CN111702297A - 一种大口径钢管焊接工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径钢管焊接工法，涉及管道施工技术领域。该大口径钢管焊接工法包括：将待焊接的两根钢管各自的一端处理成VY型坡口后对口；采用电脑控温热电偶的方式对两根钢管进行预热升温；当坡口温度达到第一预设温度范围内时，对VY型坡口实施两层氩弧焊形成打底焊缝；当坡口温度达到第二预设温度范围内时，对VY型坡口实施电弧焊填充与盖面，其中，第二预设温度范围大于第一预设温度范围；将钢管冷却后进行热处理。本发明提供的大口径钢管焊接工法适用于大口径钢管焊接，具有更好的焊接质量。

Description

一种大口径钢管焊接工法

技术领域

本发明涉及管道施工技术领域，具体而言，涉及一种大口径钢管焊接工法。

背景技术

目前，市面上对于如P91等大口径钢管，仍采用传统的手工电弧焊进行对口焊接。

由于此类钢管具有管径大、管壁厚的特点，传统的焊接工法难以满足焊接要求，焊接质量较差。因此，亟待一种大口径钢管焊接工法以填补大口径钢管焊接技术的空白。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大口径钢管焊接工法，其能够满足大口径钢管焊接的质量要求。

本发明提供一种技术方案：

一种大口径钢管焊接工法，包括：

将待焊接的两根钢管各自的一端处理成VY型坡口后对口；

采用电脑控温热电偶的方式对两根所述钢管进行预热升温；

当坡口温度达到第一预设温度范围内时，对所述VY型坡口实施两层氩弧焊形成打底焊缝；

当坡口温度达到第二预设温度范围内时，对所述VY型坡口实施电弧焊填充与盖面，其中，所述第二预设温度范围大于所述第一预设温度范围；

将所述钢管冷却后进行热处理。

进一步地，所述将待焊接的两根钢管各自的一端处理成VY型坡口后对口的步骤包括：

将待焊接的两根钢管各自的一端处理成VY型坡口后进行点焊对口，并保证错口量不超过壁厚的10％，且不大于1mm。

进一步地，所述采用电脑控温热电偶的方式对两根所述钢管进行预热升温的步骤包括：

将多个热电偶以所述VY型坡口为中心分别对称贴合在两根所述钢管的外壁上，其中，每根所述钢管上贴合的多个所述热电偶与所述VY型坡口间的轴向距离不低于5倍所述钢管的壁厚，且不小于100mm；

