CN104084672A - 海水提升泵***钛管焊接工艺 - Google Patents

海水提升泵***钛管焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及海水提升泵***钛管焊接工艺。海水提升泵***钛管焊接工艺，包括以下步骤：(1)选择封闭的焊接环境；(2)在钛管装配前，用丙酮清理钛管焊缝以及将要使用的焊丝；(3)钛管采用等壁厚V型坡口对接，管路对中，坡口加工时，采用打磨或者机加工的方式，坡口角度50～70°，根部间隙2～4mm，钝边0～1mm；(4)装配完成后，实施背面保护和拖罩保护，保护气选用罐装的99.999％高纯氩，压力不小于25bar；(5)焊接采取两人分段对称焊接的方式进行；(6)熄弧，保护气继续保护，直到表面温度降低至100℃以下。本发明使钛管的焊接质量达到海水提升泵***的使用要求，焊接过程稳定，便于控制，实用性强，能够产生较大的经济效益和社会效益。

Description

海水提升泵***钛管焊接工艺
技术领域
本发明涉及船舶修造领域，尤其涉及海水提升泵***钛管焊接工艺。
背景技术
钛及钛合金以其密度小具有较好的韧性、高温强度、耐腐蚀和加工性能，这些优异的性能被广泛的运用到高端产品的行业中。但是由于在焊接过程中钛合金熔化吸收氧、氮、氢、碳的速度快(钛在250℃以上吸氢，400℃以上吸氧，600℃以上吸氮)，使合金的强度和硬度增加，而塑性和韧性降低，焊缝容易出现脆性断裂；另外，焊接过程中很容易产生气孔，气孔对塑性、断裂韧性、冲击韧性及疲劳强度方面都有较大的恶劣影响，同时也还存在氧化、杂质等缺陷，这些问题都给焊接带来了一定的难度。焊接过程控制要求高、难度大，导致焊接的质量很难达到要求。
对于FPSO(Floating Production Storage&Offloading的缩写，中文译名是“浮式生产储油卸油装置”)海水提升泵除污***的焊接，该***管系材料为钛合金(ASTM B861GR2)，由于该***的工作环境比较复杂，从海水中经过大仓再到甲板面的露天环境，每个环境都有不同的介质和不同的温度，管内的材料也具有一定的腐蚀性，而且FPSO作为海上大型的浮式生产储存卸货平台长期在在海上作业，维修一次的难度和成本非常高，所以该***对母材以及焊接质量的要求比较高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供海水提升泵***钛管焊接工艺，其控制流程合理，使钛管的焊接质量达到海水提升泵***的使用要求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
海水提升泵***钛管焊接工艺，其特征在于包括以下步骤：(1)选择封闭的焊接环境，该焊接环境洁净、独立，空气的湿度不超过60％，温度不低于15℃；(2)在钛管装配前，用丙酮清理钛管焊缝上及其附近的所有水锈、熔渣、氧化物或其他外来金属，擦洗钛管以及将要使用的焊丝；(3)钛管采用等壁厚V型坡口对接，管路对中，对中偏差不能超过0.75mm，坡口加工时，采用打磨或者机加工的方式，切割边缘确保光滑平整，坡口角度50～70°，根部间隙2～4mm，钝边0～1mm；(4)钛管装配完成后，实施背面保护和拖罩保护，保护气选用罐装的99.999％高纯氩，压力不小于25bar；(5)在背面保护和拖罩保护状态下焊接，焊接保护区域风速不超过1米/秒，采取分段对称焊接的方式进行；(6)熄弧，保护气继续保护，直到表面温度降低至100℃以下。
进一步地，所述第(2)步骤包括：在钛管装配前，通过带有丙酮的干净无棉布擦洗掉焊缝上以及焊缝附近的所有水锈、熔渣、氧化物或其他外来金属，焊缝两端100mm区域内的钛管内外都用丙酮擦洗干净，将要使用的焊丝也经过同样的清洗工作，以上清洁过程中操作者均穿戴白色的棉布手套，禁止用手直接接触管件和焊材。
进一步地，所述第(3)步骤还包括：坡口加工时，检查切割边缘，确保光滑平整，没有裂纹、缺口和其他影响焊接质量的缺陷，坡口缺陷的处理通过用手动工具打磨掉或者用钨极直接将表面的打磨痕迹、裂纹、不整齐的地方熔化掉，然后再抛光，绝对不允许补焊。
优选地，所述的拖罩保护指的是拖罩与钛管接触紧密，焊枪和拖罩分别由专人负责，拖罩随焊枪的移动而相应移动以确保焊接过程的气体保护。
进一步地，背面保护和拖罩保护的气体流量均为25L/min。
优选地，所述第(5)步骤的焊接开始前，用测氧仪测量钛管内部的氧气含量，当氧气含量低于0.002％的情况下保持至少10分钟才开始焊接。
优选地，所述第(5)步骤焊接过程中每个焊道的宽度不超过10mm。
