CN110421238B - 一种高强度筒体对接焊的焊接工艺 - Google Patents

一种高强度筒体对接焊的焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高强度筒体对接焊的焊接工艺，依次包括：打磨、检验、纵缝焊接、环缝焊接、开孔及检验，其特征在于：所述纵缝焊接和环缝焊接均采用气体保护焊和埋弧自动焊组合的焊接方式；所述纵缝焊接的步骤依次为：第一次焊接预热、打底焊、第一次埋弧焊填充焊、消氢和清根、第二次焊接预热、第二次埋弧焊填充焊、焊后热处理、无损检验、坡口加工；所述环缝焊接的步骤依次为：筒体拼装、检验、工装支撑、焊接预热、打底焊、打磨、埋弧焊填充焊、焊后热处理、无损检验。改善了采用单种焊接方法的质量或效率问题并极大改善了焊接作业环境及劳动条件、劳动强度，使焊接质量及效率提高了30%以上。

Description

一种高强度筒体对接焊的焊接工艺
技术领域
本发明涉及对接焊领域，尤其涉及一种高强度筒体对接焊的焊接工艺。
背景技术
筒体形桩腿使用到大量高强度的筒体材料，这些筒体材料形成的部件需要进行焊接。对于高强度的筒体材料，尤其是壁厚较大、直径小的筒体材料来说，焊接的难度较高，尤其是筒体环纵缝焊接采用手工焊存在作业环境恶劣，作业效率低、劳动强度大、质量不稳定等不利因素，而且多层多道焊，导致焊接工作量大、效率低，费工费时，生产环境恶劣，焊接质量难以保证。
现有技术中公开号为CN105234535A的中国专利公开了一种筒体焊接工艺，该技术中的筒体内部焊接的打底焊、填充焊和盖面焊均只采用埋弧焊，在对一个刚强度，厚度大，直径小的焊接工艺中若只采用单种焊接方法会造成效率和质量都达不到最优效果的问题。
本发明为避免以上因素经过试验分析采用气体保护焊打底加埋弧焊填充盖面并针对纵向及环形位置采用不同形式的坡口焊接。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种高强度筒体对接焊的焊接工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：提供一种高强度筒体对接焊的焊接工艺，高强度筒体对接焊的焊接工艺流程依次包括：打磨、检验、纵缝焊接、环缝焊接、开孔及检验，其创新点在于：纵缝焊接和环缝焊接均采用气体保护焊和埋弧自动焊组合的焊接方式；
纵缝焊接的步骤依次为：整体进行第一次焊接预热、对筒体内侧坡口进行打底焊、对筒体内侧坡口进行第一次埋弧焊填充焊、消氢和对筒体外侧坡口进行清根、整体进行第二次焊接预热、对筒体外侧坡口进行第二次埋弧焊填充焊、焊后热处理、无损检验、坡口加工；
环缝焊接的步骤依次为：筒体拼装、检验、工装II支撑、焊接预热、打底焊、打磨、埋弧焊填充焊、焊后热处理、无损检验。
优选的，纵缝焊接的具体焊接步骤如下：
（1）第一次焊接预热：
将筒体整体放入台车式电阻炉中加热预热至230℃±20℃；
（2）打底焊：
在第一次焊接预热后在内侧坡口采用气体保护焊打底，气体保护焊的气体为Ar80%+CO220%，直流反接，属碱性药芯、无缝镀铜、超低氢特性的焊材，焊丝牌号FLUXOFIL42、直径Ф为1.2mm，电流250～300A，电压25～30V，焊接速度230～350mm/min，气体流量20～25L/min，层间温度150～230℃,焊一层后，打磨飞溅与药渣；
（3）第一次埋弧焊填充焊：