对所述VY型坡口与两根所述钢管上的多个所述热电偶之间的区域进行裹覆保温，并将两根所述钢管相对远离的两端封堵；

通过电脑控制所述热电偶的加热温度，并采用温枪时刻监测所述VY型坡口的所述坡口温度。

进一步地，当坡口温度达到第一预设温度范围内时，对所述VY型坡口实施两层氩弧焊形成打底焊缝的步骤包括：

当所述坡口温度达到150℃～200℃时，对两根所述钢管进行充氩保护；

采用内送丝法对所述VY型坡口进行周向对称的两层氩弧焊打底。

进一步地，所述当所述坡口温度达到150℃～200℃时，对两根所述钢管进行充氩保护的步骤包括：

在以所述VY型坡口为中心的两侧各200mm～300mm处封堵两根所述钢管；

将充气针由坡口缝隙插入两根所述钢管之间，并充入氩气；

完成氩气充入后，将点燃的打火机置于坡口缝隙处，以检测内部空气是否排尽。

进一步地，所述采用内送丝法对所述VY型坡口进行周向对称的两层氩弧焊打底的步骤包括：

若焊接中断，进行300℃～350℃保温两小时的后热保温处理。

进一步地，所述当坡口温度达到第二预设温度范围内时，对所述VY型坡口实施电弧焊填充与盖面的步骤包括：

当所述坡口温度达到200℃～300℃时，对所述VY型坡口实施周向对称的多层多道的电弧焊填充与盖面，并将每条焊道的接头错开，且每层焊道的厚度不超过4mm。

进一步地，所述当坡口温度达到第二预设温度范围内时，对所述VY型坡口实施电弧焊填充与盖面的步骤还包括：

焊缝厚度达到所述钢管的壁厚的25％前不可中断焊接；

若焊接意外中断，进行300℃～350℃保温两小时的后热保温处理。

进一步地，所述将所述钢管冷却后进行热处理的步骤包括：

将所述VY型坡口冷却至80℃～100℃后，保温2h；

若所述钢管的管径不超过100mm，在所述焊缝的外侧底部上布置一个测温点，以监测所述焊缝的温度；

若所述钢管的管径超过100mm，在所述焊缝的周向上均匀布置多个测温点，其中，至少一个所述测温点布置于所述焊缝的外侧底部；

在所述焊缝上贴合多个热电偶；

以所述焊缝为中心在所述两根钢管上均匀缠绕绳型加热器，并将所述多个热电偶包裹在内，其中，所述绳型加热器的缠绕宽度不小于300mm；

以所述焊缝为中心在所述绳型加热器外侧裹覆多层保温被，且所述保温被的宽度大于3倍所述钢管的厚度；

对所述钢管进行分阶段升温，并在每阶段升温后进行保温。

进一步地，所述将所述钢管冷却后进行热处理的步骤包括：

将所述VY型坡口冷却至80℃～100℃后，进行300℃～350℃保温两小时的后热保温处理，之后冷却至环境温度；

若所述钢管的管径不超过100mm，在所述焊缝的外侧底部上布置一个测温点，以监测所述焊缝的温度；

若所述钢管的管径超过100mm，在所述焊缝的周向上均匀布置多个测温点，其中，至少一个所述测温点布置于所述焊缝的外侧底部；

在所述焊缝上贴合多个热电偶；

以所述焊缝为中心在所述两根钢管上均匀缠绕绳型加热器，并将所述多个热电偶包裹在内，其中，所述绳型加热器的缠绕宽度不小于300mm；

以所述焊缝为中心在所述绳型加热器外侧裹覆多层保温被，且所述保温被的宽度大于3倍所述钢管的厚度；

对所述钢管进行分阶段升温，并在每阶段升温后进行保温。

相比现有技术，本发明提供的大口径钢管焊接工法，通过将两根钢管各自对口的一端处理成焊接结构更加稳固的VY型坡口，并通过在不同预热温度下分阶段施以不同的焊接方式，形成多层多道焊，进一步提升了焊接的质量。因此，相比现有技术，本发明提供的大口径钢管焊接工法的有益效果包括：适用于大口径钢管焊接，具有更好的焊接质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的实施例提供的大口径钢管焊接工法的流程示意框图；

图2为图1中步骤S101的子步骤流程示意框图；

图3为图1中步骤S102的子步骤流程示意框图；

图4为图1中步骤S103的子步骤流程示意框图；

图5为图4中步骤S1031的子步骤流程示意框图；

图6为图1中步骤S104的子步骤流程示意框图；

图7为图1中步骤S105的子步骤流程示意框图。

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中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

实施例

图1所示为本实施例提供的大口径钢管焊接工法的流程示意框图，请参照图1所示，该大口径钢管焊接工法包括：

步骤S101，将待焊接的两根钢管各自的一端处理成VY型坡口后对口。

图2所示为步骤S101的子步骤流程示意框图，请参照图2所示，步骤S101包括：

子步骤S1011，将待焊接的两根钢管各自的一端处理成VY型坡口后进行点焊对口，并保证错口量不超过壁厚的10％，且不大于1mm。

点焊时焊工在钢管坡口周向上对称分点焊，防止焊接过程中钢管变形或向某一方向移位。坡口采用机械加工，坡口应平滑均匀，尺寸符合要求，对口前需认真检查，发现不合格者必须用磨光机等工具修磨至合格。当采用等离子加工坡口时，应预留5mm的加工余量，切割后须用磨光机去除污染层(不需对管子进行退火处理)，并对坡口进行渗透(PT)或磁粉(MT)检测。组对前应清理坡口内外表面壁两侧15mm～20mm范围内的铁锈、油污等污物，直至露出金属光泽。

请继续参阅图1，该大口径钢管焊接工法还包括：

步骤S102，采用电脑控温热电偶的方式对两根钢管进行预热升温。

图3所示为步骤S102的子步骤流程示意框图，请参照图3所示，步骤S102包括：

子步骤S1021，将多个热电偶以VY型坡口为中心分别对称贴合在两根钢管的外壁上，其中，每根钢管上贴合的多个热电偶与VY型坡口间的轴向距离不低于5倍钢管的壁厚，且不小于100mm。