优选地，所述第(5)步骤焊接过程中各个焊层的起始点和终止点处于圆周的不同位置。
优选地，所述第(5)步骤焊接过程的焊接参数如下：打底层采用GTAW的焊接方法，选用直径为2.4mm的级别为ERTi-2、牌号是TI-2的焊材，电流极性是DCEN，电流范围65～79A，电压范围8～10V，焊接速度是35-45mm/min，热输入是0.7-1.4kj/mm；填充层采用GTAW的焊接方法，选用直径为2.4mm的级别为ERTi-2、牌号是TI-2的焊材，电流极性是DCEN，电流范围73～86A，电压范围8～10V，焊接速度是44-70mm/min，热输入是0.5-1.2kj/mm；盖面层采用GTAW的焊接方法，选用直径为2.4mm的级别为ERTi-2、牌号是TI-2的焊材，电流极性是DCEN，电流范围75～85A，电压范围8～10V，焊接速度是36-45mm/min，热输入是0.8-1.4kj/mm。
进一步地，所述第(5)步骤的焊接过程中，用点温计持续检测层温，保证层间温度最高为100℃。
通过本发明的钛管焊接工艺，可以有效避免钛管焊接过程中对氧、氮、氢、碳等的吸收，以及避免焊接过程的气孔产生，达到高质量的焊接效果，使钛管的焊接质量达到海水提升泵***的使用要求，焊接过程稳定，便于控制，实用性强，能够产生较大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是海水提升泵***钛管焊接坡口结构示意图；
图2a是实施例1的海水提升泵***钛管焊接工艺分段焊接示意图一；
图2b是实施例1的海水提升泵***钛管焊接工艺分段焊接示意图二；
图3是实施例3的试验位置示意图，图中标示部位的单位为mm；
其中，各标注表示的含义是：
A、B、C、D分别表示各个定位焊焊点；E、F分别表示试验部位；
α-坡口角度，b-根部间隙，c-钝边。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例的海水提升泵***钛管焊接工艺，其特征在于包括以下步骤：
(1)选择一个封闭的焊接环境，该焊接环境满洁净、独立，空气的湿度不超过60％，温度不低于15℃，焊接的过程中必须避免其他气流的影响。
(2)在钛管装配前，通过带有丙酮的干净无棉布擦洗掉焊缝上以及焊缝附近的所有水锈、熔渣、氧化物或其他外来金属，焊缝两端100mm区域内的钛管内外都用丙酮擦洗干净，将要使用的焊丝也经过同样的清洗工作，以上清洁过程中操作者均穿戴白色的棉布手套，禁止用手直接接触管件和焊材。
(3)钛管采用等壁厚V型坡口对接，管路对中，对中偏差不能超过0.75mm，坡口加工时，采用打磨或者机加工的方式，检查切割边缘，确保光滑平整，没有裂纹、缺口和其他影响焊接质量的缺陷，用手动工具或用钨极直接将坡口端部表面的打磨痕迹、裂纹和不整齐的地方去除，然后抛光，绝对不允许补焊，坡口角度α为50～70°，根部间隙b＝2～4mm，钝边c＝0～1mm，如图1所示。
(4)钛管装配完成后，实施背面保护和拖罩保护，保护气选用罐装的99.999％高纯氩，压力不小于25bar，气体流量均为25L/min，对于拖罩保护，可以将拖罩固定在焊枪上，也可以由专人负责拖罩的移动。优选地，拖罩与钛管接触紧密，焊枪和拖罩分别由专人负责，拖罩随焊枪的移动而相应移动以确保焊接过程的气体保护。
(5)在背面保护和拖罩保护状态下焊接，焊接保护区域风速不超过1米/秒，采取分段对称焊接的方式进行，如图2a或图2b所示，先进行定位焊(定位焊点分别是ABC或ABCD)，然后两人分别从6点位置向12点位置进行对称焊。优选地，在焊接开始前，用测氧仪测量钛管内部的氧气含量，当氧气含量低于0.002％的情况下保持至少10分钟才开始焊接。焊接时，每个焊道的宽度不超过10mm，且各个焊层的起始点和终止点处于圆周的不同位置，进一步提高焊接质量。本实施例所选用的焊接参数如下表1，焊接时用点温计持续检测层温，保证层间温度最高为100℃。
表1 焊接参数表
(6)熄弧，保护气继续保护，直到表面温度降低至100℃以下。
采用本实施例的海水提升泵***钛管焊接工艺焊接的钛管用于由我公司与SBM公司合作的两条FPSO改装项目的海上提升泵***中，由于钛管的焊接质量得到了很好的控制，得到了SBM船东和ABS验船师的一致认可。
实施例2
对实施例1焊接的钛管(规格ф60.3×5.54mm，牌号B861Gr.2)进行力学性能测试，试验的环境温度为24℃，结果如下表2：
表2 焊接后的钛管力学性能测试结果
以ASME作为检测标准，以上力学性能测试合格。
实施例3
