工藝管道預(yù)制自動焊1.doc

工藝管道預(yù)制自動焊一. 概況21世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度更快，水平更高，這也會推動焊接技術(shù)自動化水平的提高。目前我國的焊接生產(chǎn)自動化還處于較低的水平，約40，而一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家都在50以上。從我國適用的焊接材料可以看出，在近200萬噸的焊材中，有73的焊條和埋弧焊絲，氣保護(hù)焊絲只占27，也就是說，加工制造的各類焊接結(jié)構(gòu)大部分是用手工焊條完成的，它是一種污染大、能耗高、效率低的焊接加工方法，因此以后應(yīng)加強(qiáng)焊接自動化的進(jìn)程。近年來隨著焊接設(shè)備的發(fā)展，管線自動焊接得到越來越多的應(yīng)用。倒流打底焊接、常見壁厚管線熔化極氣體保護(hù)焊以及較大壁厚的管線埋弧自動焊接在生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用并逐漸廣泛。我公司以前沒有采用過自動焊進(jìn)行管線預(yù)制，為了保證福建煉油乙烯一體化項目管線施工的順利完成，我公司進(jìn)行了大量的焊接試驗工作，對大規(guī)格管線自動化焊接進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。我公司承建福建煉油乙烯一體化目包括210104t/a加氫裂化裝置區(qū)域面積（180米90米），主要組成部分：210104t/a加氫裂化裝置和80000Nm3/h原料氣提純單元；280萬噸/年柴油加氫精制裝置和120萬噸/年煤油加氫精制裝置合稱加氫精制裝置，裝置區(qū)域面積:180米88米。DN200及以上管線近9000米，其中加氫裂化裝置DN550管線厚度達(dá)到55mm。這些裝置的管線采用自動化焊接，首先可以在大大的減少人工成本的同時，顯著的提高焊接質(zhì)量和焊接效率。另外，可以在今后裝置大量采用本技術(shù)，提高公司在國內(nèi)外焊接施工方面的競爭力。管線自動焊的研發(fā)成功可以提升國內(nèi)管線預(yù)制焊接的施工水平，大幅降低施工成本，會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。二技術(shù)開發(fā)的內(nèi)容材質(zhì)ASTMA312 TP321、1Cr5Mo 、SA335 P11、SA106B、20#管材的STT倒流打底焊接、熔化極氣體保護(hù)自動焊接、埋弧自動焊接。2.1自動焊焊接特點研究2.1.1.埋弧焊埋弧焊的電弧掩埋在顆粒狀焊劑下面，靠金屬和焊劑的蒸發(fā)氣體以及燒化的焊劑形成的熔渣外膜對電弧和熔池金屬進(jìn)行保護(hù)的。具有以下特點:a) 電弧的熔深能力和焊絲的熔敷效率很到，所以有很高的熔敷效率，但不適合薄板的焊接。b) 保護(hù)效果好，且具有冶金反應(yīng)充分和焊縫金屬化學(xué)成分穩(wěn)定等冶金特點，所以焊縫質(zhì)量高。c) 減輕手工操作的勞動強(qiáng)度，且沒有弧光輻射，所以勞動條件好。d) 由于埋弧焊是靠顆粒狀焊劑堆積形成保護(hù)條件，因此焊接位置只適合水平面。e)機(jī)具靈活性差，焊劑設(shè)備比手弧焊復(fù)雜，不適合短焊縫的焊接。2.1.2.熔化極氣體保護(hù)焊CO2氣體保護(hù)焊是一種高效率焊接方法，焊接熔池和電弧受體積膨脹的CO2氣體保護(hù)。具有以下特點：a) CO2電弧的穿透力強(qiáng)，熔深大且焊絲的熔化率高，所以熔敷速度快，生產(chǎn)效率可比手工焊高1倍3倍。b) 由于CO2氣體價格低廉且CO2電弧能耗低，所以焊接成本是手工電弧焊的50左右。c) 抗銹能力強(qiáng)，焊縫含氫量低，抗裂性好。d) 焊后不需清渣，且焊接過程便于監(jiān)視和控制。e) 對于不銹鋼，焊縫金屬有增碳現(xiàn)象，影響抗晶間腐蝕性能。2.2焊接材料根據(jù)焊接材料的適用性能和與母材相匹配的原則，選擇相應(yīng)焊接材料。