上工装台架采用单臂伸缩式自动埋弧焊设备，在筒体内侧坡口使电弧在焊剂层下燃烧进行埋弧焊填充，埋弧焊丝为FLUXOCORD 42，焊丝直径Ф为4mm，焊剂为OP121TT/W，焊接电流500～600A、电压26~33V，焊接速度300～500mm/min，焊接温度150～230℃，每道埋弧焊焊缝宽度≤20mm；
（4）消氢和清根：
筒体内侧焊缝焊接完成后整体进炉消氢，炉内温度为250℃，消氢时间为3h，消氢结束后使筒体出炉冷却至常温后，从筒体外侧坡口机械加工清根，清根深度大于打底焊深度；
（5）第二次焊接预热：
将筒体整体放入台车式电阻炉中加热预热至230℃±20℃；
（6）第二次埋弧焊填充焊：
上工装台架采用单臂伸缩式自动埋弧焊设备，在筒体外侧坡口使电弧在焊剂层下燃烧进行埋弧焊填充，焊缝采用回火焊道填充盖面焊接，埋弧焊丝为FLUXOCORD 42，焊丝直径Ф为4mm，焊剂为OP121TT/W，焊接电流500～600A、电压26～33V，焊接速度300～500mm/min，焊接温度150～230℃，每道埋弧焊焊缝宽度≤20mm；
（7）焊后热处理：
整体进炉加热，厚度为t=60mm的筒体加热至250℃±20℃，厚度为t=80mm的筒体加热至560℃±20℃，保温3h；
（8）无损检验：
焊后热处理后，筒体出炉冷却至室温，再进行UT或MT无损检测，检测时间为72h；
（9）坡口加工：
筒体两端面机械加工。
优选的，环缝焊接的具体焊接步骤如下：
（1）筒体拼装：
采用工装I保持两段筒体的间隙及对中度；
（2）检验：
检验拼装对中度以及坡口间隙；
（3）工装II支撑：
在环缝的根部铺设陶瓷衬垫并采用工装II支撑压紧贴实；
（4）焊接预热：
采用陶瓷加热片从筒体内侧加热，预热至230℃±20℃；
（5）打底焊：
在环缝焊接预热后，采用气体保护焊的焊接方式打底焊接，气体为Ar80%+CO220%，直流反接，属碱性药芯、无缝镀铜、超低氢特性的焊材，焊丝牌号FLUXOFIL42、直径Ф为1.2mm，电流250～300A，电压25～30V，焊接速度230～350mm/min，气体流量20～25L/min，层间温度150～230℃，焊一层后，打磨飞溅与药渣，做热磁粉探伤，合格后进炉加温；
（6）打磨：
打底焊后立即拆除工装I并打磨焊缝表面后用热磁粉检验焊缝质量；
（7）埋弧焊填充焊：
埋弧焊焊接时采用回火焊道多层、多道、小焊道焊接技术，减小焊接变形，每道埋弧焊焊缝宽度≤20mm，埋弧焊丝为FLUXOCORD 42，焊丝直径Ф为4mm,焊剂为OP121TT/W，焊接电流500～600A、电压26～33V、焊接速度300～500mm/min，温度150～230℃；
（8）焊后热处理：
拼接的筒体长度小于12m则进炉整体热处理，长度大于12米则采用中频感应加热热处理；厚度为t=60mm的筒体加热至250℃±20℃，厚度为t=80mm的筒体加热至560℃±20℃，两种厚度的筒体均保温3h；
（9）无损检验：
焊后热处理后，筒体出炉冷却至室温，再进行UT或MT无损检测，检测时间为72h。
优选的，纵缝焊接和环缝焊接之前，均需把筒体焊缝坡口清理干净，清除所有凸出物。
优选的，纵缝焊接的坡口采用X形。
优选的，纵缝焊接和环缝焊接在焊接前的温度若不到230℃±20℃，则应重新加热后方可焊接 。
优选的，纵缝焊接和环缝焊接的打底焊过程中，断弧后收弧弧坑必须完全打磨去除。
优选的，环缝焊接的坡口采用可拆除的陶瓷衬垫V形坡口。
优选的，步骤（4）中的加热片安装在工装II上。
本发明的优点在于：
