[發明專利]壓力管道焊接工藝

在審

• 申請號: 201510314983.0
• 申請日: 2015-06-10
• 公開（公告）號: CN104858555A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: 衡有志;王芳
• 申請（專利權）人: 江蘇力沛電力工程技術服務有限公司
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02;B23K31/00;B23K101/10
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 孫民興;王維新

1.壓力管道焊接工藝，其特征在于以下步驟，

焊前準備，

被焊管子必須具有質量證明書，且其質量符合國家現行標準的要求；進口材料應符合該國家標準或合同規定的技術條件；焊接材料的質量必須符合國家標準，且具有質量證明書；其中鎢棒宜采用鈰鎢棒；氬氣純度不應低于99.95%；二氧化碳氣純度不低于99.5%；含水量不超過0.005%；壓力管道予制和安裝現場應設置符合要求的焊材倉庫和焊條烘干室?，并由專人進行焊條的烘干與焊材的發放，并做好烘干與發放記錄；

焊縫位置的確定；焊縫應避開力集中區，便于施焊及熱處理工作的進行，具體有以下要求：

管道對接焊縫中心線距管子彎曲起點應不小于管了的外徑，并且不小于100mm，成品彎頭除外，與支架邊緣距離不小于50?mm，對于需要預熱及焊后處理的管件，焊縫中心線與彎曲起點及支架的距離應滿足熱處理時保溫層及爐具設置的要求，應大于保溫層寬度的三分之二；管接頭和儀表插座避開管道上的焊縫及熱影響區；筒體的對焊接焊口，其中心線距離封頭彎曲起點不小于壁厚加15mm；縱向焊縫的筒體和封頭，其兩縱向焊縫距離應大于三倍壁厚，且>10mm；焊接管的管孔要避開焊縫及熱影響區，否則必須：管孔兩側60mm，若d>60mm則取d值，的范圍的焊縫要經射線探傷檢查合格；孔邊緣不在焊縫缺陷上；接頭需經焊后去應力處理；搭接焊縫的搭接長度大于五倍母材厚度，并且>30mm；

坡口選用，要本著保證焊接質量高，金屬充填量少，便于操作，改善勞動條件，減少焊接應力與變形，利于質量檢查等原則進行，對于厚度δ<3mm的一般非重要結構及管子無需要坡口；對于δ<16mm的板，管結構，采用“∨”型坡口；對于δ<16mm限于單面焊的板，管結構采用雙“∨”型坡口，對于δ<16mm可雙面施焊的板管結構采用“x”坡口，對于要求焊件的變形及應力極小，且只允許單面施焊的板，管結構采用“∨”，“∨/U”坡口；各種坡口及尺寸，根部采用氬弧焊時鈍邊厚度可大于手工電弧焊時鈍邊厚度；

母材下料與對口，焊件下料以機械方法為宜，淬硬傾向較大的合金鋼用熱加工方法下料時，切口部位必須進行退火處理，或用機械方法除去熱影響區，一般非淬硬性材料的氣割坡口，應除去表面氧化皮和污物并修整平齊，高合金鋼不得進行氣割加工坡口；剪床切割的鋼材邊緣不應有裂紋，毛刺和缺棱等缺陷；

對接焊口的端面斜度<1％，管外徑d≯2mm，坡口以外兩側10-15mm范圍內，焊前進行清理油、銹、污物，并檢查應無裂紋，夾層缺陷；焊件組裝時應墊置牢固；對口要求內外壁平齊，對于內徑不等的板件和管件，對接單面焊的局部錯口值不應超過壁厚的10％，且<1mm；

????焊接設備，焊接機具設備主要包括：交流焊機、直流焊機、氬弧焊機、高溫烘干箱、中溫烘干箱、恒溫箱、二氧化碳氣體保護焊機、焊條保溫筒、內磨機及電動磨光機；用于壓力管道焊接的各類焊機必須裝有電流表、電壓表；

2）焊接：

點固焊：對口要求的各項條件達到后，進行點固焊，點固焊的焊接工藝參數，焊接材料，焊工等條件與正式底層焊縫施工相同，點固焊縫的分布應在整個焊縫上均勻分布，d<?100-??200mm,的管子采用三點，d>??200mm的管子采用四點點固；焊縫厚度應與底層焊縫相同，焊縫長度在10-30?mm之間選擇，管徑大時選擇較大的焊縫長度；

底層焊縫的焊接；對于要求單面焊雙面成型的底層焊縫有氬弧焊和電弧擊穿焊兩種方法；對于不要求透度的焊縫可不采用氬弧焊及擊穿焊法而采用非擊穿電弧焊；

需要氬弧打底的結構：工作壓力>64kg/cm²或T>450℃汽、水管道，再熱管道，冷卻水及潤滑油，調速油管道，不銹鋼管道，主汽，再熱蒸汽主管道上的疏水管道，15M0₃C?以上合金成分的合金管道氬弧打底進行充氬保護；

