CN116551115A - 一种适用于高温钢管横对接单面焊双面成型的焊接方法 - Google Patents

一种适用于高温钢管横对接单面焊双面成型的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适用于高温钢管横对接单面焊双面成型的焊接方法。该焊接方法先通过钨极氩弧焊进行打底焊,然后通过焊条电弧焊进行盖面焊,根据高温钢管横对接的特点,形成5层共8道焊缝。解决了焊接时容易产生气孔、夹渣、未熔合、未焊透、焊瘤、收弧裂纹、精度下降缺陷等,合理的焊接工艺参数和方法,确保焊缝的质量要求。使用工艺要求范围之内,拍片合格率达到至98%以上,解决了各种不确定因素影响的拍片合格率等。从而提高生产效率、节省成本、满足生产要求、改善劳动环境。

Description

一种适用于高温钢管横对接单面焊双面成型的焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域,特别是涉及一种适用于高温钢管横对接单面焊双面成型的焊接方法。
背景技术
目前广泛应用于船舶管系的材质为12Cr1MoVG高温钢,该高温钢管具有极高的耐高温和高压性能,这对高温钢管焊接提出了极高的要求,但对于此种材料的焊接属于空白,需要进行相关焊接技术的攻克。目前主要从工艺、人员、焊接过程控制和质量控制进行研究攻克。该材料焊接由多种焊接方法组合而成,单个焊工施焊难度大,如何融合多种焊接方法的操作技能衔接,是必须攻克的第一道关;在焊接时除需准备试件外,还需分析焊接过程中各道焊缝内外部的质量检查数据、每道焊缝的加热与保温和层间温度的控制,各道施工流程的过程记录格式规范,使焊接的全过程受控;作为高压系统重要焊件,焊后需检查焊缝外观成型外,还需通过PT、MT、RT等形式对各道焊缝内外部进行质量检查,最终得出最佳的焊接参数。
目前对于高温钢管的焊接采用手工钨极氩弧焊和手工焊条电弧焊两种焊接方法,这两种焊接方法的特征在于对接的形式,导致焊接难度非常大,需同时熟练掌握TIG焊及GMAW两种焊接方法。由于高温钢管的材料厚度大,焊缝需要多次打底,填充,盖面。整个焊缝需要五层八道,需要连续焊接工作。焊接时需要对层间温度的把控,焊后还需要急速热处理。焊缝需要满足射线探伤100%合格,满足压力为45bar的管内高压实验,无泄漏。装配精度要求高,使得焊接难度较大,尤其是焊接过程中焊接的手势和焊接速度的稳定性对焊工操作要求较高,且焊接质量难以保证。
手工钨极氩弧焊和手工焊条电弧焊都是采用手工进行焊接,如图1所示。焊接时容易产生气孔、未熔合、未焊透、夹渣、焊瘤、使得焊接难度比较大,焊接接头耐蚀性、施工中各种不确定因素影响拍片合格率等。船舶内高温钢管的布置复杂,包括水平放置、竖直放置等多种形态。针对竖直放置的状态,需要通过横对接焊的方式进行焊接,即高温钢管处于竖直状态而接口为水平位置。
因此需要提出一种适用于高温钢管横对接单面焊双面成型的焊接方法,满足每道焊缝要求射线探伤合格,管内高压实验无泄漏。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种适用于高温钢管横对接单面焊双面成型的焊接方法,用于解决现有技术中高温钢管横对接焊接质量低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种适用于高温钢管横对接单面焊双面成型的焊接方法,所述焊接方法包括如下步骤:
S1:将待焊接的高温钢管进行上下对接,对接处形成有V型坡口,坡口角度为60°,坡口根部留有间隙;
S2:采用手工钨极氩弧焊自坡口根部向上依次形成打底焊层、第一填充焊层;所述打底焊层及第一填充焊层均为一道焊缝;
S3:采用手工焊条电弧焊自第一填充焊层向上依次形成第二填充焊层、第三填充焊层、盖面焊层;所述第二填充焊层包括一道焊缝,所述第三填充焊层包括沿坡口宽度方向的两道焊缝,所述盖面焊层包括沿坡口宽度方向的三道焊缝;
