CN116275397A - 一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及不锈钢管道焊接技术领域，尤其涉及一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法。加工坡口；制作垫圈；加热第一不锈钢管端部，由端部将垫圈的一端插入第一不锈钢管，降温；用氩弧焊不加焊丝，通过第一不锈钢管和垫圈自熔，将垫圈与第一不锈钢管一端按介质流动方向满焊在一起，焊肉高度小于等于垫圈厚度；将第一不锈钢管坡口处用氩弧焊焊满一周；加热第二不锈钢管端部，将垫圈的另一端插入第二不锈钢管，降温；内侧进行打底焊接，外侧进行填充焊接。氩弧焊打底，背面能够良好的进行充氩保护，避免焊肉发生氧化、渗碳，焊接效率高，适用于小管径。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢管道焊接技术领域，尤其涉及一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法。
背景技术
奥氏体不锈钢管道具有良好的耐腐蚀、耐高温、耐低温等性能，因此在冶金、石化等工程施工中，越来越多的液态、气态(如氧气、氮气、氩气、液压油、润滑油、氨水、苯乙烯、乙烯等)介质工艺管道要求必须使用奥氏体不锈钢管道，常见的奥氏体不锈钢管道材质牌号有304、316、316L等。
对于不锈钢管道焊口在进行氩弧焊打底焊时，焊口的正面会有焊枪喷射出来的氩气保护，焊口的反面会因高温与空气中的氧气接触发生氧化、渗碳，使其失去不锈钢的耐腐蚀性、耐高温、耐低温等性能。因此，在不锈钢管道焊接前要在其内部进行充氩保护。对于转动焊口，可以在管道预制阶段采用海绵在不锈钢管道内部、焊口两侧封堵的方法，也可以采用可移动、搬运方便的专用充氩工具进行不锈钢管道内部的充氩保护，也可以采用水溶纸对不锈钢管道内部焊口两侧进行封堵充氩保护，待水压试验时水溶纸可以被溶解冲走。在管道的预制阶段，上述方法均可以有效的保证焊口质量，防止焊口内部氧化。
但在管道安装阶段，尤其是遇到固定焊口，特别是不锈钢管道检修更换作业中，现有的焊接方法存在如下缺陷：长距离不锈钢管道、不锈钢管道检修作业中遇到氩弧焊打底，但背面无法良好的进行充氩保护，焊肉背面易发生氧化、渗碳；2、焊接效率低；3、不适用于小管径不锈钢管道。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法。氩弧焊打底，背面能够良好的进行充氩保护，避免焊肉发生氧化、渗碳，焊接效率高，适用于小管径。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法，具体包括如下步骤：
1)将待焊接的第一不锈钢管与第二不锈钢管端部均加工坡口；
2)制作垫圈，垫圈材质与第一不锈钢管、第二不锈钢相同，垫圈为管形，其外径等于第一不锈钢管与第二不锈钢管内径；
3)加热第一不锈钢管端部，由端部将垫圈的一端插入第一不锈钢管，降温后垫圈与第一不锈钢管内壁紧密接触，无缝隙；
4)用氩弧焊不加焊丝，通过第一不锈钢管和垫圈自熔，将垫圈与第一不锈钢管按介质流动方向满焊在一起，焊肉高度小于等于垫圈厚度；
5)将第一不锈钢管坡口处用氩弧焊焊满一周；
6)加热第二不锈钢管端部，将垫圈的另一端插入第二不锈钢管，降温后垫圈与第二不锈钢管内壁紧密接触，无缝隙；
7)在第一不锈钢管与第二不锈钢坡口处内侧进行打底焊接，外侧进行填充焊接。
进一步地，步骤1)坡口为20～40°，留有钝边，向内倒角30～50°。
优选：将不锈钢管用角磨机打磨单边30°坡口，预留1mm钝边并内倒角45°。
进一步地，步骤2)还包括使用酒精或丙酮溶液，将第一不锈钢管与第二不锈钢管端部以及垫圈处的油污清洗干净。
进一步地，步骤2)垫圈厚度3～4mm。
进一步地，步骤3)和6)，加热温度低于100℃，用气焊枪在离坡口100±20mm处加热。
进一步地，步骤5)氩弧焊电流为90～100A。
进一步地，步骤6)第一不锈钢管坡口与第一不锈钢管坡口间隙为3～4mm。
进一步地，步骤7)焊接电流为90～100A；若第一不锈钢管与第二不锈钢管厚度大于5mm，则填充焊接为多层。