對于振動輕，壓力小而對工質純凈度要求高或要求抗裂性好的板及管結構，有較大的空氣流或負壓并無法消除時，采用擊穿焊；對抗裂性要求小的變通結構，如承重，承壓部件可采用非擊穿法焊接；氬弧打底焊接工藝參數按氬弧焊工藝選擇；采用擊穿法焊接底層焊縫時，應采用抬、頂、滅方法運條操作為宜，以使焊縫的成型良好及保證焊縫質量；底層焊縫的厚度應以所用焊條，焊絲的直徑大小為宜；

充填層及表面層焊接，以手工電弧連續運弧焊接為宜；δ>4mm的工件采用多層焊；坡口寬度大于四倍焊條直徑時采用多道焊；每道焊道的寬度為3-4倍的焊條直徑，平均每層焊層的厚度等于所用焊條的直徑，最大值≯3d焊條；

各層道間的焊渣應嚴格清理，避免缺陷產生，底層焊縫經檢查合格后應及時進行充填焊；

各層道焊接電流的選擇，依據IH=(30—50)d選擇，d為焊條直徑，單位為mm，IH為焊接電流，單位為安培，以在正常焊接速度下能形成并保持良好的橢圓開熔池為宜，嚴禁采用過大的焊接電流焊接而產生焊縫過燒，劣化焊縫質量，IH不得低于20d；

焊接操作中嚴格控制焊縫形狀系數，保證B/H=1.5左右，否則焊縫質量差，成型不好；

多層多道焊的焊接順序應合理安排，減少焊接順序不合理造成的焊接應力；

多層多道焊縫的接頭應相互錯開10—20mm，收弧時應填滿熔池，接頭應疊壓5—10mm；

易淬硬裂紋的高合金工件，焊接時應設置引弧板；

直徑大于194mm的管件，采用二人對稱焊接，焊接過程中應保持二人采用的焊接線能量及其它焊接參數的一致性；

焊縫除工藝或檢查要求分次施焊外，應連續一次完成，否則應做好防裂措施，再焊前對焊縫進行檢查是否出現裂紋，如有裂紋應首先清除，然后再進行焊接；

直徑大于1000mm的管道或容器的對接焊縫應采用“×”型坡口，以面焊的焊接工藝；

焊接過程中，如發現焊接缺陷，應及時進行挖補，焊縫上同一缺陷位置的挖補次數不得大于兩次，需要立即熱處理的接頭，應在熱處理后進行反修，反修后再進行一次熱處理；

表層焊縫應過度圓滑，不得出現咬邊及熔坑；寬度，加強高度及不均勻程度不應超出質量標準的合格范圍；

焊縫焊后，焊工要首先進行自檢，自檢合格后，在焊縫近區打上焊工代號鋼印；

對易產生延遲裂紋的鋼焊后應及時熱處理，否則應進行250℃-350℃后熱，緩冷，其加熱寬度與熱處理相同；

冷拉口應在焊接熱處理完畢后，方可拆除冷拉工具；

3）手工鎢極氬弧焊，采用接觸引弧時，不應用劃擦法，應將鎢極向坡口處輕輕一點，不得用力過猛，采用高頻引弧裝置線弧；運弧，就采用直線開運弧，焊槍的橫向擺動幅度亦小于5mm；收弧，應將電弧引向坡口邊緣停弧，采用電流不衰減裝置對電流進行衰減，焊縫中心突然繼弧，不得在應力集中處停弧；焊接過程，焊絲熔化端的端頭不得離開保護區；坡品及焊絲的清理應比電弧焊的要求嚴格，不得有油，銹污物殘留；焊縫的背面，對于氧化鋼應充氬保護，背面充氬保護的氣體流量，就裝設不影響焊槍中氣體流量的另一套供氣裝置；其流量不影響成型；合金鋼大徑厚壁管或裂紋傾向大的徑管采用二人對稱焊接；冷拉口應在充填焊及熱處理后，方可松開冷拉工具；焊接速度應適中，在焊接中能保持穩定的橢圓開熔池；焊槍的角度，應始終保持與熔池處切線呈后傾70-80°角度，并保持噴嘴軸線始終在管中平面內；

4）手工電弧堆焊，焊前，應對工件的被堆焊面，進行清理銑除死角修整圓滑，將其表面的殘余油，銹污物清理干凈，露出金屬光澤；前次堆焊的焊層應車削清除干凈；清理后對被焊工件表面進行缺陷檢驗，無缺陷時方可做下一步的準備工作；對塑性差的材料，過渡層焊接材料就用“A”體焊條或Ni基焊條，其他過渡層按成分過渡的原則選擇；對于易變形或易裂的材料，應進行適當的預熱，對于高碳鋼及厚壁普通鋼，應預熱100-250℃，對于裂紋傾向大的高合金鋼等應預熱250-400℃，對于散熱系數大的有色金屬，應預熱300-500℃；此外還應根據焊接材料所需的預熱溫度綜合考慮選擇；

