CN107552987A - 管道焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管道焊接工艺，该管道焊接工艺包括：通过手工焊接对根层进行焊接；以及通过自动焊接机对填充层和/或盖面层进行焊接。根据本发明的焊接工艺，在不必大面积增加焊工的情况下，推动施工进度，大大降低人工成本；并且，可大面积进行大口径、厚壁管道的焊接施工工作，并且生产效率高；而且，采用本发明的焊接工艺的焊缝一次检测合格率高，避免了不必要的返修，施工质量高，降低了质量成本；再者，施工工艺可操作性强，易操作，在实际应用中质量和安全事故率均为零，安全可靠。

Description

管道焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种工艺管道施工领域，更具体地说，涉及一种管道焊接工艺。

背景技术

工艺管道的施工一直是是整个工程的一项重点和难点，特别是大口径厚壁管道(其管道直径不小于320mm，并不大于600mm)施工难度更大；只有加快管道预制进度和提高质量、减轻管道安装阶段的压力才是首选办法。为赶工期，传统管道施工的做法必然是调配大量人力到现场进行会战，即采用“人海战术”；而如今人力成本提高，高水平技术工人要价高不容易找、外包队伍和人员流动性大等原因，因此会带来一系列问题：人工成本增加；质量不易保证；管理混乱；临建投入增加等等。

在大口径A691-1.25CR-Cl22管施工过程中，施工进度较慢、人员机具投入大、施工质量难以保证等导致装置管道安装工作整体滞后。

为了有效解决大口径厚壁管道施工质量、速度，并保证沟槽连接消防管道的施工质量、进度并节约施工成本，从而达到提高焊接质量、缩短施工工期、降低施工成本投入，急需一种管道焊接工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管道焊接工艺以解决上述技术问题。

根据本发明的一方面，提供一种管道焊接工艺，管道焊接工艺包括：对根层、填充层以及盖面层进行焊接；其中，通过手工焊接对根层进行焊接；以及通过自动焊接机对填充层和/或盖面层进行焊接。

进一步地，管道的直径大于等于500mm。

进一步地，管道焊接工艺还包括在对根层进行焊接之前对管道进行坡口加工。

进一步地，管道的坡口角度为双V坡口或者U型坡口，其中，双V坡口角度范围在10°到15°之间和65±5°。

进一步地，在通过手工焊接对根层进行焊接之前，管道焊接工艺还包括对待焊接的管道进行组对固定，并对组对固定后的管道进行点焊。

进一步地，根层焊缝厚度范围在3mm与4mm之间，填充层焊缝厚度范围在2mm与3mm之间。

进一步地，点焊所使用的焊材与对根层、填充层以及盖面层进行焊接时所使用的焊材一致。

进一步地，管道焊接工艺还包括对焊接后的管道进行热处理工艺与检测工艺。

进一步地，热处理工艺包括焊接后对焊缝进行热处理的焊后热处理，焊后热处理过程中，通过高温回火，并通过电阻加热的方式进行加热，或者，如果在焊接后没有对焊缝进行热处理，将焊缝从预热温度开始升到300℃～350℃，在此温度下保持大约30min以后，冷却到室温。

进一步地，管道焊接工艺还包括：在对根层进行焊接之前，根据管道的材料、管道焊接接头的厚度以及管道最小抗拉强度确定对管道进行预热的预热温度。

根据本发明的焊接工艺，在不必大面积增加焊工的情况下，推动施工进度，大大降低人工成本；并且，可大面积进行大口径、厚壁管道的焊接施工工作，并且生产效率高；而且，采用本发明的焊接工艺的焊缝一次检测合格率高，避免了不必要的返修，施工质量高，降低了质量成本；再者，施工工艺可操作性强，易操作，在实际应用中质量和安全事故率均为零，安全可靠。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明一实施例的管道焊接工艺的流程图；

图2示出了图1的管道焊接工艺的部分细化流程图；

图3示出了根据本发明一实施例的管道坡口示意图；

图4示出了根据本发明一实施例的焊接后热处理的曲线图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

根据本发明提供了一种能够有效解决现场大口径厚壁管道施工质量、速度，确保现场施工质量、施工进度和施工成本，有效解决大口径厚壁管道的施工难题的管道焊接工艺。其中所说的大口径管道的直径大于等于500mm。根据本发明的一实施例，该管道焊接工艺包括：对根层、填充层以及盖面层进行焊接；其中，通过手工焊接，特别是通过人工钨极氩弧焊来对根层进行焊接；以及通过自动焊接机对填充层和/或盖面层进行焊接。