对实施例1焊接的钛管(规格ф60.3×5.54mm，牌号B861Gr.2)进行力学性能测试，试验的环境温度为25℃，试验结果硬度(HV10)如下表3：
表3 焊接后的钛管硬度测试结果
以ASME作为检测标准，以上硬度测试合格。
实施例4
实施例1焊接的钛管(规格ф60.3×5.54mm，牌号B861Gr.2)进行金相检测，试验的环境温度为24℃，试验方法如下：在试管上截取宏观金相试样2件，将试样磨平，磨光后用氢氟酸(0.5mL)、盐酸(1.5mL)、硝酸(2.5mL)和水(95.5mL)溶液侵蚀，然后清洗、吹干，肉眼观察。经检查，未发现明显焊接缺陷。以ASME作为检测标准，金相检测合格。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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.海水提升泵***钛管焊接工艺，其特征在于包括以下步骤：
(1)选择封闭的焊接环境，该焊接环境洁净、独立，空气的湿度不超过60％，温度不低于15℃；
(2)在钛管装配前，用丙酮清理钛管焊缝上及其附近的所有水锈、熔渣、氧化物或其他外来金属，擦洗钛管以及将要使用的焊丝；
(3)钛管采用等壁厚V型坡口对接，管路对中，对中偏差不能超过0.75mm，坡口加工时，采用打磨或者机加工的方式，切割边缘确保光滑平整，坡口角度50～70°，根部间隙2～4mm，钝边0.5～1mm；
(4)钛管装配完成后，实施背面保护和拖罩保护，保护气选用罐装的99.999％高纯氩，压力不小于25bar；
(5)在背面保护和拖罩保护状态下焊接，焊接保护区域风速不超过1米/秒，采取分段对称焊接的方式进行；
(6)熄弧，保护气继续保护，直到表面温度降低至100℃以下。
2.根据权利要求1所述的海水提升泵***钛管焊接工艺，其特征在于，所述第(2)步骤包括：在钛管装配前，通过带有丙酮的干净无棉布擦洗掉焊缝上以及焊缝附近的所有水锈、熔渣、氧化物或其他外来金属，焊缝两端100mm区域内的钛管内外都用丙酮擦洗干净，将要使用的焊丝也经过同样的清洗工作，以上清洁过程中操作者均穿戴白色的棉布手套，禁止用手直接接触管件和焊材。
3.根据权利要求1所述的海水提升泵***钛管焊接工艺，其特征在于，所述第(3)步骤还包括：坡口加工时，检查切割边缘，确保光滑平整，没有裂纹、缺口和其他影响焊接质量的缺陷，坡口缺陷的处理通过用手动工具打磨掉或者用钨极直接将表面的打磨痕迹、裂纹、不整齐的地方熔化掉，然后再抛光，绝对不允许补焊。
4.根据权利要求1所述的海水提升泵***钛管焊接工艺，其特征在于，所述的拖罩保护指的是拖罩与钛管接触紧密，焊枪和拖罩分别由专人负责，拖罩随焊枪的移动而相应移动以确保焊接过程的气体保护。
5.根据权利要求1所述的海水提升泵***钛管焊接工艺，其特征在于，背面保护和拖罩保护的气体流量均为25L/min。
6.根据权利要求1所述的海水提升泵***钛管焊接工艺，其特征在于，所述第(5)步骤的焊接开始前，用测氧仪测量钛管内部的氧气含量，当氧气含量低于0.002％的情况下保持至少10分钟才开始焊接。
7.根据权利要求1所述的海水提升泵***钛管焊接工艺，其特征在于，所述第(5)步骤焊接过程中每个焊道的宽度不超过10mm。
8.根据权利要求1所述的海水提升泵***钛管焊接工艺，其特征在于，所述第(5)步骤焊接过程中各个焊层的起始点和终止点处于圆周的不同位置。
9.根据权利要求1所述的海水提升泵***钛管焊接工艺，其特征在于，所述第(5)步骤焊接过程的焊接参数如下：打底层采用GTAW的焊接方法，选用直径为2.4mm的级别为ERTi-2、牌号是TI-2的焊材，电流极性是DCEN，电流范围65～79A，电压范围8～10V，焊接速度是35-45mm/min，热输入是0.7-1.4kj/mm；填充层采用GTAW的焊接方法，选用直径为2.4mm的级别为ERTi-2、牌号是TI-2的焊材，电流极性是DCEN，电流范围73～86A，电压范围8～10V，焊接速度是44-70mm/min，热输入是0.5-1.2kj/mm；盖面层采用GTAW的焊接方法，选用直径为2.4mm的级别为ERTi-2、牌号是TI-2的焊材，电流极性是DCEN，电流范围75～85A，电压范围8～10V，焊接速度是36-45mm/min，热输入是0.8-1.4kj/mm。
10.根据权利要求9所述的海水提升泵***钛管焊接工艺，其特征在于，所述第(5)步骤的焊接过程中，用点温计持续检测层温，保证层间温度最高为100℃。
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