熔敷金屬的化學(xué)成分必須與母材化學(xué)成分相近；焊接材料必須與管道自動焊有很好的適用性；焊接材料必須保證焊接接頭性能達(dá)到設(shè)計要求。焊接材料的具體選用如下表所示。母材焊接方法焊接材料材質(zhì)規(guī)格打底其它層打底其它層SA335P1121925.4GTAWGMAWTIG-R30，2.5ER80S-B2，1.2,藥芯TP312 321355.627.79GTAWGMAWH0Cr20Ni10Ti，2.5H0Cr20Ni10Nb,1.6,藥芯406.430.26GTAWSAWH0Cr20Ni10Ti，2.5H0Cr19Ni10Nb,2.5/SJ607SA106B21918.3GTAWGMAWTIG-J50，2.5E71T-1 1.232525GTAWSAWTIG-J50，2.5H08MnA 2.4/HJ4312021910STTGMAWER50-6，1.2E71T-1 1.22021910STTSAWER50-6，1.2H08MnA 2.5/HJ4312.3坡口形式坡口形式必須依據(jù)熔化極氣體保護(hù)焊和埋弧自動焊的特點設(shè)計。2.3.1保證焊接接頭的質(zhì)量。熔化極氣體保護(hù)焊填充焊接時在靠近根部的焊道易出現(xiàn)未熔合缺陷，坡口角度適當(dāng)加大；埋弧自動焊在管道自動焊時易出現(xiàn)夾渣缺陷，設(shè)計的坡口形式應(yīng)易于熔渣的逸出和清除。2.3.2 在保證焊槍能夠進(jìn)入坡口內(nèi)進(jìn)行焊接的前提下，最大程度的減少填充金屬量以減少熱輸入量和焊接材料的用量。2.3.3 坡口形式應(yīng)易于加工，保證使用普通坡口加工機(jī)具就能夠得到高質(zhì)量的所設(shè)計的坡口。2.4焊接試驗 2.4.1焊接參數(shù)的調(diào)節(jié)與確定a) 焊接位置的調(diào)節(jié)管子坡口上側(cè)正中線兩端10范圍內(nèi)都可進(jìn)行焊接，根據(jù)管子轉(zhuǎn)動情況和熔池流動情況，調(diào)整焊接角度，保證有合格的外觀。b) 焊接參數(shù)調(diào)節(jié)埋弧自動焊不是明弧焊接，必須對缺陷從產(chǎn)生有一定的認(rèn)識，然后根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行調(diào)節(jié)。表 埋弧焊缺陷的產(chǎn)生與參數(shù)調(diào)節(jié)缺陷名稱產(chǎn)生原因防除方法焊縫表面成型不良寬度不均勻1焊劑速度不均勻2. 送絲速度不均勻3. 焊絲導(dǎo)電不良1. 調(diào)整變位機(jī)旋轉(zhuǎn)速度2. 調(diào)整送絲輪3. 更換導(dǎo)電嘴襯套堆積高度過大1. 電流太大而電壓過低2. 上坡時傾角過大1. 調(diào)整電流和電壓2. 相對于焊件直徑和焊接速度，調(diào)整焊接位置焊縫金屬滿澺1. 焊接速度過慢2. 電壓過大3. 下坡時傾角過大4. 焊接時前部焊劑過多5. 焊絲向前彎曲1. 調(diào)整變位機(jī)旋轉(zhuǎn)速度2. 調(diào)節(jié)電壓3. 相對于焊件直徑和焊接速度，調(diào)整焊接位置4. 調(diào)整焊劑覆蓋情況5. 調(diào)節(jié)焊絲矯直部分咬邊1.焊絲位置或角度不當(dāng)2.焊接速度與電流電壓匹配不當(dāng)1.調(diào)整焊絲2.調(diào)整參數(shù)未熔合、未焊透1. 未對準(zhǔn)焊縫2. 電流過小，電壓過高1. 調(diào)整焊絲2. 調(diào)整參數(shù)內(nèi)部夾渣1. 多層焊時，層間清渣不干凈2. 多層分道焊時，焊絲位置不當(dāng)1. 層間清渣徹底2. 每道焊接前，仔細(xì)調(diào)整焊絲位置熔化極氣體保護(hù)焊為明弧焊接，根據(jù)焊接的實際情況。擺動幅度、焊接速度、電流電壓等對焊接質(zhì)量有影響的參數(shù)可以實時調(diào)節(jié)。2.4.2兩種自動焊對于管子規(guī)格的適用性管道預(yù)制時，管徑越大、管壁越厚，埋弧自動焊的適應(yīng)性就越強(qiáng)。通過在車間試驗， DN300及以上管徑的管子就能夠很好的進(jìn)行埋弧自動焊焊接。