊接熔深、焊道厚度、焊接效率均有所改善，焊接合 格率可达99.6％。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

一种油气输送用不锈钢管道全位置焊接方法，用于304不锈钢管道焊接，焊 接方法包括以下步骤：

1)对不锈钢管道进行管道内外壁清理，保证管口处无裂纹、锈皮，光滑平 整，然后开坡，坡口为双U型开设(两个弧面段)；

2)对坡口进行打磨清理，对管道进行定点，然后对管道进行装夹，并沿焊 缝安装全位置焊接机；全位置焊接机采用现有技术安装，通过轨道可转动设于焊 缝外，焊枪与焊缝间夹角为45°-70°，焊丝与焊缝间夹角为20°-40°。

3)设置焊接参数，并按定点位置进行分段定位焊接，焊接包括根焊、热焊、 填充焊、盖面焊；采用多层多道焊，根焊采用全焊透，填充焊包括至少3层3 焊道。

其中：不锈钢管道管壁厚10mm≤h1≤15mm，两个不锈钢管道坡口间开口宽 度8mm≤h2≤12mm，坡口间根部间隙宽度0.2mm≤h3≤0.5mm，钝边厚度 1.3mm≤h4≤2.0mm，双U型坡口包括由外向内的斜面一段、弧面一段、斜面二段、 弧面二段，斜面一段坡度大于斜面二段坡度，弧面一段曲率小于弧面二段曲率。 本发明实施例采用的不锈钢管道直径为700mm≤Φ≤1100mm，焊丝规格为 0.9mm≤Φ≤1.2mm或焊条2.5mm≤Φ≤4mm。

作为本发明的进一步优化：步骤2)中不锈钢管道坡口打磨后，对坡口切面 进行预处理，具体操作为先用10wt％丙醇水溶液对坡口进行清理，然后依次在坡 口切面处涂覆预制剂和焊接活性剂。预制剂涂覆量为0.4-0.7g/cm³，焊接活性剂 采用市售有机助焊剂，免清洗RA型助焊剂，固含量为4-6wt％，在此不做具体 限定，使用时按说明书要求施用。

作为本发明的进一步优化：所述预制剂为含二氧化碳的纯丙酮溶液混合物， 其中二氧化碳含量为3-5ml/g。纯丙酮溶液采用分析纯级别，二氧化碳以液态混 合，预制剂混合及施用温度为20-30℃。

作为本发明的进一步优化：步骤2)中定点数视不锈钢管道直径设置，每两 定点焊缝距离＜10mm。

作为本发明的进一步优化：步骤3)中焊接参数包括焊接速度、送丝速度、 焊接电压、焊接电流、焊接保护气体流量、焊缝背面保护气体流量，焊接速度为 15-35cm/min，送丝速度200-500cm/min，焊接电压18-24V，焊接电流80-330A， 焊接保护气体流量22-25L/min，焊缝背面保护气体流量5-10L/min。焊缝中不同 焊道采用不同的焊接参数，适时调整。

作为本发明的进一步优化：电流基值、电流峰值停留时间为0.08-0.11s，焊 接保护气体、焊缝背面保护气体均采用氩气与二氧化碳的混合气，混合气中二氧 化碳占比为20-50vt％。

作为本发明的进一步优化：两个不锈钢管道焊缝端口余高≤1mm。

作为本发明的进一步优化：斜面一段倾角6°≤α≤12°，斜面二段倾角15°≤β≤20°， 弧面一段半径1/3h1≤R1≤1/2h1,弧面二段半径1/5h1≤R1≤1/3h1。

由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明对管道焊接参数进 行合理的优化，同时对焊接切口结构进行合理改进，有效提高了焊缝的焊接质量， 焊接熔深、焊道厚度、焊接效率均有所改善，焊接合格率可达99.6％。采用双U 型坡口，焊接时，对焊缝金属的冷却收缩影响可控性好，熔池尺寸稳定，采用氩 气、二氧化碳或两者混合气作为保护气，合理调节混合气组分比例和通入量，气 体压应力小，有效减小飞溅，同时对熔深控制性好，无未熔透现象，对焊缝正背 面具有优异的防护效果，无氧化破坏，焊缝质量稳定性好。

管道焊接前，对坡口进行了合理的预处理，相较于传统的单纯涂覆助焊剂， 本发明工艺先采用预制剂进行涂覆，预制剂由丙酮和液态二氧化碳组成，一方面 对焊接面具有优异的清理效果，另一方面在预热挥发的过程中，丙酮、二氧化碳 会加强外层焊接活性剂的作用效果，辅助焊接，承接性好，对助焊剂的性能发挥 具有良好的提升效果，经试验(实施例操作)，在焊接活性剂涂覆前先涂覆预制 剂层，焊缝质量明显更稳定，PT、RT检测合格率提高了20％以上，整体焊接效 率提高了5％以上，溶融金属的流动性、稳定性和焊缝金属的收缩变形都有效改 善，不仅提高了焊接质量，而且缩短了焊接工艺周期，可推广价值明显提高。

附图说明

图1为本发明不锈钢管道焊缝示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实 施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施 例，本领域普通技术人员在没有作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。

