CN116551127A - 苯酚丙酮tp2205双相管道焊接施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种苯酚丙酮TP2205双相管道焊接施工方法，是针对焊缝在苯酚、异丙苯、丙酮混合环境下的腐蚀应力开裂制定的专项施工工艺。对TP2205双相钢管材进行下料，采用同材质的工装卡具进行组对，通过选用合理的焊接材料以及严格控制焊接参数，GTAW(钨极氩弧）和SMAW（电弧焊）两种焊接方法相结合，避免了焊缝氧化，很好的保证了焊缝成型，减少内部缺陷的产生，得到了合格的焊接质量，焊接一次合格率达到98%，保证管道压力试验一次成功，焊缝无渗漏，焊缝成形美观。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体而言苯酚丙酮装置中TP2205双相管道焊接施工方法。
背景技术
奥氏体-铁素体型双相不锈钢的主要特点是屈服强度可达400~550 MPa，是普通不锈钢的2倍，可以节约用材，降低设备制造成本。在抗腐蚀方面，特别是介质环境比较恶劣（如海水，氯离子含量较高）的条件下，双相不锈钢的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于普通的奥氏体不锈钢，可以与高合金奥氏体不锈钢媲美，在-50～280℃范围内具有优良的力学性能和焊接性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种苯酚丙酮TP2205双相管道焊接施工方法，以达到提供高焊接质量的目的。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种苯酚丙酮TP2205双相钢管道焊接施工方法，
对TP2205双相钢管材进行下料，采用同材质的工装卡具进行组对并焊接；焊接参数如下：
| 焊接方法 | 焊材型号 | 焊层 | 焊接电流（A) | 焊接电压(V) | 焊接速度(cm/min） | 层间温度（℃） | 线能量（KJ/cm） |
| GTAW(钨极氩弧焊) | ER2209 | 1 | 75-95 | 17-19 | 8-12 | ≤100 | 6-14 |
| SMAW（电弧焊） | E2209 | 2 | 80-100 | 20-21 | 8-10 | ≤100 | 9-16 |
| SMAW（电弧焊） | E2209 | 3 | 80-100 | 20-21 | 8-10 | ≤100 | 9-16 |
进一步地，焊接采用V 型坡口形式，坡口角度 65°-75°，钝边 1-2mm，组对间隙 2-3mm。
进一步地，所述坡口采用机械加工，加工坡口后，除去坡口表面的氧化皮、熔渣及影响接头质量的表面层，并将凹凸不平处打磨平整。
进一步地，管道壁厚≤4mm时，选定钨极全氩弧焊焊接；管道壁厚＞4mm时选用氩电联焊工艺进行焊接，层间温度小于100℃；
进一步地，采用实芯焊丝的钨极氩弧焊时，采用背部内充氩保护，氩气流量控制在8-15L/min，纯度不低于99.96%。
本发明提供的TP2205双相不锈钢焊接施工方法是针对焊缝在苯酚、异丙苯、丙酮混合环境下的腐蚀应力开裂制定的专项施工工艺。
本发明通过选用合理的焊接材料以及严格控制焊接参数，GTAW(钨极氩弧）和SMAW（电弧焊）两种焊接方法相结合，避免了焊缝氧化，很好的保证了焊缝成型，减少内部缺陷的产生，得到了合格的焊接质量，焊接一次合格率达到98%，保证管道压力试验一次成功，焊缝无渗漏，焊缝成形美观。
附图说明
图1是本发明焊接施工工艺流程图；
图2是不同壁厚管子加工要求；
图3是正式焊接时引弧方法示意图；
图4是采用两种焊接方法相结合的焊缝示意图。
图4中，1-钨极氩弧焊封底；2-手工电弧焊填充；3-手工电弧焊盖面。
具体实施方式
本发明一种典型的实施方式提供的是一种苯酚丙酮项目中TP2205双相钢管道焊接施工方法。
本实施方式中所述的苯酚丙酮管道设计材质为TP2205，TP2205的化学成分见表1。
