CN111299977A - 一种艉轴套管接长工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种艉轴套管接长工艺，步骤：1）坡口准备：V型坡口；2）装配：用环形夹具卡住艉轴套管；3）预热；4）定位焊：两个焊工分别在环缝的6点钟和12点钟位置，还有环缝的3点钟和9点钟位置对称定位焊，每段定位焊缝长度不少于200mm；5）填充焊：两个焊工同时起焊，一个从6点钟位置过9点钟位置到12点钟位置施焊，一个从6点钟位置过3点钟位置到12点钟位置施焊，前3层每层焊完后立即锤击环缝6点钟位置，从第4层开始分道焊；6）后热；7）待该环缝后热结束，吊装下一节管子至胎架上，重复步骤2）~步骤6），依次接长成一个整管。本工艺利于装配组对，焊缝无缺陷且内应力小，接长后艉轴套管同心度能满足设计要求。
Description
技术领域
本发明涉及焊接领域，具体是一种艉轴套管接长工艺。
背景技术
一种艉轴套管全长10190mm，由艉部轴承座、后段轴套管、中间轴承座、前段轴套管、艏部轴承座共5部分组成，这5部分依次接长成一整根艉轴套管。轴承座是一种铬钼合金锻钢件，碳当量0.7，属于难焊材料，轴套管是一种碳锰钢管，碳当量0.45。轴承座外径610mm，壁厚最厚一段有138.5mm，最薄段壁厚也有105mm，轴套管外径610mm，壁厚31.8mm。完成接长后，全长10190mm范围内同心度允许偏差±1.5mm。艉轴套管内穿艉轴，轴末端连着螺旋桨，在实际工况中，承受较大的周期性载荷。对于此类工件的焊接，难度在于：
（1）管径大、管壁厚、管子长，装配对位难度大；
（2）铬钼合金锻钢件与碳锰钢焊接时焊接难度大，极易产生焊接裂纹；
（3）焊缝的近根部在焊接时易变形，艉轴套管同心度难以保证。
（4）焊接会产生较大的焊接应力，铬钼合金锻钢件本身就存在极大的压应力，这些应力集中在焊接接头，影响焊接接头稳定承载的能力，后期在动载中极易被撕裂。
目前，焊接此种管件主要方法是对接接头，用氩弧焊或手工电弧焊，焊后550℃以上多个小时回火处理，但仍不能避免以上难题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种艉轴套管接长工艺。
本发明的技术方案为：一种艉轴套管接长工艺，包括下列步骤：
1）坡口准备：采用V型坡口，坡口角度47.5°±2.5°，不留钝边，坡口采用机加工方式制备；
2）装配：一对管子水平放置在胎架上，待同心度调好后进行无码装配，装配间隙5~6mm，采用承插式接头，承插深度t/4mm，在每道环缝外用环形夹具卡住艉轴套管，环形夹具最下端与牢固的地基焊在一起；
3）预热：在环缝表面贴上电阻陶瓷加热片，加热片宽度3t，加热片的表面覆盖保温棉，设定预热温度150~160℃，加热速率不超过110℃/h；
4）定位焊：预热完成后采用药芯焊丝气保焊定位，两个焊工分别在环缝的6点钟位置和12点钟位置，还有环缝的3点钟位置和9点钟位置对称烧定位焊，每段定位焊缝长度不少于200mm， 定位焊缝热输入不大于15KJ/mm，焊接3层，层间温度在150℃~250℃；
5）填充焊：定位焊完成后采用药芯焊丝气保焊填充，两个焊工同时在环缝的6点钟位置起焊，一个按照从环缝的6点钟位置过9点钟位置到12点钟位置的顺序施焊，另一个按照从环缝的6点钟位置过3点钟位置到12点钟位置的顺序施焊，对于前3层，必须连续焊完，每层焊接完成后立即锤击环缝6点钟位置，从第4层开始，每层必须分道焊，填充焊焊接热输入不大于20KJ/mm，当焊缝总厚度达到管子壁厚的一半时，后续层间温度降低至不低于120℃；
6）后热：焊接完成后立即进行后热，根据锻件管子的回火温度，选择焊缝保温温度和时间，然后覆盖保温棉缓冷至室温，升温速率和降温速率不高于110℃/h；
7）待该环缝热处理结束后，吊装下一个管子至胎架上，重复步骤2）~步骤6），按照其要求进行接长，依次接长所有的管子成一整根艉轴套管。