焊條的烘干，使用前應對焊條進行適當的烘干，堿性焊條應進行350℃，1-2小時的烘干，酸性焊條應進行150℃，1-2小時的烘干；焊接中應采用小線能量，窄道，直線運條施焊，焊條金屬應短路過渡，Ih=10dH,L<50mm；

堆焊，對同質，同成分的母子材和焊條，其堆焊層數無要求，對于焊條成份與母材差異很大的堆焊層，在低碳，低合金鋼基體上堆焊硬質合金，堆層一般不能小于3層；每層厚度應≤dH，dH為焊條直徑；否則，堆焊層表面有較多的母材溶入，合金成份下降，性能差；但層數也不能過多，否則，堆焊層過厚，使內應力增加，易產生裂紋，一般不超過五層；

合理地安排焊接順序及排列焊道，使焊道在焊件的堆焊部位均勻分布；

對于體積較小的工件，其熱容量較小，應防止其過燒，減小焊接電流，增加息弧時間；

對于非堆焊部位，應加以防護，以防被電弧及飛濺熔滴打傷，使工件報廢；

堆焊應一次完成，以防過大的周期性熱應力作用，損壞工件；

除一般單個小孔外，均不應局部堆補；必須局部堆補時，應采取必要的防變形及降應力措施，采用冷焊法，選用高塑性，低強度焊條，對焊縫進行錘擊消應力，焊后對焊件進行整體熱處理；

堆焊層要進行加工的，還應滿足加工方面的要求，堆焊層厚度應有足夠的加工余量，硬度很高的堆焊層，在加工前應進行退火軟化處理，加工后再進行淬火或正火加回火處理；

5）裂紋缺陷的挖補，清理裂紋及坡口加工，對于裂紋傾向大的薄壁脆性材料，在打磨及銑削之前，在裂紋的兩端點外5-10mm外鉆截止孔，其直徑視裂紋的橫向受力大小而定，受力較大時，其孔么應大些，受力較小時其孔么就小些，一般孔徑在3-6mm之間；

用砂輪或用鋼銑對裂紋進行銑磨，直到徹底清除裂紋，而后將側面的棱角和死角進行磨光，其銑磨后的凹槽應便于以后的坡口制做；

裂紋清理后，應對該部位進行表面探傷檢驗，有裂紋沒有被清除，就繼續銑磨，直到檢查無裂紋存在為止；

坡口制作，將經檢查的凹槽進一步打磨加工，制作成“V”型或“U”型坡口，其型式視工件坡口，兩尖端應磨成緩坡形與工件表面過渡圓滑；對于無需進行熱處理的材料或熱處理條件能達到的條件下，選用與母材化學成份相同等強度焊條；對于無熱處理條件的結構和材料，且材料和結構要求應力小，變形小時，選用同強度的鉻鎳“A”體鋼焊條；選用抗裂性好，有良好韌性的低氫型焊條；盡可能選用較小的焊條直徑；用于焊接的電源，應采用直流反極性連接；焊條要按著規定，進行充分的烘干處理，為250℃-1.5小時；

預熱，對可焊性較好的材料及冷焊時，工件無需預熱，可在作好焊接準備的情況下直接進行施焊；對于可焊性差的材料和結構，應按規定進行預熱；組織應力很大的材料，預熱溫度應高于Ms；對于可焊性差的材料；

對于焊縫強度要求不太高或非承壓易裂部件及結構，采用冷焊的焊接工藝，焊接時采用小電流，窄道，短段焊接，焊縫長度較長時還應采取倒退焊法，焊接過程中，焊縫上任意兩點的溫度差不能大于40-50℃，同時對焊縫進行錘擊消除應力；

對于焊縫強度要求高的或承受強載荷可焊性差的部件及結構，采用熱焊工藝，整個焊接過程焊縫溫度應大于Ms，焊后還應進行高溫回火或消氫處理，加熱時應考慮工件的變形，采用較慢的熱處理加熱速度，焊接時應采用小的焊接電流；