子步骤S1022，对VY型坡口与两根钢管上的多个热电偶之间的区域进行裹覆保温，并将两根钢管相对远离的两端封堵。

子步骤S1023，通过电脑控制热电偶的加热温度，并采用温枪时刻监测VY型坡口的坡口温度。

请继续参阅图1，该大口径钢管焊接工法还包括：

步骤S103，当坡口温度达到第一预设温度范围内时，对VY型坡口实施两层氩弧焊形成打底焊缝。

图4所示为步骤S103的子步骤流程示意框图，请参照图4所示，步骤S103包括：

子步骤S1031，当坡口温度达到150℃～200℃时，对两根钢管进行充氩保护。

第一预设温度范围即为150℃～200℃，当温枪检测到坡口温度进入150℃～200℃温度范围内时，对两根钢管内部充入氩气进行保护。

子步骤S1032，采用内送丝法对VY型坡口进行周向对称的两层氩弧焊打底。

采用WS-400焊机，直流正接。由两名焊工对称焊接，第一层和第二层焊缝均采用氩弧焊。打底层焊接时采用内送丝法，要注意根部熔合良好，厚度控制在2.5mm～3.0mm范围内，为防止根部焊缝金属氧化，应在管内充氩保护，至少焊接两层，方可终止背面惰性气体保护。

图5所示为子步骤S1031的子步骤流程示意框图，请参照图5所示，步骤S1031包括：

子步骤S1031a，在以VY型坡口为中心的两侧各200mm～300mm处封堵两根钢管。

对钢管进行封堵时，可采用可溶纸或其它可溶材料，用耐高温胶带粘牢，做成密封气室。

子步骤S1031b，将充气针由坡口缝隙插入两根钢管之间，并充入氩气。

子步骤S1031c，完成氩气充入后，将点燃的打火机置于坡口缝隙处，以检测内部空气是否排尽。

当打火机的火焰熄灭时，说明内部空气已经排尽，可以进行氩弧焊。

需要说明的是，在整个氩弧焊打底焊接的过程中，焊接需要连续进行，若焊接中断，需要立即进行300℃～350℃保温两小时的后热保温处理。

请继续参阅图1，该大口径钢管焊接工法还包括：

步骤S104，当坡口温度达到第二预设温度范围内时，对VY型坡口实施电弧焊填充与盖面，其中，第二预设温度范围大于第一预设温度范围。

图6所示为步骤S104的子步骤流程示意框图，请参照图5所示，步骤S104包括：

子步骤S1041，当坡口温度达到200℃～300℃时，对VY型坡口实施周向对称的多层多道的电弧焊填充与盖面，并将每条焊道的接头错开，且每层焊道的厚度不超过4mm。

第二预设温度范围即为200℃～300℃，为避免大的缺陷产生及保证焊接接头的综合机械性能，必须采用多层多道、小电流进行焊接，焊层厚度尽量薄，每层焊道厚度不超过4mm，摆动焊接时，焊条摆动幅度不超过焊条直径的3倍，每层焊道必须清理干净，尤其注意清理接头及焊道两侧。