进一步地，t为较厚管的壁厚。
进一步地，步骤3）的预热采取断续加热，步骤3）中当在坡口根部、还有在管子表面距环缝75mm处测得的温度均不低于150℃时预热完成。
进一步地，步骤4）定位焊和步骤5）填充焊中均采用药芯焊丝气保焊，定位焊的焊材要选用比填充焊焊材韧性更好的、扩散氢含量更低的焊材。
本发明的有益之处：通过优化坡口设计，采用承插式接头，采用无码装配和坡口内4点定位焊，通过调整焊接顺序校正焊接变形、焊后后热热处理，采用每节管子依次接长，有利于装配对位，可减少打底缺陷，减少内应力，减少焊接变形，进而减少艉轴套管内孔机加工量，减少艉轴套管壁厚及长度的富余量，降低费用和时间。采用本发明一种艉轴套管接长工艺，可以使艉轴套管的焊接变形量控制在接长后的同心度偏差在 1.0mm 的范围，达到设计标准规定的要求。在热处理结束后立即NDT，以及延长探伤时效分别在热处理结束后间隔48hNDT，在热处理结束后间隔72hNDT，均没有发现超标缺陷。对附带焊接产品管件进行力学性能试验，试验结果表明，焊接接头的抗拉强度、冲击韧性、硬度值等力学性能均能满足标准要求。
附图说明
图1为本发明坡口形式及装配要求的结构示意图；
图2~3为本发明胎架的主视图和侧视图；
图4为本发明的定位焊结构示意图；
图5为本发明的填充焊焊接顺序示意图；
其中：21、坡口，22、装配间隙，23、胎架，24、承插深度，25、艉轴套管，26、环形夹具，27、地基，28、定位焊，29、定位焊缝长度、30环缝。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。
一种艉轴套管接长工艺，包括下列步骤：
1）坡口准备：如图1所示，采用V型坡口，坡口角度47.5°±2.5°，不留钝边，坡口采用机加工方式制备，以利于焊前装配，装配前对管子表面的水分、油脂、杂质及金属氧化膜进行仔细清理，采用此接头，相当于焊缝背面自带钢垫板，有利于降低施工难度和减少打底焊缺陷；
2）装配：一对管子水平放置在胎架上，待同心度调好后进行无码装配，避免点焊在锻件表面出现裂纹，装配间隙5~6mm，采用承插式接头，承插深度t/4mm，t为较厚管的壁厚，在距每道环缝约150mm处用环形夹具卡住艉轴套管，如图2和图3所示，可最有效的起到控制焊接变形的作用，环形夹具最下端与牢固的地基焊在一起，防止管子受热后上下移动；
3）预热：在环缝表面贴上电阻陶瓷加热片，加热片宽度3t，加热片的表面覆盖保温棉，设定预热温度150~160℃，加热速率不超过110℃/h，加热时保持较小的温度梯度，防止锻件因受热不均产生较大的热应力；当在坡口根部、还有在管子表面距环缝75mm处测得的温度均不低于150℃时预热完成，为进一步保证超厚的锻件被均匀预热，加热时可采取断续加热，即加热约20分钟后，暂停5~10分钟，采用此预热方式可以有效避免因为预热温度不均产生的热应力，改善艉轴套管内部的应力状态；
4）定位焊：预热完成后采用药芯焊丝气保焊定位，定位焊焊材要选用比填充焊焊材韧性更好的、扩散氢含量更低的焊材。如图4所示，两个焊工分别在环缝的6点钟位置和12点钟位置，还有环缝的3点钟位置和9点钟位置对称烧定位焊，每段定位焊缝长度不少于200mm，定位焊缝热输入不大于15KJ/mm，焊接3层，层间温度在150℃~250℃，通过坡口内定位焊缝，防止填充焊时艉轴套管产生扭曲变形，控制定位焊缝层数，防止热胀冷缩产生应力裂纹；