（1）筒体内部采用气体保护焊单道打底焊、埋弧焊填充和盖面外侧机加工清根并埋弧焊填充盖面的焊接组合方式，改善了采用单种焊接方法的质量或效率问题并极大改善了焊接作业环境及劳动条件、劳动强度，使焊接质量及效率提高了30%以上。
（2）在纵缝焊接和环缝焊接之前对筒体预热一方面能减缓焊后的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，避免产生氢裂纹，同时也减少焊缝及热影响区的淬硬程度，提高了焊接接头的抗裂性；另一方面可降低焊接应力、焊接应变速率和焊接结构的拘束度，不仅有利于避免产生焊接裂纹，还能使裂纹发生率下降。
（3）筒体对接环焊缝焊接过程中设计使用了筒体内陶瓷衬垫支撑及预热一体式工装和筒体外桁架环形抱箍工装，极大提高衬垫与母材贴合度并实现焊缝预热，减少了工装的复杂性，提高了使用简便性。
（4）使用自动埋弧焊代替手工电弧焊，使生产效率和焊接质量大大提高，通过不同坡口的组合实现复合坡口焊接，减少了焊材使用量和焊接时长，自动埋弧焊极大提高产品合格率并改善了生产作业环境、焊接材料利用率低、单位产品的能耗水平高等问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的纵缝焊接的流程图；
图2为本发明的环缝焊接的流程图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本发明中的一种高强度筒体对接焊的焊接工艺的工艺流程依次包括：打磨、检验、纵缝焊接、环缝焊接、开孔及检验，其中，纵缝焊接和环缝焊接均采用气体保护焊和埋弧自动焊组合的焊接方式。纵缝焊接的步骤流程如图1所示，依次为：整体进行第一次焊接预热、对筒体内侧坡口进行打底焊、对筒体内侧坡口进行第一次埋弧焊填充焊、消氢和对筒体外侧坡口进行清根、整体进行第二次焊接预热、对筒体外侧坡口进行第二次埋弧焊填充焊、焊后热处理、无损检验、坡口加工；环缝焊接的步骤流程如图2所示，依次为：筒体拼装、检验、工装II支撑、焊接预热、打底焊、打磨、埋弧焊填充焊、焊后热处理、无损检验。
本发明中的一种高强度筒体对接焊的焊接工艺的纵缝焊接的坡口采用X形坡口，其焊接的具体步骤为：
（1）第一次焊接预热：
将筒体整体放入台车式电阻炉中加热预热至230℃±20℃。
（2）打底焊：
在第一次焊接预热后在内侧坡口采用气体保护焊打底，气体保护焊的气体为Ar80%+CO220%，直流反接，属碱性药芯、无缝镀铜、超低氢特性的焊材，焊丝牌号FLUXOFIL42、直径Ф为1.2mm，电流250～300A，电压25～30V，焊接速度230～350mm/min，气体流量20～25L/min，层间温度150～230℃,焊一层后，打磨飞溅与药渣。
（3）第一次埋弧焊填充焊：
上工装台架采用单臂伸缩式自动埋弧焊设备，在筒体内侧坡口使电弧在焊剂层下燃烧进行埋弧焊填充，埋弧焊丝为FLUXOCORD 42，焊丝直径Ф为4mm，焊剂为OP121TT/W，焊接电流500～600A、电压26～33V，焊接速度300～500mm/min，焊接温度150～230℃，每道埋弧焊焊缝宽度≤20mm。
（4）消氢和清根：
筒体内侧焊缝焊接完成后整体进炉消氢，炉内温度为250℃，消氢时间为3h，消氢结束后使筒体出炉冷却至常温后，从筒体外侧坡口机械加工清根，清根深度大于打底焊深度；尽量将气体保护焊的部分全部清根去除；清根后的外侧坡口焊接前确认坡口内无缺陷，避免再次挖除缺陷并补焊。
（5）第二次焊接预热：
将筒体整体放入台车式电阻炉中加热预热至230℃±20℃
（6）第二次埋弧焊填充焊：