表1 TP2205化学成分（%）
TP2205成分特点是超低碳、含氮，其典型成分为22%Cr+5%Ni+0.17%N。与第一代双相不锈钢相比，TP2205进一步提高氮含量，增强在氯离子浓度较高的酸性介质中的耐应力腐蚀和抗点蚀性能。氮是强烈的奥氏体形成元素，加入到双相不锈钢中，既提高钢的强度且不显著损伤钢的塑韧性，又能抑制碳化物析出和延缓σ相形成。双相不锈钢TP2205保留了铁素体不锈钢导热系数大、线膨胀系数小、耐点蚀、缝隙及氯化物应力腐蚀的特点；又具有奥氏体不锈钢韧性好、脆性转变温度较低、抗晶间腐蚀、力学性能和焊接性能好的优点。
（一）焊接材料的选择
对于TP2205型双相钢，选择Cr22-Ni9-Mo3型超低碳焊接材料。当对焊接接头有更高抗腐蚀性能要求时，可选用不含Nb的 NiCrMo-3 型焊接材料。
对于不同级别的双相钢之间的焊接，可按Cr、Ni含量较高的双相钢选择焊接材料。双相钢与奥氏体不锈钢之间的焊接，按双相钢选择焊接材料或选用25Cr-13Ni型超低碳焊接材料。TP2205型双相钢与碳钢、低合金钢之间的焊接，选用25Cr-13Ni 型超低碳焊接材料。
硫、磷的含量对热裂纹形成起关键性作用，选用焊材时控制焊材成分中硫、磷含量，对焊缝接头的抗裂性能及机械性能有利。
（二）施工准备
管子与管件的外观应无裂纹、缩孔、夹渣、折叠、重皮等缺陷；表面凹陷不应超过相应产品标准允许的厚度偏差。
焊条使用前应按焊条产品说明书或焊接作业指导书的要求进行烘干，若无规定要求时按下列要求烘干：烘干后的焊条贮存在 150℃的恒温箱内，焊工领用使用保温筒，如领出时间超过 4h，重新烘烤，但重复烘烤次数不得超过两次。
施工现场干燥、洁净，室外焊接采取防风雨措施。施工环境条件满足以下要求：
焊接环境温度不低于0℃。
2) 手工焊时风速不大于8m/s,氩弧焊时风速不大于2m/s。
3) 相对湿度不大于90%。
4) 非雨雪天气。
（三）组对与定位焊
双相钢的焊接接头设计应有助于完全焊透和避免未熔合，采用角度和间隙均比不锈钢焊缝偏大的坡口。 对接焊缝采用V 型坡口：坡口角度 65°-75°，钝边 1-2mm，组对间隙2-3mm。
坡口采用机械加工，如选用角磨机、管道坡口机进行机械加工，不允许采用等离子弧等热加工方法加工坡口。加工坡口后，除去坡口表面的氧化皮、熔渣及影响接头质量的表面层，并应将凹凸不平处打磨平整。对于管道上的开孔，应采用台钻或角磨机等机械方法进行开孔和修磨坡口。
组对前使用手工或机械方法清理其内外表面，在坡口边缘 20mm 范围内不得有油漆、毛刺、铸造垢皮及其它对焊接有害的物质，方可进行组对和定位焊。同时，组对前，确认坡口加工形式、尺寸，其表面不得有裂纹、夹层等缺陷。清理后的焊口立即进行焊接，不得超过4小时。
壁厚相同的管子、管件组对时，内壁平齐，其内壁错边量≤管壁厚的10%，且≤1mm。壁厚不同的管道组成件组对，当对口内壁错边量超过管壁厚度的10%时，按图2所示，削薄厚件边缘。
定位焊焊接工艺应与正式焊接工艺相同，当定位焊缝做为正式焊缝的组成部分时应符合下列规定：
若用实芯焊丝钨极氩弧焊进行定位焊接，焊缝背面应进行充氩保护。定位焊缝的长度宜为 10～15mm，且不宜超过壁厚的 2/3。
定位焊缝应对称均匀分布不宜少于 3 点，正式焊接前应将定位焊缝两端磨削成便于引弧的斜坡。正式焊接推荐按下图3方法引弧。
组对使用的工装卡具一般不允许焊接在管子上，如果卡具必须焊接在管子上才能组对时，符合下列规定：
卡具与管子、焊接材料的化学成份应相同。
焊接时的工艺与正式焊接工艺相同。
卡具拆除应用砂轮磨去，不得采用敲打、掰扭等方法。
管子及管件组对定位后应及时焊接。
减少固定焊口，避免强力组对。管道定位焊点对称均匀分布，不少于2～3点。焊接前将定位焊缝两端磨削成便于引弧的斜坡。
（三）施焊
焊接材料的选用应满足下列要求：
应保证焊接材料的焊接工艺性能良好，焊接接头的使用性能满足相关标准和设计文件的规定。