实施例1：

选用304不锈钢管道，不锈钢管道直径为700mm≤Φ≤1100mm，管壁厚 10mm≤h1≤15mm，两个不锈钢管道坡口间开口宽度8mm≤h2≤12mm，坡口间根 部间隙宽度0.2mm≤h3≤0.5mm，钝边厚度1.3mm≤h4≤2.0mm，两个不锈钢管道焊 缝端口余高≤1mm，双U型坡口包括由外向内的斜面一段、弧面一段、斜面二段、 弧面二段，斜面一段坡度大于斜面二段坡度，弧面一段曲率小于弧面二段曲率。

具体的，斜面一段倾角6°≤α≤12°，斜面二段倾角15°≤β≤20°，弧面一段半径 1/3h1≤R1≤1/2h1,弧面二段半径1/5h1≤R1≤1/3h1。

本发明实施例采用的焊丝规格为0.9mm≤Φ≤1.2mm或焊条2.5mm≤Φ≤4mm。

一种油气输送用不锈钢管道全位置焊接方法，包括以下步骤：

1)对不锈钢管道进行管道内外壁清理，清水清理后采用酒精或丙酮再次清 理，去油脂、污物等，保证管口处无裂纹、锈皮，光滑平整，然后开双U型坡 口(相邻斜面段、弧面段视作一个U型)；

2)对坡口进行打磨清理，打磨面呈金属亮色；对管道焊缝进行定点，定点 焊道距离＜10mm，具体视不锈钢管道直径设置，直径越大，定点焊道越多，保 证每个焊接短弧的可操作性和稳定性；然后对管道进行装夹，并沿焊缝安装全位 置焊接机，全位置焊接机采用现有技术安装，通过轨道可转动设于焊缝外，焊枪 与焊缝间夹角为45°-70°，焊丝与焊缝间夹角为20°-40；

3)设置焊接参数，并按定点位置进行分段定位焊接，焊接包括根焊、热焊、 填充焊、盖面焊；焊接前进行预热处理，预热为梯度升温，具体为先以10℃/min 升温至50℃，然后以15℃/min升温至100℃，最后以5℃/min升温至110℃。焊 接前预通气3-5s，焊接后滞后通气3-5s，通气气体为体积比1:1的氩气、二氧化 碳混合气，通气流量为5-6L/min。

焊接参数包括焊接速度、送丝速度、焊接电压、焊接电流、焊接保护气体流 量、焊缝背面保护气体流量，焊接速度为15-35cm/min，送丝速度200-500cm/min， 焊接电压18-24V，焊接电流80-330A，焊接保护气体流量22-25L/min，焊缝背 面保护气体流量5-10L/min。焊缝中不同焊道采用不同的焊接参数，适时调整。

实施例2：

不锈钢管道坡口打磨后，对坡口切面进行预处理，具体操作为先用10wt％ 丙醇水溶液对坡口进行清理，然后依次在坡口切面处涂覆预制剂和焊接活性剂。 预制剂涂覆量为0.4-0.7g/cm³，焊接活性剂采用市售不锈钢用松香助焊剂，固含 量为4.3wt％。

其中，预制剂为含二氧化碳的纯丙酮溶液混合物，其中二氧化碳含量为 3-5ml/g。纯丙酮溶液采用分析纯级别，二氧化碳以液态混合，预制剂混合及施 用温度为20-30℃。

实施例3：

不锈钢管道采用Φ800×12.4mm，开双U型坡口，确定定点焊缝距离为8.5 ±0.5mm。两个不锈钢管道坡口间开口宽度9.8mm，坡口间根部间隙宽度0.3mm， 钝边厚1.8mm，两个不锈钢管道焊缝端口余高0.88mm，双U型坡口斜面一段倾 角α10°，斜面二段倾角β20°，弧面一段半径6.20mm,弧面二段半径4.12mm(如 图1)。经由实施例2的预处理操作，然后进行焊接，具体工艺如下：

根焊参数：采用的焊丝规格为Φ1.2mm，焊接速度为20±1cm/min，送丝速 度250±20cm/min，焊接电压20±1V，电流基值85±5A，电流峰值300±10A， 电流基值、电流峰值停留时间为0.1s，焊接保护气体流量22±1L/min，焊接保护 气体选用氩气、二氧化碳混合气，二氧化碳占比为20vt％，焊缝背面保护气体流 量6.8±0.2L/min，焊缝背面保护气体选用氩气、二氧化碳混合气，二氧化碳占 比为35vt％。

热焊参数：采用的焊丝规格为Φ1.0mm，焊接速度为28±3cm/min，送丝速 度370±20cm/min，焊接电压22±2V，焊接电流240±5A，焊接保护气体流量 23±1L/min，焊接保护气体选用氩气、二氧化碳混合气，二氧化碳占比为30vt％， 焊缝背面保护气体流量8±1L/min，焊缝背面保护气体选用氩气、二氧化碳混合 气，二氧化碳占比为50vt％。