上工装台架采用单臂伸缩式自动埋弧焊设备，在筒体外侧坡口使电弧在焊剂层下燃烧进行埋弧焊填充，焊缝采用回火焊道填充盖面焊接，埋弧焊丝为FLUXOCORD 42，焊丝直径Ф为4mm，焊剂为OP121TT/W，焊接电流500～600A、电压26～33V，焊接速度300～500mm/min，焊接温度150～230℃，每道埋弧焊焊缝宽度≤20mm。
（7）焊后热处理：
整体进炉加热，厚度为t=60mm的筒体加热至250℃±20℃，厚度为t=80mm的筒体加热至560℃±20℃，保温3h。
（8）无损检验：
焊后热处理后，筒体出炉冷却至室温，再进行UT或MT无损检测，检测时间为72h；主要作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出，对于防止低合金钢焊接时产生焊接裂纹的效果极为显著，从而改善了焊接接头的综合机械性能。
（9）坡口加工：
筒体两端面机械加工坡口。
本发明中的一种高强度筒体对接焊的焊接工艺的环缝焊接与纵向焊缝有极大不同，环缝焊接的坡口采用可拆除的陶瓷衬垫V形坡口，首先由于筒体内径较小焊接预热温度在150℃以上，且环焊缝位于两段筒体之间，人员无法在内部进行全位置焊接或圆通滚动时的焊接操作，因此难以实现双面焊接，只能采用单面焊接。由于筒体质量要求不允许采用钢衬垫焊接，铜衬垫焊接易使焊缝中混入铜元素，降低焊缝质量，因此只能选用可拆除的陶瓷衬垫坡口。为确保陶瓷衬垫与母材贴合紧密，避免陶瓷衬垫的粘合剂在预热过程中失效导致脱落，制作陶瓷衬垫支撑及预热一体式工装（即工装II）来保证衬垫贴合紧密性的同时实施焊接预热。为保证筒体对接打底焊过程中破口间隙、直线度的稳定性而制作桁架环形抱箍工装（即工装I）保证打底焊过程中筒体的刚性连接。
本发明的环缝焊接的具体步骤为：
（1）筒体拼装：
采用工装I保持两段筒体的间隙及对中度。
（2）检验：
检验拼装对中度以及坡口间隙。
（3）工装II支撑：
在环缝的根部铺设陶瓷衬垫并采用工装II支撑压紧贴实。
（4）焊接预热：
采用陶瓷加热片从筒体内侧加热，预热至230℃±20℃。
（5）打底焊：
在环缝焊接预热后，采用气体保护焊的焊接方式打底焊接，气体为Ar80%+CO220%，直流反接，属碱性药芯、无缝镀铜、超低氢特性的焊材，焊丝牌号FLUXOFIL42、直径Ф为1.2mm，电流250～300A，电压25～30V，焊接速度230～350mm/min，气体流量20～25L/min，层间温度150～230℃，焊一层后，打磨飞溅与药渣，做热磁粉探伤，合格后进炉加温。
（6）打磨：
打底焊后立即拆除工装I并打磨焊缝表面后用热磁粉检验焊缝质量。
（7）埋弧焊填充焊：
埋弧焊选用与气保焊同品牌的优质焊材，严格控制焊接热输入,降低母材的热影响区,焊接时采用多层、多道、小焊道焊接技术，使焊接热影响区和焊缝金属有较好的韧性，减小焊接变形。焊缝为组合式坡口，可减少焊材用量的同时减少焊接应力和焊接变形，埋弧焊盖面时平滑地向母材表面过渡，每道埋弧焊焊缝宽度≤20mm。
埋弧焊丝为FLUXOCORD 42（焊丝为空心型，内装焊粉，焊接时还有焊剂在外面保护，焊丝表面镀铜），焊丝直径Ф为4mm，焊剂为OP121TT/W，焊接电流500～600A、电压26～33V、焊接速度300～500mm/min，温度150～230℃。
（8）焊后热处理：