其中,所述打底焊层的底面突出于高温钢管的内表面,盖面焊层的顶面突出于高温钢管的外表面。
优选地,步骤S1中,坡口根部间隙为3-4mm;钝边厚度为0.5mm-1mm。
优选地,步骤S2之前,焊条进行加热时间2小时,加热温度为350℃,然后使用保温筒保温;高温钢管焊前预热温度:240℃-280℃;手工钨极氩弧焊的焊枪保护气氩气流量:10-15L/min。
优选地,所述打底焊层的焊接参数为:焊接电流为90-105A,电压为13-16V;焊接速度为40mm/min;钨极伸出喷嘴的长度为8mm-9mm;层间温度220℃。
优选地,所述第一填充焊层的焊接参数为:焊接电流为135-145A,电压为13-16V;焊接速度为60mm/min;钨极伸出喷嘴的长度6mm-7mm;层间温度220℃。
优选地,所述第二填充焊层的焊接参数为:焊接电流100-115A;推力电流30A;起弧电流5-6A;焊接速度100m/min;层间温度220℃。
优选地,所述第三填充焊层的焊接参数为:焊接电流100-115A;推力电流30A;起弧电流5-6A;焊接速度100m/min;层间温度220℃。
优选地,所述盖面焊的焊接参数为:焊接电流95-105A;推力电流30A;起弧电流5-6A;焊接速度100m/min;层间温度220℃。
如上所述,本发明提供一种适用于高温钢管横对接单面焊双面成型的焊接方法。该焊接方法先通过钨极氩弧焊进行打底焊,然后通过焊条电弧焊进行盖面焊,根据高温钢管横对接的特点,形成5层共8道焊缝。解决了焊接时容易产生气孔、夹渣、未熔合、未焊透、焊瘤、收弧裂纹、精度下降缺陷等,合理的焊接工艺参数和方法,确保焊缝的质量要求。使用工艺要求范围之内,拍片合格率达到至98%以上,解决了各种不确定因素影响的拍片合格率等。从而提高生产效率、节省成本、满足生产要求、改善劳动环境。
焊接完成的焊缝成形良好,整体焊缝宽窄一致,通过X射线探伤检测结果符合CB/T3323 ll焊缝无损检测-X射线探伤检测标准中合格等级,焊缝中未发现未熔合、气孔、夹渣、焊瘤、裂纹等缺陷,强度试验和压力试验合格。
本发明保证了高温钢管焊接质量,利用手工钨极氩弧焊和手工焊条电弧焊两种焊接方法,解决了高温钢管焊接难题,提高了生产效率、降低了生产成本、满足进度要求,缩短建造周期。具有较好的经济和社会效益。
附图说明
图1显示为现有技术中的高温钢管对接主视图。
图2显示为本发明高温钢管的对接焊缝示意图。
图3显示为本发明高温钢管焊接处的8道焊缝示意图。
元件标号说明
1 高温钢管
2 焊接处
21、22、23、24、25 焊缝
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述,此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到,这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外,当一层被称为在两层“之间”时,它可以是所述两层之间仅有的层,或者也可以存在一个或多个介于其间的层。本文使用的“介于……之间”表示包括两端点值。
在本申请的上下文中,所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例,也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例,这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,其组件布局型态也可能更为复杂。