2） 对于TP2205型双相钢，宜选择Cr22-Ni9-Mo3型超低碳焊接材料。
3） 双相钢与奥氏体不锈钢之间的焊接，应按双相钢选择焊接材料或选用25Cr-13Ni型超低碳焊接材料。
4） TP2205型双相钢与碳钢、低合金钢之间的焊接，宜选用25Cr-13Ni型超低碳焊接材料。
焊接参数见表1。
表1 焊接参数一览表
| 焊接方法 | 焊材型号 | 焊层 | 焊接电流（A) | 焊接电压(V) | 焊接速度(cm/min） | 层间温度（℃） | 线能量（KJ/cm） |
| GTAW(钨极氩弧焊) | ER2209 | 1 | 75-95 | 17-19 | 8-12 | ≤100 | 6-14 |
| SMAW（电弧焊） | E2209 | 2 | 80-100 | 20-21 | 8-10 | ≤100 | 9-16 |
| SMAW（电弧焊） | E2209 | 3 | 80-100 | 20-21 | 8-10 | ≤100 | 9-16 |
根据管子厚度、坡口型式组对情况，母材厚度≤4mm选定全氩弧焊接，母材厚度＞4mm选定氩电联焊。焊接时在保证焊透和熔合良好的前提下，在工艺参数范围内尽量采用小的焊接线能量、短电弧、不摆动的操作方法。 表1中焊层1、2、3分别如图4所示。
当焊件较厚需多层焊应符合下列规定：
除打底焊外其余焊层宜采用多道焊。
2） 层间温度应小于 100℃。
3） 每一层每一道焊完后均应彻底清除焊道面的熔渣，并消除各种表面缺陷。
4） 各层各道的焊接接头要错开。
TP2205在焊接过程中关键的一点是要控制冷却速度。一方面是为了避免焊后由于冷却速度过快而在热影响区产生过多的铁素体，另一方面是为了避免冷却速度过慢在热影响区形成过多粗大的晶粒和氮化铬沉淀。当焊接薄壁材料时，尤其是厚度小于5mm时，在保证焊透和熔合良好的前提下，在焊接工艺参数范围内采用小的焊接线能量、短电弧、不摆动或小摆动的操作方法。焊丝手工送进速度要均匀且不能太快, 以获得平整而均匀的焊道，焊缝两层以上，层间焊接接头相互错开。厚壁材料焊接时，焊缝和热影响区的冷却时间不能太短。必要时采用硅酸铝针织毡对焊缝进行覆盖。
采用实芯焊丝的钨极氩弧焊时，焊缝背面应充氩，实行内保护。根据管径和管段长短采用管子整体或局部充氩两种方法，并应符合下列要求：
管内充氩气开始时流量可适当加大，确认管内空气完全排除后方可施焊。
焊接时充氩气流量可逐步降低，以避免充氩气压力较高而造成焊缝背面在成形时出现内凹或根部未焊透现象。
合理控制氩气流量，一般控制在8～15L/min，且氩气纯度不低于99.96%。
手工钨极氩弧焊打底采用背部充氩保护。
氩弧打底层焊接时，在管段两端的坡口上用可熔性纸封堵，形成密封室，管道内部进行充氩保护，由于底层焊道较薄，焊接第二层时，焊缝背面也充氩保护。管内冲氩气开始时流量适当加大，确认管内空气完全排除后方可施焊。
焊接时充氩气流量逐步降低，以避免充氩压力较高而造成焊缝背面在成形时出现内凹或根部未焊透现象，焊后延迟5～15秒停送氩气，以保护尚未冷却的钨极和熔池。
焊丝的加热端始终在氩气保护之下，为加强保护效果在焊嘴后侧加一辅助输送保护气罩。
4)焊接时氩气输送管采用塑料软管。
手工电弧焊盖面层时，操作必须短弧, 并横向摆动焊条，在仰焊部位尽量减小熔池体积，有利于焊缝成形，平焊部位焊缝收弧时, 焊条除作横向摆动外，还纵向摆动, 以填满弧坑。
焊接注意事项如下：
焊件表面严禁电弧擦伤，并严禁在焊件表面引弧、收弧。
与焊件连接的焊接电源地线不得直接接触工件，采用与焊件同材质的材料过渡连接，以避免污染。
焊接中确保引弧与收弧的质量，收弧的弧坑填满,严禁采用药皮脱落及药皮偏心严重的焊条进行焊接，焊接起弧和收弧处处理干净。
焊接完毕及时将焊缝表面的熔渣及周围的飞溅物，防飞溅材料等清理干净。
焊接过程中一次性焊完一道焊缝，减少接头数量。
6)焊接施工完毕后立即进行焊缝焊后热处理，因故不能立即进行热处理的，立即做焊缝后热工作。
