CN101417364A - 金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法 - Google Patents

金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及长输管道的焊接技术领域，是一种金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法，其根焊层焊接按下述步骤进行：采用金属粉芯焊丝和短弧控制技术，外加保护气体进行管道全位置根部焊道的焊接，焊接工艺参数如下：焊接电流140A至200A，焊接电压15V至18V，焊接速度16cm/min至26cm/min，送丝速度为350cm/min至500cm/min，焊丝伸出长度为8mm至12mm，摆幅以焊缝金属熔敷到焊道边缘为准。本发明解决了制约半自动焊接流水施工作业的瓶颈难题，有效解决环焊接头焊缝背面存在的咬边、凹陷等问题，降低焊道表面清理成本，降低工人劳动强度，增加熔敷金属厚度，减少焊接层数，大大提高焊接生产效率，获得高质量的焊缝，焊接速度提高，比手工焊接可以减少三分之一的焊接时间，降低了作业成本。

Description

金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法
一、技术领域：
本发明涉及长输管道的焊接技术领域，是一种金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法。
二、背景技术：
目前，国内在长输管道工程建设中采用的填充焊、盖面焊工艺大同小异，而根焊工艺却有较大的差别，主要有三种：
(1)内焊机：该焊机是自动焊与内对口器相结合的产物，自管内由六个自动焊枪头同时完成根焊，技术较成熟，且速度最快，质量最好，但设备成本非常高，且结构复杂，现场维修困难；
(2)采用实芯焊丝进行的半自动下向根焊(如美国STT根焊设备、意大利PWT根焊设备)：该技术较为成熟，只是对管接头组对间隙、错边量要求严格，极易产生侧壁未熔合缺陷，一旦间隙大于1mm，就会出现断弧，且成本较高，结构复杂，不利于现场维修；
(3)焊条电弧焊：是采用钎维素型焊条进行手工下向根焊，速度慢，成本较低，工人劳动强度大。
三、发明内容：
本发明提供了一种金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法，其克服了上述现有技术之不足，解决了制约半自动焊接流水施工作业的瓶颈难题，大大提高了工作效率。
本发明的技术方案是这样来实现的：一种金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法，
包括焊接管口预处理、根焊层焊接、热焊层焊接、填充层焊接和盖面层焊接，其根焊层焊接按下述步骤进行：采用金属粉芯焊丝和短弧控制技术即RMD，外加保护气体进行管道全位置根部焊道的焊接，其根焊层的焊接工艺参数如下：采用半自动焊下向焊工艺，焊接电流140A至200A，焊接电压15V至18V，焊接速度16cm/min至26cm/min，送丝速度为350cm/min至500cm/min，焊丝伸出长度为8mm至12mm，摆幅以焊缝金属熔敷到焊道边缘为准，根焊层的熔敷金属厚度为3mm至4mm。
下面是对上述技术方案的进一步优化和/或选择：
上述预处理是对需要焊接的管道坡口进行坡口加工和清洁。
上述管道坡口为不含内衬垫的外根焊坡口，其坡口型式可以是V型坡口或复合V型坡口或复合U型坡口。
上述管道坡口组对后的组对间隙为1.5mm至2.5mm，管道坡口组对错边量应≤2.3mm，且≯3mm，并应沿管道坡口圆周均匀分布。
上述焊接设备选用美国MillerPipepro450RFC或奥太Pulse MIG-500 II FR，焊丝选用美国郝伯特公司生产的E70C-6MH4/Φ1.2mm，保护气体采用混合气体，该混合气体配比为80％氩气和20％二氧化碳气，气体纯度：氩气≥99.96％、二氧化碳气≥99.5％，气体流量18L/min至25L/min。