钨极氩弧焊与焊条电弧焊属于不同的焊接方式,焊条电弧焊为使用焊钳夹住焊条进行焊接的方法,也简称手弧焊。它利用焊条与工件之间建立起来的稳定燃烧的电弧,使焊条和工件熔化,从而获得牢固的焊接接头。在焊接过程中,药皮不断地分解、熔化而生成气体及熔渣,保护焊条端部、电弧溶池以及其附近区域,以防止熔化金属氧化,焊条芯棒也在电弧作用下不断熔化,进入溶池,构成焊缝填充金属。也有焊条药皮掺合金粉末,提高焊缝的机械性能。
钨极氩弧焊用工业钨或活性钨作不熔化电级,惰性气体氩气作保护气的焊接方法。简称TIG。钨极氩弧焊就是以氩气作为保护气体,钨极作为不熔化极,借助钨电极与焊件之间产生的电弧,加热熔化母材(同时添加焊丝也被熔化)实现焊接的方法。氩气用于保护焊缝金属和钨电极熔池,在电弧加热区域不被空气氧化。其具有电弧温度高、热输入小、速度快、热影响面小、焊接变形小的优点,能进行全方位焊接,特别对复杂焊件难以接近部位等。并适用于单面焊双面成形,另外焊接电流不能过大,只能焊4mm以下的薄板。因此,钨极氩弧焊常用于打底焊,焊条电弧焊则多用于盖面焊。
本发明采用填丝手工钨极氩弧焊、手工焊条电弧焊,提供一种适用于高温钢管横对接单面焊双面成型的焊接方法,包括如下步骤:
S1:将待焊接的高温钢管进行上下对接,如图2所示,对接处形成有V型坡口,坡口角度为60°,坡口根部留有间隙。
具体地,可以采用专用坡口设备如坡口机进行倒角坡口,根据钢管的厚薄选用合适的坡口参数。以直径及厚度分别为Ф219及12mm的高温钢管为例,坡口根部间隙为3-4mm;钝边厚度为0.5mm-1mm,钝边是焊件开坡口时,沿焊件厚度方向未开坡口的端面部分,其作用是防止根部烧穿,同时钝边的尺寸要保证第一层焊缝能焊透;对接处的高温钢管内表面及外表面进行打磨,打磨范围为沿高温钢管长度方向,自坡口处向两侧30mm。
高温钢管对接后,可以进行下一步的焊接工作形成焊接处2,本实施例中,焊机型号:ZX7-400STG;温度控制柜型号:ZWK-120;喷嘴型号:6#;钨针:φ2.4mm。
焊接前还需要准备工作:焊条需要加热时间2小时,加热温度:350℃,再使用保温筒保温;高温钢管焊缝焊前预热温度:240℃-280℃;手工钨极氩弧焊(TIG)的焊枪保护气氩气流量:10-15L/min;
接着,进行步骤S2:采用手工钨极氩弧焊(TIG)自坡口根部向上依次形成打底焊层、第一填充焊层;所述打底焊层为一道焊缝21、第一填充焊层为一道焊缝22,如图3所示。所用焊丝牌号:PP-TIG-R31;焊丝直径:φ2.0mm。
打底焊的焊接参数为:焊接电流为90-105A,电压为13-16V;焊接速度为:40mm/min;钨极伸出喷嘴的长度为8mm-9mm;层间温度:220℃。
第一填充焊层的焊接参数为:焊接电流为135-145A,电压为13-16V;焊接速度为:60mm/min;钨极伸出喷嘴的长度:6mm-7mm;层间温度:220℃。
S3:采用手工焊条电弧焊(GMAW)自第一填充焊层向上依次形成第二填充焊层、第三填充焊层、盖面焊层;其中,所述第二填充焊层仅包括一道焊缝23,所述第三填充焊层包括沿坡口宽度方向的两道焊缝24,所述盖面焊层包括沿坡口宽度方向的三道焊缝25,如图3所示。所用焊条牌号:PP-R317;焊条直径:φ3.2mm。
第二填充焊层的焊接参数为:焊接电流:100-115A;推力电流:30A;起弧电流:5-6A;焊接速度:100m/min;层间温度:220℃
第三填充焊层的焊接参数为:焊接电流:100-115A;推力电流:30A;起弧电流:5-6A;焊接速度:100m/min;层间温度:220℃
盖面焊的焊接参数为:焊接电流:95-105A;推力电流:30A;起弧电流:5-6A;焊接速度:100m/min;层间温度:220℃
需要说明的是,对于本发明中的高温钢管横对接焊接,因高温钢管为竖直放置,因此焊接时保持钢管不动,焊接人员围绕高温钢管一周即可完成焊接,单道焊缝可以一次焊接成型,形成不间断的一周焊缝,也可以分为多段焊接完成。
根据上述焊接方法完成的焊接,打底焊层的底面突出于高温钢管的内表面,盖面焊层的顶面突出于高温钢管的外表面。