CO2氣體保護(hù)焊對于壁厚和管徑的適應(yīng)性更好，DN150及以上管徑的管子均能進(jìn)行自動化焊接。根據(jù)埋弧焊特點研究，其熔深能力很強(qiáng)，所以埋弧焊填充焊接前的根部焊道厚度如果過薄，焊接時就會將根部焊縫熔穿。在焊接試驗過程中，采用鎢極氣體保護(hù)焊后再用焊條電弧焊填充一層增加根部焊道的厚度的方法來解決此問題，埋弧焊之前的根部焊縫厚度一般控制在5mm以上就不會出現(xiàn)熔穿的情況。2.4.3焊接設(shè)備的調(diào)節(jié)與改進(jìn)a)埋弧焊托弧工裝的設(shè)計根據(jù)埋弧焊的焊接特點研究，埋弧焊焊劑必須堆積在管道焊縫的上部，但同時被焊管道在轉(zhuǎn)動，所以必須設(shè)計焊劑托罩來保證被焊部位有足夠的焊劑。經(jīng)過多次實驗和改進(jìn)，設(shè)計制作的簡易實用焊劑拖罩如圖所示： b)自動焊設(shè)備機(jī)頭支撐工裝的設(shè)計焊件由變位機(jī)和托軌支撐，中心離地約600mm，焊接是在管子焊件上方進(jìn)行的，所以焊機(jī)機(jī)頭必須離地一定高度。根據(jù)管道預(yù)制自動化焊接的特點和管子規(guī)格范圍，自動焊設(shè)備機(jī)頭應(yīng)該在管子焊件的一側(cè)，且高度可以調(diào)節(jié)，并且應(yīng)該方便移動。c）變位機(jī)和脫軌的設(shè)計根據(jù)焊接線速度和管子規(guī)格設(shè)計變位機(jī)轉(zhuǎn)速范圍，根據(jù)管子重量設(shè)計變位機(jī)和托軌的承重能力。熔化極氣體保護(hù)焊焊接線速度范圍為15cm/min25cm/min，埋弧自動焊焊接線速度范圍為25cm/min45cm/min。由此推算變位機(jī)轉(zhuǎn)動角速度適應(yīng)范圍為0.1轉(zhuǎn)/min1轉(zhuǎn)/min。d) 焊劑回收通過輸送管，焊劑連續(xù)不斷的自動流到待焊坡口內(nèi)。通過管子轉(zhuǎn)動，焊劑在熔池后側(cè)流落管子，在管子下側(cè)，設(shè)計焊劑回收托盤。2.4.4 NDT檢驗 理化試驗產(chǎn)品試管焊接完成后先進(jìn)行NDT檢驗。除熔化極氣體保護(hù)焊焊接的管子靠近根部的填充層出現(xiàn)未熔合缺陷以外，其余均一次性合格。后針對熔化極氣體保護(hù)焊進(jìn)行調(diào)整，靠近根部的填充層不再擺動，改為壓道焊，成功的解決了出現(xiàn)未熔合缺陷的情況。NDT檢驗后，試管進(jìn)行了包括拉伸、彎曲、沖擊等理化試驗。另外，不銹鋼材質(zhì)的試件還進(jìn)行了穩(wěn)定化熱處理和側(cè)向膨脹量、晶間腐蝕、微觀金相等理化試驗，試驗為一次合格。三技術(shù)指標(biāo)為：3.1焊縫的機(jī)械性能達(dá)到設(shè)計要求；3.2焊接一次合格率達(dá)到99%以上；3.3不銹鋼焊接接頭的抗晶間腐蝕性能達(dá)到要求。四 技術(shù)關(guān)鍵：管線SAW自動焊的技術(shù)參數(shù)調(diào)整、焊接托弧以及外觀質(zhì)量保證；管線GMAW自動焊的技術(shù)參數(shù)調(diào)整和質(zhì)量保證；SA321TP321焊后穩(wěn)定化熱處理五實驗成果與狀態(tài)：已經(jīng)完成了焊機(jī)調(diào)試和實驗管段的焊接，照片資料如下： 1.STT打底焊焊縫 2.埋弧焊操控機(jī)頭 3.埋弧焊 4.埋弧焊焊縫 5.氣體保護(hù)焊焊接六 產(chǎn)品焊接 管道預(yù)制自動焊技術(shù)目前在我公司得到了很好的應(yīng)用，在降低了成本和勞動強(qiáng)度的同時，提高了焊接效率和質(zhì)量，并得到了監(jiān)理和業(yè)主的好評。隨著，項目的進(jìn)展程度加深，管道預(yù)制自動焊技術(shù)會得到更多的應(yīng)用。 七 綜合評價在大型煉油和乙烯等石化成套設(shè)備中大管線是重點工程，所以管線預(yù)制的自動焊市場前景非常廣闊。埋弧自動焊和熔化極氣體保護(hù)焊的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到管線預(yù)制生產(chǎn)中，可以有效的保證焊接質(zhì)量，適應(yīng)惡