5）填充焊：对于艉轴套管中壁厚稍薄的管子接头，定位焊完成后采用药芯焊丝气保焊填充；对于艉轴套管中壁厚偏厚的管子接头，散热更快，在填充焊之前，按照步骤3）所述的预热方法进行补热，加热约20分钟，时间不可过长，防止定位焊缝由于热胀冷缩产生应力裂纹。如图5所示，两个焊工同时在环缝的6点钟位置起焊，一个按照从环缝的6点钟位置过9点钟位置到12点钟位置的顺序施焊，另一个按照从环缝的6点钟位置过3点钟位置到12点钟位置的顺序施焊，根据管子变形量，当变形超出同心度要求时应调整焊接顺序，则一个按照先从环缝的9点钟位置到12点钟位置然后从6点钟位置到9点钟位置的顺序施焊，另一个按照先从环缝的3点钟位置到12点钟位置然后从6点钟位置到3点钟位置的顺序施焊。对于前3层，必须连续焊完，由于环缝的6点钟位置是起焊点，每层焊接完成后立即锤击环缝6点钟位置，使环缝得到适当地延伸从而补偿了最大的焊缝收缩，从第4层开始，每层必须分道焊。填充焊热输入不大于20KJ/mm，当焊缝总厚度达到管子壁厚的一半时，后续层间温度可降低至不低于120℃；
6）后热：焊接完成后立即进行后热，根据锻件管子的回火温度，选择焊缝保温温度和时间，一般在550~580℃范围内保温2小时，然后覆盖保温棉缓冷至室温，以消除焊缝内部扩散氢和部分残余应力，升温速率和降温速率不高于110℃/h，防止产生较大的热应力；
7）待该环缝热处理结束后，吊装下一个管子至胎架上，重复步骤2）~步骤6），按照其要求进行接长，依次接长所有的管子成一整根艉轴套管，以便于控制艉轴套管的同心度。
步骤4）定位焊和步骤5）填充焊中均采用药芯焊丝气保焊，定位焊的焊材要选用比填充焊焊材韧性更好的、扩散氢含量更低的焊材。
对于艉轴套管中壁厚偏厚的管子接头，步骤4）定位焊结束，步骤5）填充焊之前，按照步骤3）所述的预热方法进行补热，加热约20分钟。
本申请中的3点钟、6点钟、9点钟和12点钟就是平常时钟的位置。
Claims (4)
1.一种艉轴套管接长工艺，其特征在于，包括下列步骤：
1）坡口准备：采用V型坡口，坡口角度47.5°±2.5°，不留钝边，坡口采用机加工方式制备；
2）装配：一对管子水平放置在胎架上，待同心度调好后进行无码装配，装配间隙5~6mm，采用承插式接头，承插深度t/4mm，在每道环缝外用环形夹具卡住艉轴套管，环形夹具最下端与牢固的地基焊在一起；
3）预热：在环缝表面贴上电阻陶瓷加热片，加热片宽度3t，加热片的表面覆盖保温棉，设定预热温度150~160℃，加热速率不超过110℃/h；
4）定位焊：预热完成后采用药芯焊丝气保焊定位，两个焊工分别在环缝的6点钟位置和12点钟位置，还有环缝的3点钟位置和9点钟位置对称烧定位焊，每段定位焊缝长度不少于200mm， 定位焊缝热输入不大于15KJ/mm，焊接3层，层间温度在150℃~250℃；
5）填充焊：定位焊完成后采用药芯焊丝气保焊填充，两个焊工同时在环缝的6点钟位置起焊，一个按照从环缝的6点钟位置过9点钟位置到12点钟位置的顺序施焊，另一个按照从环缝的6点钟位置过3点钟位置到12点钟位置的顺序施焊，对于前3层，必须连续焊完，每层焊接完成后立即锤击环缝6点钟位置，从第4层开始，每层必须分道焊，填充焊焊接热输入不大于20KJ/mm，当焊缝总厚度达到管子壁厚的一半时，后续层间温度降低至不低于120℃；
6）后热：焊接完成后立即进行后热，根据锻件管子的回火温度，选择焊缝保温温度和时间，然后覆盖保温棉缓冷至室温，升温速率和降温速率不高于110℃/h；
7）待该环缝热处理结束后，吊装下一个管子至胎架上，重复步骤2）~步骤6），按照其要求进行接长，依次接长所有的管子成一整根艉轴套管。
2.根据权利要求1所述的一种艉轴套管接长工艺，其特征在于：所述t为较厚管的壁厚。
3.根据权利要求1所述的一种艉轴套管接长工艺，其特征在于：所述步骤3）的预热采取断续加热，步骤3）中当在坡口根部、还有在管子表面距环缝75mm处测得的温度均不低于150℃时预热完成。
4.根据权利要求1所述的一种艉轴套管接长工艺，其特征在于：所述步骤4）定位焊和步骤5）填充焊中均采用药芯焊丝气保焊，定位焊的焊材要选用比填充焊焊材韧性更好的、扩散氢含量更低的焊材。
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