焊缝焊后均进行外观检查，外观质量达到以下要求：焊缝表面不允许存在裂纹、气孔、凹陷、夹渣及熔合性飞溅。焊缝表面余高不大于3mm。焊缝表面错边量不超过壁厚的10%，且不大于2mm。
无损检测：角焊缝表面进行100%着色渗透检测，管道焊缝按照设计文件规定进行X射线探伤，焊缝质量评定等级不得低于III级。
焊接常见缺陷及防止措施见表2。
表2 焊接常见缺陷及防止措施
| 序号 | 缺陷 | 产生原因 | 防止措施 |
| 1 | 气孔 | 焊接坡口不干净填充金属不干净保护气纯度低焊条未烘干 | 采用化学溶剂和机械方法清除坡口及焊材油漆物采用纯度高的气体，焊道背面保护充分。气体流量适当，焊接环境采取防护措施焊条充分烘干 |
| 2 | 夹渣 | 焊接材料和填充金属不干净层间清理不彻底焊接电流过小 | 采取化学溶剂和机械方法清除坡口及焊材油物及氧化膜采取适当的焊接电流 |
| 3 | 未熔合 | 坡口型状不合理有残留氧化物焊接电流过小或焊速过大 | 加大坡口角度采用化学和机械方法清除氧化膜适当增大焊接电流 |
| 4 | 裂纹 | 焊前预热温度低焊后保护不良 | 1．采用热电偶监测和红外测温仪同时测温2．焊后进行后热保护 |
焊缝返修：
清除缺陷后应将清除后的焊缝修磨成至少1∶3的斜度。
返修时应采用钨极氩弧焊，其工艺应经评定合格。
焊缝返修后仍按原规定检验。
同一部位的返修次数不得超过两次，需要第三次返修时，应制定措施并经项目技术负责人批准， 在施工记录中注明。
最后对焊缝表面酸洗、钝化
在申请人实施的江苏瑞恒新材料科技有限公司碳三一期苯酚丙酮装置中的异丙苯装置中苯、丙烷、甲基环戊烷等混合物料系统就是采用奥氏体-铁素体双相不锈钢(TP2205)。该系统中最大管径规格为Φ610*9.53mm，管道长度369m。在施工中针对双相钢管道焊接进行技术改进，经多次焊接工艺试验，选择合理的焊接工艺参数，采用钨极氩弧焊和电弧焊施工工艺，有效的防止气孔、夹渣、未熔合及腐蚀裂纹的产生，提高了焊接质量，一次检测合格率达98.8%，取得了较好的社会及经济效益，获得了良好的焊接质量。
Claims (5)
1.一种苯酚丙酮TP2205双相钢管道焊接施工方法，其特征在于：
对TP2205双相钢管材进行下料，采用同材质的工装卡具进行组对并焊接；焊接参数如下：
。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：焊接采用V 型坡口形式，坡口角度 65°-75°，钝边 1-2mm，组对间隙 2-3mm。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述坡口采用机械加工，加工坡口后，除去坡口表面的氧化皮、熔渣及影响接头质量的表面层，并将凹凸不平处打磨平整。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：管道壁厚≤4mm时，选定钨极全氩弧焊焊接；管道壁厚＞4mm时选用氩电联焊工艺进行焊接，层间温度小于100℃。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：采用实芯焊丝的钨极氩弧焊时，采用背部内充氩保护，氩气流量控制在8-15L/min，纯度不低于99.96%。
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2023
- 2023-06-05 CN CN202310652416.0A patent/CN116551127A/zh active Pending
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| CN117428295B (zh) * | 2023-11-06 | 2024-05-24 | 中国化学工程第六建设有限公司 | 半导体级多晶硅大口径厚壁ep管道洁净焊接控制方法 |
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