进一步地，焊接所用焊丝材质与第一不锈钢管、第二不锈钢管相同。
与现有方法相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用热胀冷缩原理使垫圈与不锈钢管内壁紧密接触、无缝隙，在不锈钢固定焊口的组对和焊接过程中，将熔池与空气隔离，避免焊肉发生氧化、渗碳，解决了长距离不锈钢管道、不锈钢管道检修作业中遇到的氩弧焊打底，但背面无法良好的进行充氩保护，防止焊肉背面发生氧化、渗碳的问题，不仅可以提高焊接效率，而且焊缝质量优异，易于达到规范及设计文件的要求。
用氩弧焊不加焊丝，通过第一不锈钢管和垫圈自熔，将垫圈与第一不锈钢管按介质流动方向满焊在一起，焊接过程中不需要使用焊丝，只是将氩弧焊枪伸入管内操作，让管道自熔即可，小管径不锈钢管可操作；现有技术中需要使用焊丝，小管径无法操作。
第一不锈钢管与第二不锈钢坡口处内侧进行打底焊接，外侧进行填充焊接，为电弧焊罩面，速度快、效率高。现有技术为全氩弧焊，效率低。
2、与现有技术相比，本发明将垫圈端部与不锈钢管按介质流动方向满焊在一起，优点是垫圈端部两侧只有一侧与不锈钢管材，且焊接侧是介质流入的方向，非焊接侧为流出的方向，这样避免冲洗、吹扫过程中杂质堆积，影响管道内部的清洁度。
3、本发明多处给出焊接电流范围值，目的就是防止电流过大易使垫圈、管材熔透产生焊熘氧化、渗碳，从而影响焊缝无损检测的质量。
4、本发明坡口为20～40°，留有钝边，向内倒角30～50°。与现有技术相比，此处内坡口的优点是：使得垫圈外壁与不锈钢管内壁在焊接后紧密接触不留间隙，便于根部熔透，防止根部产生局部未焊透的缺陷。
附图说明
图1是本发明第一不锈钢管与垫圈焊接示意图；
图2是本发明第一不锈钢管与第二不锈钢组对焊接示意图。
图中：1-垫圈与第一不锈钢管满焊处 2-垫圈外壁与第一不锈钢管满焊处 3-垫圈外壁与第二不锈钢管满焊处 4-氩弧打底焊处 5-第一层填充焊接处 6-第二层填充焊接处7-第一不锈钢管 8-第二不锈钢管 9-坡口 10-内倒角 11-垫圈A-镶入长度B-间隙
具体实施方式
本发明公开了一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
如图1、图2所示，一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法，本方法适用于304、316、316L等多种不锈钢材质，待焊接的第一不锈钢管7和第二不锈钢管8外径均为φ159～φ630，具体包括如下步骤：
1)材料准备：不锈钢焊丝φ2.0mm、不锈钢垫圈11(厚度为3～4mm)。垫圈11材质选用与管道相同材质，因为异种材质的焊接质量不好控制。
2)垫圈11制作：将厚度为3～4mm不锈钢板材卷制成外径与要焊接不锈钢管内径相同的尺寸并焊接，打磨焊肉使其与垫圈厚度相同、圆滑过渡；或采购外径与要焊接不锈钢管内径相同尺寸不锈钢管，并切割成40～50mm的长度备用。
3)坡口加工：第一不锈钢管7右端和第二不锈钢管8左端加工坡口9，将不锈钢管用角磨机打磨单边30°坡口，预留1mm钝边并内倒角45°。内倒角45°使得垫圈11外壁与不锈钢管内壁在焊接后紧密接触不留间隙，便于根部熔透，防止根部产生局部未焊透的缺陷。
4)使用酒精或丙酮溶液，将不锈钢管距离坡口两侧100mm及垫圈11处油污清洗干净。可有效的提高焊接质量。
5)将第一不锈钢管7用气焊枪在离坡口100mm左右处周围以低于100℃温度加热，将不锈钢垫圈11左端镶入第一不锈钢管7右端，镶入长度A为20mm左右。当温度下降后，垫圈11将与管道(第一不锈钢管7)紧密接触、无缝隙。
6)在垫圈与第一不锈钢管满焊处1，用氩弧焊不加焊丝使第一不锈钢管7和垫圈11自熔的方法，将垫圈11端部与第一不锈钢管7按介质流动方向满焊在一起，焊肉高度小于等于垫圈11厚度，目的是为防止管道在冲洗、吹扫后杂质留在管道内部。
7)在垫圈外壁与第一不锈钢管满焊处2，处用氩弧焊焊满一周，电流不宜过大(90～100A)，不加焊丝使其自熔，熔化即可。电流过大易使垫圈熔透产生焊熘氧化、渗碳，从而影响焊缝无损检测的质量。