由于筒体对接焊后整体长度超过电炉整体长度，因此不能进炉整体加热。因此选用电磁感应加热，经同材质、同壁厚、同直径试验段验证，管材内外温差≤20℃满足热处理要求，拼接的筒体长度小于12m则进炉整体热处理，长度大于12米则采用中频感应加热热处理；厚度为t=60mm的筒体加热至250℃±20℃，厚度为t=80mm的筒体加热至560℃±20℃，两种厚度的筒体均保温3h。
（9）无损检验：
焊后热处理后，筒体出炉冷却至室温，再进行UT或MT无损检测，检测时间为72h。
本发明的在环缝焊接时应注意筒体内部的坡口反面拼装前应打磨清理干净，清除所有凸出物；陶瓷衬垫应均匀对中放置，避免陶瓷衬垫贴合不紧密导致的间隙将严重影响打底焊质量；埋弧焊起弧后立即打磨去除起弧点并做好标记为重点探伤检验位置，在埋弧焊过程中如意外断弧等也应按以上方法去除起弧点和收弧点。
本对接焊的焊接工艺中纵缝焊接预热和环缝焊接预热的预热温度分段至230℃±20℃，若焊前温度达不到230℃±20℃，应重新加热后方可焊接。纵缝焊接和环缝焊接的埋弧焊均采用回火焊道：前一层焊道对后一层焊道有预热作用,后一层焊道又对前一层焊道起了回火作用。而且在严格控制电流、电压、焊接速度、熔宽熔深的情况下，纵缝焊接和环缝焊接均能有效避免了裂纹的出现和减少热影响区性能的变化，维持了层间温度的要求,减少重新预热的次数。
在本发明中在焊接拼装之前均需保证内外侧坡口打磨清理干净，避免坡口污染造成焊接缺陷；打底焊过程中尽量减少断弧，断弧后收弧弧坑必须完全打磨去除，避免遗留弧坑裂纹和接头处容易产生的夹渣、未熔合等缺陷；焊接过程中及每条焊道完成后应仔细检查焊缝确认无夹渣、未熔合等缺陷。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (7)

1.一种高强度筒体对接焊的焊接工艺，所述高强度筒体对接焊的焊接工艺流程依次包括：打磨、检验、纵缝焊接、环缝焊接、开孔及检验，其特征在于：所述纵缝焊接和环缝焊接均采用气体保护焊和埋弧自动焊组合的焊接方式；
所述纵缝焊接的坡口采用X形；
所述纵缝焊接的步骤依次为：整体进行第一次焊接预热、对筒体内侧坡口进行打底焊、对筒体内侧坡口进行第一次埋弧焊填充焊、消氢和对筒体外侧坡口进行清根、整体进行第二次焊接预热、对筒体外侧坡口进行第二次埋弧焊填充焊、焊后热处理、无损检验、坡口加工；
所述环缝焊接的步骤依次为：筒体拼装、检验、工装II支撑、焊接预热、打底焊、打磨、埋弧焊填充焊、焊后热处理、无损检验；
所述环缝焊接的具体焊接步骤如下：
（1）筒体拼装：
采用工装I保持两段筒体的间隙及对中度；
（2）检验：
检验拼装对中度以及坡口间隙；
（3）工装II支撑：
在环缝的根部铺设陶瓷衬垫并采用工装II支撑压紧贴实；
（4）焊接预热：
采用陶瓷加热片从筒体内侧加热，预热至230℃±20℃；
（5）打底焊：
在环缝焊接预热后，采用气体保护焊的焊接方式打底焊接，气体为Ar80%+CO220%，直流反接，属碱性药芯、无缝镀铜、超低氢特性的焊材，焊丝牌号FLUXOFIL42、直径Ф为1.2mm，电流250～300A，电压25～30V，焊接速度230～350mm/min，气体流量20～25L/min，层间温度150～230℃，焊一层后，打磨飞溅与药渣，做热磁粉探伤，合格后进炉加温；
（6）打磨：
打底焊后立即拆除工装I并打磨焊缝表面后用热磁粉检验焊缝质量；
（7）埋弧焊填充焊：
埋弧焊焊接时采用回火焊道多层、多道、小焊道焊接技术，减小焊接变形，每道埋弧焊焊缝宽度≤20mm，埋弧焊丝为FLUXOCORD 42，焊丝直径Ф为4mm,焊剂为OP121TT/W，焊接电流500～600A、电压26～33V、焊接速度300～500mm/min，温度150～230℃；