上述热焊层焊接、填充层焊接和盖面层焊接采用药芯自保护焊丝进行，其焊接工艺参数如下：设备选用美国Lincoln DC-400或奥太DC-500 II型或熊谷MPS500，焊丝选用E81T8-Ni2J/Φ2.0mm，采用半自动焊下向焊工艺，焊接电流190A至250A，焊接电压17V至24V，焊接速度17cm/min至38cm/min，送丝速度为200cm/min至300cm/min，焊丝伸出长度为6mm至20mm，摆幅以焊缝金属熔敷到焊道边缘为准。
在上述焊接前应采用感应加热或电加热的方法将管道坡口预热至100℃至200℃，预热宽度以不小于管道坡口两侧各50mm范围内为宜，且保证预热温度均匀；层间温度应为50℃至150℃。
上述复合V型坡口的具体参数为：上坡口角度为10°至15°，下坡口角度为25°至35°，变坡口拐点距内壁的高度为10±1mm，钝边为0.8mm至1.5mm，间隙为1.5mm至2.5mm，管壁厚为18.4mm。
本发明解决了制约半自动焊接流水施工作业的瓶颈难题，可以有效解决环焊接头焊缝背面存在的咬边、凹陷等问题，降低焊道表面清理成本，降低工人劳动强度，增加熔敷金属厚度，减少焊接层数，大大提高焊接生产效率，获得高质量的焊缝，焊接速度提高，比手工焊接可以减少三分之一的焊接时间，降低了作业成本。
四、附图说明：
附图1为本发明管道坡口之一即V型坡口的结构示意图。
附图2为本发明管道坡口之二即复合V型坡口的结构示意图。
附图3为本发明管道坡口之三即复合U型坡口的结构示意图。
附图4为本发明复合V型坡口的管接头设计结构示意图。
附图5为本发明复合V型坡口的管接头焊缝焊接层数结构示意图。
附图中的标号分别为：1为根焊层，2为热焊层，3至7为填充焊层，8为盖面焊层；α为坡口(或下坡口)角度，β为上坡口角度，H为变坡口拐点距内壁的高度，R为下坡口1/4圆弧半径，δ为管壁厚，p为钝边，b为间隙，h为焊缝表面余高，W为盖面焊缝宽度。
五、具体实施方式：
本发明不受下述实施例的限制，可根据上述本发明的技术方案和实际情况来确定具体的实施方式。
下面结合最佳实施例对本发明作进一步论述：
该金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法按下述步骤进行：其包括焊接管口预处理、根焊层焊接、热焊层焊接、填充层焊接和盖面层焊接，其根焊层焊接按下述步骤进行：采用金属粉芯焊丝和短弧控制技术即RMD，外加保护气体进行管道全位置根部焊道的焊接，其根焊层的焊接工艺参数如下：采用半自动焊下向焊工艺，焊接电流140A至200A，焊接电压15V至18V，焊接速度16cm/min至26cm/min，送丝速度为350cm/min至500cm/min，焊丝伸出长度为8mm至12mm，摆幅以焊缝金属熔敷到焊道边缘为准，根焊层的熔敷金属厚度为3mm至4mm。
可根据实际需要，对上述金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法作进一步优化或/和改进：
如附图1至4所示，上述预处理是对需要焊接的管道坡口进行坡口加工和清洁；管道坡口为不含内衬垫的外根焊坡口，其坡口型式可以是V型坡口或复合V型坡口或复合U型坡口；管道坡口组对后的组对间隙为1.5mm至2.5mm，管道坡口组对错边量应≤2.3mm，且≯3mm，并应沿管道坡口圆周均匀分布；管道坡口最佳可为复合V型坡口，该复合V型坡口的最佳具体参数为：上坡口角度β为10°至15°，下坡口角度α为25°至35°，变坡口拐点距内壁的高度H为10±1mm，钝边p为0.8mm至1.5mm，间隙b为1.5mm至2.5mm，管壁厚δ为18.4mm。
在本发明中，上述焊接设备最佳选用美国米勒公司生产的PipePro 450RFC或奥太PulseMIG-500IIFR，焊丝选用美国郝伯特公司生产的E70C-6M H4/Φ1.2mm，保护气体采用混合气体，该混合气体配比为80％氩气Ar+20％二氧化碳CO2，气体纯度：氩气Ar≥99.96％、二氧化碳CO2≥99.5％，气体流量18L/min至25L/min。