子步骤S1042，焊缝厚度达到钢管的壁厚的25％前不可中断焊接。

子步骤S1043，若焊接意外中断，进行300℃～350℃保温两小时的后热保温处理。

请继续参阅图1，该大口径钢管焊接工法还包括：

步骤S105，将钢管冷却后进行热处理。

图7所示为步骤S105的子步骤流程示意框图，请参照图7所示，步骤S105包括：

子步骤S1051，将VY型坡口冷却至80℃～100℃后，保温2h。

子步骤S1052，若钢管的管径不超过100mm，在焊缝的外侧底部上布置一个测温点，以监测焊缝的温度。

子步骤S1053，若钢管的管径超过100mm，在焊缝的周向上均匀布置多个测温点，其中，至少一个测温点布置于焊缝的外侧底部。

可以在测温点设置测温元件，用来检测各个测温点的温度的变化。

子步骤S1054，在焊缝上贴合多个热电偶。

热电偶用铁丝固定于钢管焊缝上，必须确保热电偶与焊缝接触良好，并将补偿导线与热电偶、温度记录仪可靠连接。

子步骤S1055，以焊缝为中心在两根钢管上均匀缠绕绳型加热器，并将多个热电偶包裹在内，其中，绳型加热器的缠绕宽度不小于300mm。

缠绕绳型加热器时要确保缠紧，绳型加热器要紧贴工件表面，不得有重叠、交叉、悬空或松动。缠绕宽度不得小于300mm。用绳型加热器对管道进行预热时，坡口两侧布置的绳型加热器的缠绕圈数、密度应尽量相同，缠绕方向应相反。

子步骤S1056，以焊缝为中心在绳型加热器外侧裹覆多层保温被，且保温被的宽度大于3倍钢管的厚度。

保温被以焊缝居中、紧贴包在绳型加热器外面，保温厚度40mm～60mm，层数为两层，可以通过改变保温被厚度来调整管道加热部分的温差。保温宽度每侧大于3倍钢管厚度，加热带以外150mm的范围进行保温。用铁箍带或铁丝绑扎牢固，每300mm进行一次捆扎。保温被材质为硅酸铝纤维保温棉，第一层保温包裹时，必须将保温被用铁丝捆扎紧实，尤其是两个端头和中间必须捆扎牢固，保温被接头之间搭接长度大于或等于80mm。第二层在包裹时，接缝为位置应与第一层接缝位置错开至少200mm，端头用铁丝捆扎牢固，第二层保温被的对口缝应放在上部，便于温度的调节。各层保温被之间不得有搭接间隙，防止热量损失，管道的两端要用保温材料填塞。

子步骤S1057，对钢管进行分阶段升温，并在每阶段升温后进行保温。

从80-100℃开始记录升温阶段、恒温阶段、降温阶段，应对照自动记录每30分钟手工记录一次。热处理过程中，升温、恒温、降温速度规定如下：

升温过程中，升温300℃加热速率按5125δ/(℃/h)计算，且小于或等于220℃/h，δ表示钢管的厚度；恒温时间应不小于4小时，在恒温期间内最高与最低温度温差应低于50℃。降温过程中，降温速率按6500δ/(℃/h)计算，且小于或等于260℃/h，温度在300℃以下可自然冷却。

异种钢焊接接头的焊后热处理温度，应按两侧钢材及所用焊条(焊丝)综合考虑。热处理温度应按焊接性较差的一侧钢材选定，不应超过另一侧钢材的下临界点。

在其他实施例中，步骤S105还可以采用将VY型坡口冷却至80℃～100℃后，进行300℃～350℃保温两小时的后热保温处理，之后冷却至环境温度的冷却方式，之后的热处理方式与本实施例中一致。

综上，本实施例提供的大口径钢管焊接工法，适用于大口径钢管的焊接，相较于传统的焊接工法，焊接质量更佳。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大口径钢管焊接工法，其特征在于，包括：

将待焊接的两根钢管各自的一端处理成VY型坡口后对口；

采用电脑控温热电偶的方式对两根所述钢管进行预热升温；

当坡口温度达到第一预设温度范围内时，对所述VY型坡口实施两层氩弧焊形成打底焊缝；

当坡口温度达到第二预设温度范围内时，对所述VY型坡口实施电弧焊填充与盖面，其中，所述第二预设温度范围大于所述第一预设温度范围；

将所述钢管冷却后进行热处理。

2.根据权利要求1所述的大口径钢管焊接工法，其特征在于，所述将待焊接的两根钢管各自的一端处理成VY型坡口后对口的步骤包括：

将待焊接的两根钢管各自的一端处理成VY型坡口后进行点焊对口，并保证错口量不超过壁厚的10％，且不大于1mm。

3.根据权利要求1所述的大口径钢管焊接工法，其特征在于，所述采用电脑控温热电偶的方式对两根所述钢管进行预热升温的步骤包括：

将多个热电偶以所述VY型坡口为中心分别对称贴合在两根所述钢管的外壁上，其中，每根所述钢管上贴合的多个所述热电偶与所述VY型坡口间的轴向距离不低于5倍所述钢管的壁厚，且不小于100mm；