對于變形和應力要求極嚴的焊接結構及工件，應采用鎢極氬弧焊焊接方法；

盡可能采用多層，多道焊，焊縫與母材之間過渡應圓滑，不得有咬邊和留有弧坑，有延遲裂紋傾向的鋼要及時進行熱處理；

6）不等壁厚對接焊件坡口加工，管道焊縫的設置應避開應力集中區，且便于焊接、熱處理及各種檢驗；焊接接頭組對前，應用砂輪清理坡口及其兩側內外表面，在距坡口兩側20mm范圍內不得有油漆、毛刺、銹斑、氧化皮及其他對焊接質量有害的物質，并磨出金屬光澤；認真檢查坡口及其兩側不得有裂紋、夾層；?不銹鋼管道采用電弧焊時，坡口兩側各100mm范圍內應涂白粉或其他防沾污劑；焊件組裝時，應將待焊管子墊置牢固，以防止在焊接和熱處理過程中發生變形和附加應力；?除設計規定的冷拉口外，其余焊口應禁止強力組對，更不允許用熱膨脹法對口；當焊接所處位置障礙多時，合格焊工在施焊前亦應進行與實際條件相同的模擬練習及試焊，經無損檢測合格后方可正式焊接；?組對管口局部間隙過大時應設法修正至規定尺寸，嚴禁在間隙內填塞它物；焊條在使用前應分別按其說明書要求進行烘干，并放在保溫筒內隨用隨取；焊絲使用前應清除其表面的油污、銹跡；

定位焊，?定位焊時除其焊接材料、焊接工藝和預熱溫度等應與正式焊接相同外，還應滿足下列要求：

a）定位焊應能保證焊縫在正式施焊過程中不致開裂，其長度宜為10～15mm，高宜為2～4mm，且不超過壁厚的2/3；定位焊縫兩端應修磨成緩坡狀；

b）定位焊不得有裂紋及其他缺陷，有缺陷應徹底磨除重新進行定位焊；

c）在合金鋼管壁上點焊組對卡具定位時，卡具的材質和焊材應與管材相同；當拆除卡具時，不得用敲打或掰扭的方法拆除；當用氧-乙炔焰切割卡具時，應在離管道表面3mm處切割，然后用砂輪修磨平整；

正式焊接，焊接引弧應在坡口內進行，嚴禁在管子表面引燃電弧、試驗電流或焊接臨時支撐物；在焊接中應確保起弧及收弧的質量，收弧應將弧坑填滿，多層焊的層間接頭應相互錯開；除焊接工藝有特殊要求外，每條焊縫應一次連續焊完，如因故被迫中斷，應采取緩冷措施，再焊時應仔細檢查確認無裂紋后，方可按焊接工藝繼續施焊；有預熱要求的管材應按預熱要求重新預熱后施焊；管子焊接時，管端要堵封住；根據設計及焊接工藝評定需焊前預熱的管子，焊前應按要求進行局部預熱；?當采用氬弧焊打底時，應及時進行打底焊縫的檢查，合格后盡快進行蓋面焊接；有淬火傾向的管材施焊過程中，層間溫度應不低于規定的預熱溫度的下限；中、高合金鋼的管子焊接時，內壁應充氬氣或混合氣體保護；厚壁大直徑管的焊接應采用多層多道焊進行逐層焊接，其中氬弧焊打底的焊層厚度不小于3mm，各層經自檢合格后方可焊接次層，直至完成；?為減少焊接變形和應力，直徑大于194mm的管子宜采用二人對稱施焊；?對需做檢驗的隱蔽焊縫，應經檢驗合格后，方可進行其他工序；

低溫鋼、奧氏體不銹鋼、耐熱耐蝕高合金鋼以及奧氏體與非奧氏體異種鋼接頭焊接時應符合下列規定：

a）應在焊接作業指導書規定的范圍內，在保證焊透和熔合良好的條件下，采用小電流、短電弧、快焊速和多層多道焊工藝，并應控制層間溫度；

b）對抗腐蝕性能要求高的雙面焊縫，與腐蝕介質接觸的焊層應最后施焊；

c）低溫鋼焊接完畢，宜對焊縫進行表面焊道退火處理；

d）奧氏體不銹鋼焊縫及其附近表面應進行酸洗、鈍化處理；

管道冷拉口所使用的工卡具，應待焊接及熱處理工作結束后方可拆除；管道支吊架焊接的焊工和焊材必須與管道焊接要求相同；焊口焊完應進行清理，經自檢合格后，在焊縫附近打上焊工本人的代號鋼印，并在相應的管道單線圖上作記錄；

7）熱處理：對于結構剛性大，淬硬傾向大的接頭，熱處理的起始加熱溫度應在100~?150℃之間，對異種鋼接頭的處理主要是進行高溫回火處理，其回火溫度，對于同類組織異種負角度非Α同組織異種鋼，應接近淬硬傾向大，合金含量高的鋼的回火溫度；當接頭中兩種碳化物形成元素濃度差大時，選擇兩鋼回火溫度的中間值；焊后熱處理質量檢驗根據設計規定進行，當焊縫的硬度值超過規定的范圍時，應按班次作加倍復檢，并查明原因，對不合格焊縫重新進行熱處理及硬度測試。