在本发明中，上述热焊层焊接、填充层焊接和盖面层焊接最佳采用药芯自保护焊丝进行，其焊接工艺最佳参数如下：设备选用美国Lincoln DC-400或奥太DC-500II型或熊谷MPS500，焊丝选用E81T8-Ni2J/Φ2.0mm，采用半自动焊下向焊工艺，焊接电流190A至250A，焊接电压17V至24V，焊接速度17cm/min至38cm/min，送丝速度为200cm/min至300cm/min，焊丝伸出长度为6mm至20mm，摆幅以焊缝金属熔敷到焊道边缘为准。
在本发明中，上述焊接前应采用感应加热或电加热的方法将管道坡口预热至100℃至200℃，预热宽度以不小于管道坡口两侧各50mm范围内为宜，且保证预热温度均匀；层间温度应为50℃至150℃。
在本发明中：气体的百分比都为体积百分比。
在本发明中，除了上述技术措施外，其它技术措施都可以采用本技术领域中的现有常规技术。如：RMD是指现有公知的短弧控制技术，其作为一种对短路过渡精确控制技术，能通过检测短路电流发生时间来及时改变焊接电流和电压，成为一种动态控制技术；半自动焊下向焊工艺也是采用的现有公知技术。
以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
本发明的最佳实施例如下：
第一步：坡口加工。钢管材质选用X80钢，管径￠1219×18.4mm，坡口型式选用复合V型坡口，坡口形式如图2所示。β＝10°～15°，α＝25°～35°，H＝10±1mm，p＝0.8～1.5mm，b＝1.5～2.5mm，δ＝18.4mm。所有管端坡口必须采用机械方法加工，且加工的坡口端面必须平整、均匀、光滑。
第二步：管口清理。被焊接表面应均匀、光滑，不应有起鳞、磨损、铁锈、渣垢、油脂、油漆和影响焊接质量的其它有害物质。在焊接前，应采用机械方法将管口内外表面坡口两侧各25mm范围内清理至呈现金属光泽。
第三步：管口组对。应优先采用内对口器组对。在应用内对口器时，对口器不应在钢管内表面留下刻痕、磨痕和油污。钢管组对时不应敲击钢管的两端。管口组对错边量应≤2.3mm，且≯3mm，并应沿管口圆周均匀分布。管接头组对的坡口角度、钝边、组对间隙等尺寸应符合图4中的要求。
第四步：焊接步骤。管接头焊缝的焊接层数如图5所示。图中1为根焊层，2为热焊层，3～7为填充焊层，8为盖面焊层。
1、焊前检查。(1)根焊设备选用PipePro 450RFC，热焊、填充焊、盖面焊设备选用熊谷MPS500；(2)根焊焊丝选用E70C-6M H4/Φ1.2mm，保护气体选用80％氩气Ar+20％二氧化碳CO2的混和气，气体纯度氩气Ar≥99.96％、二氧化碳CO2≥99.5％，热焊、填充焊、盖面焊焊丝选用E81T8-Ni2J/Φ2.0mm。
检查设备、指示仪表、开关、电源极性等各旋钮开关是否到位，线路是否接好，输气管接头是否上紧，焊枪连接口是否松动，导电嘴是否拧紧，调试设备，保证焊接电路正常；检查气瓶、氩气Ar表、二氧化碳CO2表及进气管，保证气路畅通和气体压力稳定。
2、焊接操作。焊接前应采用感应加热或电加热的方法将管口预热至100℃～200℃，预热宽度以不小于坡口两侧各50mm范围内为宜，且应保证预热温度均匀；层间温度应为50℃～150℃。
(1)根焊层焊接，其焊接工艺参数如下：设备选用PipePro 450RFC，焊丝选用E70C-6MH4/Φ1.2mm，采用半自动焊下向焊工艺，焊接电流140A～200A，焊接电压15V～18V，焊接速度16cm/min～26cm/min，送丝速度为350cm/min～500cm/min，焊丝伸出长度为8mm～12mm，摆幅以焊缝金属熔敷到焊道边缘为准，熔敷金属厚度为3mm～4mm，混合气体配比为80％氩气Ar+20％二氧化碳CO2，气体纯度氩气Ar≥99.96％、二氧化碳CO2≥99.5％，气体流量18L/min～25L/min。