8)如图2所示，焊口组对：用气焊枪将第二不锈钢管8左端距离焊缝100mm处加热一周，温度低于100℃，并将预制好的垫圈11右侧镶入其中，(第一不锈钢管坡口与第一不锈钢管坡口间隙)预留间隙B为3～4mm。
待温度降低后，垫圈11外壁与不锈钢管道(第二不锈钢管8)内壁接触紧密、无间隙，垫圈11外壁与第二不锈钢管满焊处3用氩弧焊焊满一周，电流90～100A。同样不加焊丝使其自熔，待熔化即可。
9)打底焊接：焊缝组对完成后，在氩弧打底焊处4打底焊接，电流90～100A，加焊丝熔合即可。
10)罩面焊接：打底焊接完成后，第一层填充焊接处5填充焊接，电流100～110A。如果管道壁厚较大，可在第二层填充焊接处6处填充焊接。
与现有技术相比，本发明可以适用最小管径为φ159，因为在步骤6)中不需要使用焊丝，只是将氩弧焊枪伸入管内操作，让管道自熔即可，而现有技术需要适用焊丝，小管径无法操作。
与现有技术相比，将不锈钢管用角磨机打磨单边30°坡口，预留1mm钝边并内倒角45°。此处“内倒角”的优点是：使得垫圈外壁与不锈钢管材内壁在焊接后紧密接触不留间隙，便于根部熔透，防止根部产生局部未焊透的缺陷。
本发明将不锈钢管用气焊枪在离焊口100mm左右处周围以低于100℃温度加热，将不锈钢垫圈镶入管道内20mm左右。当温度下降后，垫圈将与管道紧密接触、无缝隙。与现有技术相比，此处“热胀冷缩”的优点是“垫圈将与管道紧密接触、无缝隙，焊肉不会氧化。”
本发明多处给出焊接电流范围值，目的就是防止电流过大易使垫圈、管材熔透产生焊熘氧化、渗碳，从而影响焊缝无损检测的质量。
本发明采用用氩弧焊不加焊丝使其不锈钢管材和垫圈自熔的方法，将垫圈端部与不锈钢管材按介质流动方向满焊在一起，焊肉高度小于等于垫圈厚度，目的是为防止管道在冲洗、吹扫后杂质留在管道内部。
与现有技术相比，此处“将垫圈端部与不锈钢管材按介质流动方向满焊在一起”的优点是“垫圈端部两侧只有一侧与不锈钢管材，且焊接侧是介质流入的方向，非焊接侧为流出的方向，这样避免冲洗、吹扫过程中杂质堆积，影响管道内部的清洁度。”步骤10)为电弧焊罩面，速度快、效率高。现有技术为全氩弧焊，效率低。
【实施例】
如图1、图2所示，本实施例中，以某冶金工程中外网管廊内不锈钢管道焊接为例。不锈钢管道材质为304、规格为φ219×6，焊接方法采用全氩弧焊。
具体按以下步骤操作：
1)材料准备：第一不锈钢管7(左侧的不锈钢管道)与第二不锈钢管8(右侧的不锈钢管道)(材质304、规格φ219×6)、不锈钢焊丝(材质ER304，直径φ2.0mm)、不锈钢垫圈11(材质304、δ＝3mm板材)。
2)垫圈11制作：用卷板机将厚度为3mm不锈钢板材卷制成外径与要焊接不锈钢管材内径相同的尺寸(219-6×2＝207mm)并焊接，打磨焊肉使余高与垫圈厚度相同(3mm)、圆滑过渡，并切割成40～50mm的长度备用。
3)坡口加工：将第一不锈钢管7右端与第二不锈钢管8左端加工坡口。将φ219×6的第一不锈钢管7与第二不锈钢管8用角磨机打磨单边30°坡口，预留1mm钝边并内倒角45°。
4)使用酒精或丙酮溶液，将第一不锈钢管7与第二不锈钢管8距离焊口两侧100mm及垫圈11处油污清洗干净。
5)将第一不锈钢管7右端用气焊枪在离焊口100mm左右处周围以低于100℃温度加热，将不锈钢垫圈11镶入第一不锈钢管7内20mm，既镶入长度A为20mm。当温度下降后，垫圈11将与第一不锈钢管7紧密接触、无缝隙。
6)将垫圈与第一不锈钢管满焊处1用氩弧焊不加焊丝使其第一不锈钢管7和垫圈11自熔的方法，将垫圈11左端与第一不锈钢管7右端按介质流动方向满焊在一起，焊肉高度小于等于垫圈厚度；
7)将垫圈外壁与第一不锈钢管满焊处2用氩弧焊焊满一周，电流(90～100A)不宜过大，不加焊丝使其自熔，熔化即可；
8)焊口组对：用气焊枪将第二不锈钢管8待焊的焊口另一侧距离焊口100mm处加热一周，温度低于100℃，并将预制好的垫圈另一侧镶入其中，预留间隙B为3～4mm，如图2所示。待温度降低后，垫圈11外壁与第二不锈钢管8内壁接触紧密、无间隙。
将垫圈外壁与第二不锈钢满焊处3用氩弧焊焊满一周，电流90～100A。同样不加焊丝使其自熔，待熔化即可。