填充焊参数：采用的焊丝规格为Φ1.0mm，焊接速度为25±2cm/min，送丝 速度480±20cm/min，焊接电压22±2V，焊接电流300±20A，焊接保护气体流 量24±1L/min，焊接保护气体选用氩气、二氧化碳混合气，二氧化碳占比为50vt％， 焊缝背面保护气体流量7±0.5L/min，焊缝背面保护气体选用二氧化碳。填充焊 采用三层三焊道焊接。

盖面焊参数：采用的焊丝规格为Φ0.9mm，焊接速度为30±5cm/min，送丝 速度480±20cm/min，焊接电压20±1V，焊接电流300±10A，焊接保护气体流 量23±1L/min，焊接保护气体选用氩气、二氧化碳混合气，二氧化碳占比为20vt％， 焊缝背面保护气体流量8±1L/min，焊缝背面保护气体选用氩气、二氧化碳混合 气，二氧化碳占比为35vt％。

实施例4(对照例1)：

同实施例3，采用相同的不锈钢管，开V型坡口，单侧开口角度为30-33°， 钝边厚1.8-±0.1mm，根部间隙0.3±0.05mm，焊缝开口宽度8.5-9mm；

采用实施例2的预处理方式处理后，同样按实施例3进行焊接操作，得焊接 成品。

实施例5(对照例2)：

同实施例3，采用相同的不锈钢管，开V型坡口，单侧开口角度为30-33°， 钝边厚1.8-±0.1mm，根部间隙0.3±0.05mm，焊缝开口宽度8.5-9mm；无切面 口预处理，直接按实施例3焊接操作，得焊接成品。

实施例6(对照例3)：

同实施例3，采用相同的不锈钢管，开单U型坡口，斜面段倾角10°，钝 边厚1.8-±0.1mm，根部间隙0.3±0.05mm，焊缝开口宽度8.5-9mm；

采用实施例2的预处理方式处理后，同样按实施例3进行焊接操作，得焊接 成品。

实施例7(对照例4)：

同实施例3，采用相同的不锈钢管，开单U型坡口，斜面段倾角10°，钝 边厚1.8-±0.1mm，根部间隙0.3±0.05mm，焊缝开口宽度8.5-9mm；无切面口 预处理，直接按实施例3焊接操作，得焊接成品。

对焊接后的焊接成品焊接接头进行外观检测、内容检测，数据如下表：

以上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 术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种油气输送用不锈钢管道全位置焊接方法，其特征在于，用于304不锈钢管道焊接，焊接方法包括以下步骤：

1）对不锈钢管道进行管道内外壁清理，保证管口处无裂纹、锈皮，光滑平整，然后开坡，坡口为双U型开设；

2）对坡口进行打磨清理，对管道进行定点，然后对管道进行装夹，并沿焊缝安装全位置焊接机；

3）设置焊接参数，并按定点位置进行分段定位焊接，焊接包括根焊、热焊、填充焊、盖面焊；

其中：不锈钢管道管壁厚10mm≤h1≤15mm，两个不锈钢管道坡口间开口宽度8mm≤h2≤12mm，坡口间根部间隙宽度0.2mm≤h3≤0.5mm，钝边厚度1.3mm≤h4≤2.0mm，双U型坡口包括由外向内的斜面一段、弧面一段、斜面二段、弧面二段，斜面一段坡度大于斜面二段坡度，弧面一段曲率小于弧面二段曲率；

步骤2)中不锈钢管道坡口打磨后，对坡口切面进行预处理，具体操作为先用10wt％丙醇水溶液对坡口进行清理，然后依次在坡口切面处涂覆预制剂和焊接活性剂；所述预制剂为含二氧化碳的纯丙酮溶液混合物，其中二氧化碳含量为3-5ml/g。

2.根据权利要求1所述的油气输送用不锈钢管道全位置焊接方法，其特征在于：步骤2)中定点数视不锈钢管道直径设置，每两定点焊缝距离＜10mm。

3.根据权利要求1所述的油气输送用不锈钢管道全位置焊接方法，其特征在于：步骤3)中焊接参数包括焊接速度、送丝速度、焊接电压、焊接电流、焊接保护气体流量、焊缝背面保护气体流量，焊接速度为15-35cm/min，送丝速度200-500cm/min，焊接电压18-24V，焊接电流80-330A，焊接保护气体流量22-25L/min，焊缝背面保护气体流量5-10L/min。

4.根据权利要求3所述的油气输送用不锈钢管道全位置焊接方法，其特征在于：电流基值、电流峰值停留时间为0.08-0.11s，焊接保护气体、焊缝背面保护气体采用氩气或二氧化碳或两者的混合气，混合气中二氧化碳占比为20-50vt％。

5.根据权利要求1所述的油气输送用不锈钢管道全位置焊接方法，其特征在于：两个不锈钢管道焊缝端口余高≤1mm。

6.根据权利要求1所述的油气输送用不锈钢管道全位置焊接方法，其特征在于：斜面一段倾角6°≤α≤12°，斜面二段倾角15°≤β≤20°，弧面一段半径1/3h1≤R1≤1/2h1,弧面二段半径1/5h1≤R1≤1/3h1。

Images