(2)热焊层焊接，其焊接工艺参数如下：设备选用熊谷MPS500，焊丝选用E81T8-Ni2J/Φ2.0mm，采用半自动焊下向焊工艺，焊接电流190A～250A，焊接电压17V～24V，焊接速度17cm/min～38cm/min，送丝速度为200cm/min～300cm/min，焊丝伸出长度为6mm～20mm，摆幅以焊缝金属熔敷到焊道边缘为准。
(3)填充层焊接，其焊接工艺参数如下：设备选用熊谷MPS500，焊丝选用E81T8-Ni2J/Φ2.0mm，采用半自动焊下向焊工艺，焊接电流190A～250A，焊接电压17V～24V，焊接速度17cm/min～38cm/min，送丝速度为200cm/min～300cm/min，焊丝伸出长度为6mm～20mm，摆幅以焊缝金属熔敷到焊道边缘为准。
(4)盖面层焊接，其焊接工艺参数如下：设备选用熊谷MPS500，焊丝选用E81T8-Ni2J/Φ2.0mm采用半自动焊下向焊工艺，焊接电流190A～250A，焊接电压17V～24V，焊接速度17cm/min～38cm/min，送丝速度为200cm/min～300cm/min，焊丝伸出长度为6mm～20mm，摆幅以焊缝金属熔敷到焊道边缘为准。
采用本发明方法及所属焊接工艺参数对上述管口进行焊接，按照标准Q/SYGJX0110-2007《西气东输二线管道工程线路焊接技术规范》要求，对接接头的检验项目为：外观检查、RT检测和力学性能试验。
检查结果表明：焊缝外观成形均匀一致，焊缝及其附近表面上未出现裂纹、未熔合、气孔、夹渣、凹陷等缺陷；盖面焊缝宽度W比外表面坡口宽度每侧增加0.5mm～2.0mm，错边量≤1/8δ，焊缝表面余高h在0mm～2mm之间，咬边深度在0.2mm～0.5mm之间；外观检查合格后，进行RT检测，符合《西气东输二线管道工程无损检测》射线标准的要求；RT检测合格后，再进行力学性能试验，其拉伸试验、刻槽锤断试验、弯曲试验、低温冲击试验、宏观金相、硬度试验等均符合Q/SY GJX0110-2007标准的要求。
综上所述，本发明可广泛应用于管径不小于300mm的管道流水焊接作业，其有益效果如下：
1、本发明可以改变目前以焊条电弧焊为主的手工焊根焊工艺，提高了根焊焊接速度，解决了制约半自动焊接流水施工作业的瓶颈，大大提高了工作效率，焊接层数减少，焊接速度提高，比手工焊接可以减少三分之一的焊接时间，降低了作业成本。
2、采用本发明实现了根部焊道半自动焊接，明显减少了焊接接头，从而降低焊接缺陷产生的机率，保证焊接质量稳定可靠。
3、采用本发明进行焊接时，在焊接过程中熔池稳定，易在根部产生较大熔深，焊缝两侧熔合良好，有效的解决了环焊接头焊缝背面存在的咬边、凹陷等问题，可保证焊缝表面(正面、背面)平整、成型美观。
4、采用本发明明显降低了焊道表面清理成本，降低了工人劳动强度，实现了焊接施工安全、高效的目的。
5、本发明适用管口组对后的坡口型式可为V型坡口或复合V型坡口或复合U型坡口。

Claims (10)

  1. 【权利要求1】1、一种金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法，包括焊接管口预处理、根焊层焊接、热焊层焊接、填充层焊接和盖面层焊接，其特征在于根焊层焊接按下述步骤进行：采用金属粉芯焊丝和短弧控制技术即RMD，外加保护气体进行管道全位置根部焊道的焊接，其根焊层的焊接工艺参数如下：采用半自动焊下向焊工艺，焊接电流140A至200A，焊接电压15V至18V，焊接速度16cm/min至26cm/min，送丝速度为350cm/min至500cm/min，焊丝伸出长度为8mm至12mm，摆幅以焊缝金属熔敷到焊道边缘为准，根焊层的熔敷金属厚度为3mm至4mm。
  2. 【权利要求2】2、根据权利要求1所述的金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法，其特征在于预处理是对需要焊接的管道坡口进行坡口加工和清洁。