根据本发明的一实施例，如图1所示，管道预制工艺包括焊接前工艺，该焊接前工艺包括但不限于：管道母材分析、焊工管理、焊接设备选定、焊材选择、焊接工艺评定以及确定工艺参数。根据本发明，在进行焊接工艺前，根据管道的材质选择焊接设备以及焊材，并且根据管道的材质以及焊接工艺评定结果确定合适的焊接工艺参数。该管道预制工艺还包括对管道进行焊接的工艺以及对焊接后的管道进行热处理与检测的工艺。

下面先介绍焊接前的工艺，该工艺包括但不限于：根据管道的材质选择焊接设备以及焊材，并且根据所述管道的材质以及焊接工艺评定结果确定合适的焊接工艺参数。

根据本发明的一实施例，待焊接管道采用大口径A691-1.25CR-Cl22管。下面以管径36"，壁厚40mm(即，φ914mm×40mm)的A691-1.25CR-Cl22管道为例来说明根据本发明的管道施工工艺。

根据本发明的一实施例，焊材的选择如下面的表1所示。

表1

母材	GTAW焊丝	SAW焊丝	SAW焊剂
				A691-1.25CR-Cl22	TIG-R30	H08CrMoA	HJ350

根据大口径A691-1.25CR-Cl22管道母材的特性，通过取样进行焊接工艺评定，选取合适的焊接工艺，确定与之对应的焊接工艺参数。

为了获得更好的焊接质量，在焊接过程中避免出现气孔、冷裂纹以及再热裂纹，并且要避免焊接过程中层与层之间的杂质。

为了避免焊接过程中形成气孔，在焊接过程中，对焊剂进行严格烘烤。根据本发明的一实施例，常见的焊剂的烘烤温度如下表2所示。

表2

为了避免焊接过程中层与层之间的杂质，需要对层间进行清渣处理，并且，对每层焊接后发现的夹渣、咬边等进行及时清除和修复，而且，需要清除焊剂中铁屑或者杂质。

A691-1.25CR-Cl22合金钢管中主要合金元素是Cr(铬)和Mo(钼)，它们显著提高了钢的淬硬性。如果在焊接时冷却速度过快，则在焊缝及热影响区可能形成对冷裂纹敏感的马氏体和上贝氏体等组织。含铬量越高，冷却速度越快，接头最高硬度越大，将显著地增加焊接接头的冷裂纹敏感性。因此，在焊前对焊接接头进行适当的预热，从而焊接中保证焊缝温度防止形成马氏体组织，进而有效控制形成冷裂纹。

A691-1.25CR-Cl22合金钢再热裂纹倾向主要取决于钢中碳化物形成元素的特性及其含量，同时还取决于焊接参数、焊接应力及热处理制度。钢中Cr、Mo、V、Nb、Ti等元素属于强碳化物元素，若结构拘束度较大，那么在消除应力处理或高温长期使用时，在热影响区的粗晶区容易出现再热裂纹。再热裂纹一般在500～700℃敏感温度范围内形成，并且出现在残余应力较高的部位，如接头咬边、未焊透等应力集中处，这些部位在加热过程中，残余应力释放，蠕变变形较大，更容易出现裂纹。为防止出现再热裂纹，可采取以下措施：

(1)选用高温塑性优于母材的焊接材料，并降低焊接接头残余应力和应力集中，焊后用砂轮将焊缝余高和焊趾打磨圆滑。

(2)采用大约650℃的低热输入焊接工艺和方法，缩小焊接接头过热区的宽度，细化晶粒。

(3)选择合理的热处理制度，避免在敏感温度区间停留较长时间。

为了确定合适的焊接工艺参数，需要选取一段待焊接管道的母材，根据母材特性、规范要求进行焊接后检测。经反复试验得出适合管径36"、壁厚40mm(即，φ914mm×40mm)A691-1.25CR-Cl22管的工艺参数如下表3所示。

表3

通过进行完上述的准备工作之后，接着对待焊接管道进行焊接处理。

根据本发明，如图2所示，管道焊接工艺包括：坡口加工；对管道进行组对固定，并对固定后的管道进行点焊；焊接前的预热处理；通过手工焊接对根层进行焊接；通过自动焊接机对填充层和/或盖面层进行焊接。