焊接结束后进行外观检查,整体焊缝宽窄一致,表面无明显缺陷。焊接结束24小时后,焊缝通过X射线探伤检测结果符合CB/T3323 ll焊缝无损检测-X射线探伤检测标准中合格等级,焊缝中未发现未熔合、气孔、夹渣、焊瘤、裂纹等缺陷。经过管系强度试验以及管内高压实验,压力为45bar时,焊接处2无泄漏。
综上所述,本发明提供一种适用于高温钢管横对接单面焊双面成型的焊接方法。该焊接方法先通过钨极氩弧焊进行打底焊,然后通过焊条电弧焊进行盖面焊,根据高温钢管横对接的特点,形成5层共8道焊缝。解决了焊接时容易产生气孔、夹渣、未熔合、未焊透、焊瘤、收弧裂纹、精度下降缺陷等,合理的焊接工艺参数和方法,确保焊缝的质量要求。使用工艺要求范围之内,拍片合格率达到至98%以上,解决了各种不确定因素影响的拍片合格率等。从而提高生产效率、节省成本、满足生产要求、改善劳动环境。
焊接完成的焊缝成形良好,整体焊缝宽窄一致,通过X射线探伤检测结果符合CB/T3323 ll焊缝无损检测-X射线探伤检测标准中合格等级,焊缝中未发现未熔合、气孔、夹渣、焊瘤、裂纹等缺陷,强度试验和压力试验合格。
本发明保证了高温钢管焊接质量,利用手工钨极氩弧焊和手工焊条电弧焊两种焊接方法,解决了高温钢管焊接难题,提高了生产效率、降低了生产成本、满足进度要求,缩短建造周期。具有较好的经济和社会效益。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种适用于高温钢管横对接单面焊双面成型的焊接方法,其特征在于,所述焊接方法包括如下步骤:
S1:将待焊接的高温钢管进行上下对接,对接处形成有V型坡口,坡口角度为60°,坡口根部留有间隙;
S2:采用手工钨极氩弧焊自坡口根部向上依次形成打底焊层、第一填充焊层;所述打底焊层及第一填充焊层均为一道焊缝;
S3:采用手工焊条电弧焊自第一填充焊层向上依次形成第二填充焊层、第三填充焊层、盖面焊层;所述第二填充焊层包括一道焊缝,所述第三填充焊层包括沿坡口宽度方向的两道焊缝,所述盖面焊层包括沿坡口宽度方向的三道焊缝;
其中,所述打底焊层的底面突出于高温钢管的内表面,盖面焊层的顶面突出于高温钢管的外表面。
2.根据权利要求1所述的焊接方法,其特征在于,步骤S1中,坡口根部间隙为3-4mm;钝边厚度为0.5mm-1mm。
3.根据权利要求1所述的焊接方法,其特征在于,步骤S2之前,焊条进行加热时间2小时,加热温度为350℃,然后使用保温筒保温;高温钢管焊前预热温度:240℃-280℃;手工钨极氩弧焊的焊枪保护气氩气流量:10-15L/min。
4.根据权利要求1所述的焊接方法,其特征在于,所述打底焊层的焊接参数为:焊接电流为90-105A,电压为13-16V;焊接速度为40mm/min;钨极伸出喷嘴的长度为8mm-9mm;
层间温度220℃。
5.根据权利要求1所述的焊接方法,其特征在于,所述第一填充焊层的焊接参数为:焊接电流为135-145A,电压为13-16V;焊接速度为60mm/min;钨极伸出喷嘴的长度6mm-7mm;
层间温度220℃。
6.根据权利要求1所述的焊接方法,其特征在于,所述第二填充焊层的焊接参数为:焊接电流100-115A;推力电流30A;起弧电流5-6A;焊接速度100m/min;层间温度220℃。
7.根据权利要求1所述的焊接方法,其特征在于,所述第三填充焊层的焊接参数为:焊接电流100-115A;推力电流30A;起弧电流5-6A;焊接速度100m/min;层间温度220℃。
8.根据权利要求1所述的焊接方法,其特征在于,所述盖面焊的焊接参数为:焊接电流95-105A;推力电流30A;起弧电流5-6A;焊接速度100m/min;层间温度220℃。
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