9)打底焊接：焊口组对完成后，氩弧打底焊处4打底焊接，电流90～100A，加焊丝熔化即可；
10)罩面焊接：打底焊接完成后，第一层填充焊接处5填充焊接，电流100～110A。由于管道壁厚为6mm，需焊接三层，在第一层填充焊接处5处填充焊接完成后进行第二层填充焊接处6填充焊接。
在实施本发明的改进不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法时，需注意以下几点：
1)管道距离焊口100mm处必须加热，且温度不能过高导致材质发生变化，利用热胀冷缩原理使垫圈与管道紧密接合，不存留间隙。以防止空气进入使焊熘氧化、渗碳，影响焊接质量。
2)垫圈与第一不锈钢管满焊处1必须按介质流动方向满焊，防止管道冲洗、吹扫时污物进入并留存在管道内部。
3)打底焊电流一定不易过大，以防止垫圈烧穿焊熘氧化、渗碳。
4)层间温度需控制不超过150℃，温度过高会影响焊接质量。
本发明采用热胀冷缩原理使垫圈11与不锈钢管材内壁紧密接触、无缝隙，在不锈钢固定焊口的组对和焊接过程中，将熔池与空气隔离，避免焊肉发生氧化、渗碳，解决了长距离不锈钢管道、不锈钢管道检修作业中遇到的氩弧焊打底，但背面无法良好的进行充氩保护，防止焊肉背面发生氧化、渗碳的问题，不仅可以提高焊接效率，而且焊缝质量优异，易于达到规范及设计文件的要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)将待焊接的第一不锈钢管与第二不锈钢管端部均加工坡口；
2)制作垫圈，垫圈材质与第一不锈钢管、第二不锈钢管相同，垫圈为管形，其外径等于第一不锈钢管与第二不锈钢管内径；
3)加热第一不锈钢管端部，由端部将垫圈的一端插入第一不锈钢管，降温后垫圈与第一不锈钢管内壁紧密接触，无缝隙；
4)用氩弧焊不加焊丝，通过第一不锈钢管和垫圈自熔，将垫圈与第一不锈钢管按介质流动方向满焊在一起，焊肉高度小于等于垫圈厚度；
5)将第一不锈钢管坡口处用氩弧焊焊满一周；
6)加热第二不锈钢管端部，将垫圈的另一端插入第二不锈钢管，降温后垫圈与第二不锈钢管内壁紧密接触，无缝隙；
7)在第一不锈钢管与第二不锈钢坡口处内侧进行打底焊接，外侧进行填充焊接。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法，其特征在于，所述步骤1)坡口为20～40°，留有钝边，向内倒角30～50°。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法，其特征在于，所述步骤2)还包括使用酒精或丙酮溶液，将第一不锈钢管与第二不锈钢管端部以及垫圈处的油污清洗干净。
4.根据权利要求1所述的一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法，其特征在于，所述步骤2)垫圈厚度3～4mm。
5.根据权利要求1所述的一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法，其特征在于，所述步骤3)或6)，加热温度低于100℃，用气焊枪在离坡口100±20mm处加热。
6.根据权利要求1所述的一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法，其特征在于，所述步骤5)氩弧焊电流为90～100A。
7.根据权利要求1所述的一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法，其特征在于，所述步骤6)第一不锈钢管坡口与第一不锈钢管坡口间隙为3～4mm。
8.根据权利要求1所述的一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法，其特征在于，所述步骤7)焊接电流为90～100A；若第一不锈钢管与第二不锈钢管厚度大于5mm，则填充焊接为多层。
9.根据权利要求1所述的一种不锈钢管道固定焊口氩弧焊背面不充氩保护焊接方法，其特征在于，焊接所用焊丝材质与第一不锈钢管、第二不锈钢管相同。
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