根据本发明的技术方案，坡口可以选择双V坡口或者U型坡口，图3示出了双V坡口的示意图。根据本实施例，采用双V坡口，该两个V形坡口如图3所示，其中，位于下方的两坡口面之间的夹角范围在65±5°，位于上方的坡口面与竖直线之间角度范围在10°到15°之间，即，双V坡口的角度范围在10°到15°之间和65±5°。钝边T1为1-3mm，组对间隙T2为2-3mm。根据本发明，通过切割机来加工坡口。由于坡口角度为一范围，因此，降低了对精度的要求，从而更容易加工。

此外，在焊接前用砂轮机将焊口内外两侧打磨干净并进行除锈除油处理。

焊接管道的坡口加工完成后，对待加工管道进行组对以便进行焊接处理。在组对前，需要进行如下检查：

(1)组对前应对坡口及附近管道母材进行检查，主要对以下项目进行检查：坡口及管道母材表面无裂纹、重皮、坡口损伤及毛刺等缺陷、坡口尺寸是否符合图样要求。

(2)组对前应将坡口表面及附近管道母材20mm范围内外壁的油、锈、污垢、漆等异物清除干净，直至发出金属光泽。

(3)待焊接管道组对时，内壁应齐平，如有错边，其错边量应不超过管道母材壁厚的10％，且不大于2mm。

(4)焊口局部间隙过大时，应设法修整到规定尺寸，不应在间隙内加填塞物。并且，组对时禁止强力对口，严禁采用热膨胀法对口。

对组对好的焊接管道用钢板或角钢等固定在管道坡口外圈，从而对其进行固定。

对固定好的组对的焊接管道进行点焊，其中，点焊所使用的焊材需与正式焊接时所使用的焊材一致；点焊焊接工艺与正式焊接的焊接工艺相同；点焊数量及点焊长度应根据管道直径确定，原则上每个焊口点焊不少于3点，长度不少于20mm，防止点焊焊缝开裂；点焊后应立即检查点焊焊缝质量，发现缺陷立即清除。

为了获得良好的焊接质量，在进行正式焊接前需要对待焊接管道进行预热处理。

以管径为36"，壁厚为40mm(即，φ914mm×40mm)的A691-1.25CR-Cl22管道为例，该管道为合金钢管，焊前需要进行预热，其含Cr为1.41％，根据下表4确定其预热温度为150℃-200℃。

表4

其中，“全部”是指需要预热的合金钢管道。选择合适的预热温度对焊接管道进行预热处理，之后对待焊接管道进行正式焊接。正式焊接包括对根层、填充层以及盖面层的焊接。

根据本发明，根层采用人工钨极氩弧焊打底，根层焊缝厚度一般不小于3mm，但一般不应大于4mm；焊接时，注意观查熔池，保持熔池缺口稳定，防止焊瘤、未焊透缺陷。

根层焊接完成后，将需要焊接的预制管段放置焊接用滚轮架上从而实现管道的旋转，自动焊接机头，例如选择采用ZD7-100IGBT型弧焊电源及MZ-Ⅸ型焊接机头，及焊剂漏斗、焊丝盘装在带轨道的可移动桌架式焊接操作平台上，焊接滚轮架和焊接操作平台可以在轨道上面移动以调整相对位置。在调整好的焊接操作平台上用自动焊接对填充层和/或盖面层进行焊接。

填充层焊缝厚度一般不小于2mm，但一般不应大于3mm；每层焊完后应立即检查焊缝表面质量，发现缺陷应立即清除，之后再进行下层焊缝的焊接。焊接意外中断时，必须采取防止裂纹产生的措施，如焊后缓冷、后热处理等。再次焊接时，必须仔细检查(例如，可采用着色探伤)，确认无裂纹，重新预热后才能焊接。

对固定口(通常称为“黄金口”、“死口”)进行焊接采用人工氩弧焊打底，手工焊接填充层和盖面层。

焊接完成后为了保证焊接质量，需要对焊缝进行热处理以及检测。

焊后如果不能对焊缝立即进行热处理，应从预热温度开始升到300℃～350℃，在此温度下保持大约30min以后，剩余的奥氏体将转变为塑性合适的贝氏体组织。然后，冷却到室温，从而避免产生裂纹。