对所述VY型坡口与两根所述钢管上的多个所述热电偶之间的区域进行裹覆保温，并将两根所述钢管相对远离的两端封堵；

通过电脑控制所述热电偶的加热温度，并采用温枪时刻监测所述VY型坡口的所述坡口温度。

4.根据权利要求1所述的大口径钢管焊接工法，其特征在于，当坡口温度达到第一预设温度范围内时，对所述VY型坡口实施两层氩弧焊形成打底焊缝的步骤包括：

当所述坡口温度达到150℃～200℃时，对两根所述钢管进行充氩保护；

采用内送丝法对所述VY型坡口进行周向对称的两层氩弧焊打底。

5.根据权利要求4所述的大口径钢管焊接工法，其特征在于，所述当所述坡口温度达到150℃～200℃时，对两根所述钢管进行充氩保护的步骤包括：

在以所述VY型坡口为中心的两侧各200mm～300mm处封堵两根所述钢管；

将充气针由坡口缝隙插入两根所述钢管之间，并充入氩气；

完成氩气充入后，将点燃的打火机置于坡口缝隙处，以检测内部空气是否排尽。

6.根据权利要求4所述的大口径钢管焊接工法，其特征在于，所述采用内送丝法对所述VY型坡口进行周向对称的两层氩弧焊打底的步骤包括：

若焊接中断，进行300℃～350℃保温两小时的后热保温处理。

7.根据权利要求1所述的大口径钢管焊接工法，其特征在于，所述当坡口温度达到第二预设温度范围内时，对所述VY型坡口实施电弧焊填充与盖面的步骤包括：

当所述坡口温度达到200℃～300℃时，对所述VY型坡口实施周向对称的多层多道的电弧焊填充与盖面，并将每条焊道的接头错开，且每层焊道的厚度不超过4mm。

8.根据权利要求1所述的大口径钢管焊接工法，其特征在于，所述当坡口温度达到第二预设温度范围内时，对所述VY型坡口实施电弧焊填充与盖面的步骤还包括：

焊缝厚度达到所述钢管的壁厚的25％前不可中断焊接；

若焊接意外中断，进行300℃～350℃保温两小时的后热保温处理。

9.根据权利要求1所述的大口径钢管焊接工法，其特征在于，所述将所述钢管冷却后进行热处理的步骤包括：

将所述VY型坡口冷却至80℃～100℃后，保温2h；

若所述钢管的管径不超过100mm，在所述焊缝的外侧底部上布置一个测温点，以监测所述焊缝的温度；

若所述钢管的管径超过100mm，在所述焊缝的周向上均匀布置多个测温点，其中，至少一个所述测温点布置于所述焊缝的外侧底部；

在所述焊缝上贴合多个热电偶；

以所述焊缝为中心在所述两根钢管上均匀缠绕绳型加热器，并将所述多个热电偶包裹在内，其中，所述绳型加热器的缠绕宽度不小于300mm；

以所述焊缝为中心在所述绳型加热器外侧裹覆多层保温被，且所述保温被的宽度大于3倍所述钢管的厚度；

对所述钢管进行分阶段升温，并在每阶段升温后进行保温。

10.根据权利要求1所述的大口径钢管焊接工法，其特征在于，所述将所述钢管冷却后进行热处理的步骤包括：

将所述VY型坡口冷却至80℃～100℃后，进行300℃～350℃保温两小时的后热保温处理，之后冷却至环境温度；

若所述钢管的管径不超过100mm，在所述焊缝的外侧底部上布置一个测温点，以监测所述焊缝的温度；

若所述钢管的管径超过100mm，在所述焊缝的周向上均匀布置多个测温点，其中，至少一个所述测温点布置于所述焊缝的外侧底部；

在所述焊缝上贴合多个热电偶；

以所述焊缝为中心在所述两根钢管上均匀缠绕绳型加热器，并将所述多个热电偶包裹在内，其中，所述绳型加热器的缠绕宽度不小于300mm；

以所述焊缝为中心在所述绳型加热器外侧裹覆多层保温被，且所述保温被的宽度大于3倍所述钢管的厚度；

对所述钢管进行分阶段升温，并在每阶段升温后进行保温。

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