（8）焊后热处理：
拼接的筒体长度小于12m则进炉整体热处理，长度大于12米则采用中频感应加热热处理；厚度为t=60mm的筒体加热至250℃±20℃，厚度为t=80mm的筒体加热至560℃±20℃，两种厚度的筒体均保温3h；
（9）无损检验：
焊后热处理后，筒体出炉冷却至室温，再进行UT或MT无损检测，检测时间为72h。
2.根据权利要求1所述的一种高强度筒体对接焊的焊接工艺，其特征在于：所述纵缝焊接的具体焊接步骤如下：
（1）第一次焊接预热：
将筒体整体放入台车式电阻炉中加热预热至230℃±20℃；
（2）打底焊：
在第一次焊接预热后在内侧坡口采用气体保护焊打底，气体保护焊的气体为Ar80%+CO220%，直流反接，属碱性药芯、无缝镀铜、超低氢特性的焊材，焊丝牌号FLUXOFIL42、直径Ф为1.2mm，电流250～300A，电压25～30V，焊接速度230～350mm/min，气体流量20～25L/min，层间温度150～230℃,焊一层后，打磨飞溅与药渣；
（3）第一次埋弧焊填充焊：
上工装台架采用单臂伸缩式自动埋弧焊设备，在筒体内侧坡口使电弧在焊剂层下燃烧进行埋弧焊填充，埋弧焊丝为FLUXOCORD 42，焊丝直径Ф为4mm，焊剂为OP121TT/W，焊接电流500～600A、电压26～33V，焊接速度300～500mm/min，焊接温度150～230℃，每道埋弧焊焊缝宽度≤20mm；
（4）消氢和清根：
筒体内侧焊缝焊接完成后整体进炉消氢，炉内温度为250℃，消氢时间为3h，消氢结束后使筒体出炉冷却至常温后，从筒体外侧坡口机械加工清根，清根深度大于打底焊深度；
（5）第二次焊接预热：
将筒体整体放入台车式电阻炉中加热预热至230℃±20℃；
（6）第二次埋弧焊填充焊：
上工装台架采用单臂伸缩式自动埋弧焊设备，在筒体外侧坡口使电弧在焊剂层下燃烧进行埋弧焊填充，焊缝采用回火焊道填充盖面焊接，埋弧焊丝为FLUXOCORD 42，焊丝直径Ф为4mm，焊剂为OP121TT/W，焊接电流500～600A、电压26~33V，焊接速度300～500mm/min，焊接温度150～230℃，每道埋弧焊焊缝宽度≤20mm；
（7）焊后热处理：
整体进炉加热，厚度为t=60mm的筒体加热至250℃±20℃，厚度为t=80mm的筒体加热至560℃±20℃，保温3h；
（8）无损检验：
焊后热处理后，筒体出炉冷却至室温，再进行UT或MT无损检测，检测时间为72h；
（9）坡口加工：
筒体两端面机械加工坡口。
3.根据权利要求1所述的一种高强度筒体对接焊的焊接工艺，其特征在于：在所述纵缝焊接和环缝焊接之前，均需把筒体焊缝坡口清理干净，清除所有凸出物。
4.根据权利要求1或2所述的一种高强度筒体对接焊的焊接工艺，其特征在于：所述纵缝焊接和环缝焊接在焊接前的温度若不到230℃±20℃，则应重新加热后方可焊接 。
5.根据权利要求1或2所述的一种高强度筒体对接焊的焊接工艺，其特征在于：在所述纵缝焊接和环缝焊接的打底焊过程中，断弧后收弧弧坑必须完全打磨去除。
6.根据权利要求1所述的一种高强度筒体对接焊的焊接工艺，其特征在于：所述环缝焊接的坡口采用可拆除的陶瓷衬垫V形坡口。
7.根据权利要求1所述的一种高强度筒体对接焊的焊接工艺，其特征在于：所述步骤（4）中的加热片安装在工装II上。
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