  3. 【权利要求3】3、根据权利要求2所述的金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法，其特征在于管道坡口为不含内衬垫的外根焊坡口，其坡口型式可以是V型坡口或复合V型坡口或复合U型坡口。
  4. 【权利要求4】4、根据权利要求3所述的金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法，其特征在于管道坡口组对后的组对间隙为1.5至2.5mm，管道坡口组对错边量应≤2.3mm，且≯3mm，并应沿管道坡口圆周均匀分布。
  5. 【权利要求5】5、根据权利要求1或2或3或4所述的金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法，其特征在于焊接设备选用美国Miller Pipepro 450RFC或奥太Pulse MIG-500II FR，焊丝选用美国郝伯特公司生产的E70C-6M H4/Φ1.2mm，保护气体采用混合气体，该混合气体配比为80％氩气和20％二氧化碳气，气体纯度：氩气≥99.96％、二氧化碳气≥99.5％，气体流量18L/min至25L/min。
  6. 【权利要求6】6、根据权利要求1或2或3或4所述的金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法，其特征在于热焊层焊接、填充层焊接和盖面层焊接采用药芯自保护焊丝进行，其焊接工艺参数如下：设备选用美国Lincoln DC？00或奥太DC-500II型或熊谷MPS500，焊丝选用E81T8-Ni2J/Φ2.0mm，采用半自动焊下向焊工艺，焊接电流190A至250A，焊接电压17V至24V，焊接速度17cm/min至38cm/min，送丝速度为200cm/min至300cm/min，焊丝伸出长度为6mm至20mm，摆幅以焊缝金属熔敷到焊道边缘为准。
  7. 【权利要求7】7、根据权利要求5所述的金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法，其特征在于热焊层焊接、填充层焊接和盖面层焊接采用药芯自保护焊丝进行，其焊接工艺参数如下：设备选用美国Lincoln DC？00或奥太DC-500II型或熊谷MPS500，焊丝选用E81T8-Ni2J/Φ2.0mm，采用半自动焊下向焊工艺，焊接电流190A至250A，焊接电压17V至24V，焊接速度17cm/min至38cm/min，送丝速度为200cm/min至300cm/min，焊丝伸出长度为6mm至20mm，摆幅以焊缝金属熔敷到焊道边缘为准。
  8. 【权利要求8】8、根据权利要求1或2或3或4所述的金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法，其特征在于焊接前采用感应加热或电加热的方法将管道坡口预热至100℃至200℃，预热宽度以不小于管道坡口两侧各50mm范围内为宜，且保证预热温度均匀；层间温度应为50℃至150℃。
  9. 【权利要求9】9、根据权利要求7所述的金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法，其特征在于焊接前采用感应加热或电加热的方法将管道坡口预热至100℃至200℃，预热宽度以不小于管道坡口两侧各50mm范围内为宜，且保证预热温度均匀；层间温度应为50℃至150℃。
  10. 【权利要求10】10、根据权利要求9所述的金属粉芯焊丝管道根焊半自动焊接方法，其特征在于复合V型坡口的具体参数为：上坡口角度β为10°至15°，下坡口角度α为25°至35°，变坡口拐点距内壁的高度为10±1mm，钝边为0.8mm至1.5mm，间隙为1.5mm至2.5mm，管壁厚为18.4mm。
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