在焊接工作完成后，无损检测前对焊缝进行热处理。热处理方法为高温回火，热处理加热采用电阻加热。即将电阻加热绳缠绕在焊接接头上，其中，两侧均不低于3倍焊缝宽度。将热电偶插入其中，热电偶端部与焊缝表面紧密接触，外层用石棉包裹，石棉层厚度不低于50mm，宽度两侧均不低于5倍焊缝宽度。将电源引入热处理控制箱，再用耐火电缆与加热绳联结，用耐火电缆将热电偶与热处理记录仪相联，热处理记录仪与热处理控制箱用电缆联接。在热处理控制箱上设定好热处理工艺，由热处理控制箱控制热处理工艺，热处理记录仪记录热处理曲线图，如图4所示。热处理升温到720度，保温2小时，升温和降温速度控制在175度/小时。

热处理完成后，对焊接管道进行硬度测试，例如采用布氏硬度试验方法，并进行无损检测。

根据本发明的工艺与传统氩弧焊打底、手工电弧焊填充盖面的施工工艺相比，提高了大口径、厚壁管道的焊接质量及一次焊接合格率，实现接近于零的返修率，减少了不必要的返修；并能够大面积对大口径厚壁管进行处理，效率高，可有效推进施工进度。

以管径36″、壁厚40mm的A691-1.25CR-Cl22一道焊口为例，与传统手工电焊相比，生产效率提高至少6倍。并且，材料成本得到显著的减少，而且，采用大口径A691-1.25CR-Cl22管焊接工艺，提高了大口径、厚壁管道的焊接质量，实现一次焊接合格率99％以上，避免了重复预热、返修焊接、热处理，降低返工率，减少施工投入，节约施工成本。

并且，采用大口径A691-1.25CR-Cl22管焊接工法确保了整体工程顺利推进。并且，减轻了焊工的劳动强度，改善了生产作业中的施工环境。

根据本发明的管道焊接工艺，具有以下几个效果：

1、可大面积进行大口径、厚壁管道的焊接施工工作，并且生产效率高。

2、采用本发明的焊接工艺的焊缝一次检测合格率高，避免了不必要的返修，施工质量高，降低了质量成本。

3、大口径厚壁管道工作量较大、施工工期较紧时，传统采用增加焊工人数及加班加点焊接的方法；采用本发明的焊接工艺，在不必大面积增加焊工的情况下，推动施工进度，大大降低人工成本。

4、施工工艺可操作性强，易操作，在实际应用中质量和安全事故率均为零，安全可靠。

以上所述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)

1.一种管道焊接工艺，其特征在于，所述管道焊接工艺包括：

对根层、填充层以及盖面层进行焊接；

其中，通过手工焊接对所述根层进行焊接；以及通过自动焊接机对所述填充层和/或所述盖面层进行焊接。

2.根据权利要求1所述的管道焊接工艺，其特征在于，管道的直径大于等于500mm。

3.根据权利要求1所述的管道焊接工艺，其特征在于，所述管道焊接工艺还包括在对所述根层进行焊接之前对所述管道进行坡口加工。

4.根据权利要求3所述的管道焊接工艺，其特征在于，所述管道的坡口角度为双V坡口或者U型坡口，其中，所述双V坡口的角度范围在10°到15°之间和65±5°。

5.根据权利要求1所述的管道焊接工艺，其特征在于，在对所述根层、所述填充层以及所述盖面层进行焊接之前，所述管道焊接工艺还包括对待焊接的所述管道进行组对固定，并对组对固定后的所述管道进行点焊。

6.根据权利要求1所述的管道焊接工艺，其特征在于，所述根层焊缝厚度范围在3mm至4mm之间，所述填充层焊缝厚度范围在2mm至3mm之间。

7.根据权利要求5所述的管道焊接工艺，其特征在于，所述点焊所使用的焊材与对所述根层、所述填充层以及所述盖面层进行焊接时所使用的焊材一致。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的管道焊接工艺，其特征在于，所述管道焊接工艺还包括对焊接后的所述管道进行热处理工艺与检测工艺。

9.根据权利要求8所述的管道焊接工艺，其特征在于，所述热处理工艺包括焊接后对焊缝进行热处理的焊后热处理，所述焊后热处理过程中，通过高温回火，并通过电阻加热的方式进行加热，或者，如果在焊接后没有对焊缝进行热处理，将焊缝从预热温度开始升到300℃～350℃，在此温度下保持大约30min以后，冷却到室温。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的管道焊接工艺，其特征在于，所述管道焊接工艺还包括：在对所述根层进行焊接之前，根据所述管道的材料、所述管道焊接接头的厚度以及所述管道最小抗拉强度确定对所述管道进行预热的预热温度。