CN104128696A - 一种钛管道氩弧焊接工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钛管道氩弧焊接工艺方法，其中，工艺方法包括的步骤为：加工坡口、桥式点固焊缝、向钛管充入氩气、铝箔封闭焊缝、向拖罩充入氩气、控制焊接参数以及在收弧时延时送氩气，该工艺方法能够有效提高焊接接头的强度、塑性和韧性，而且还能防止焊缝处产生裂纹、气孔及表面氧化的缺陷。

Description

一种钛管道氩弧焊接工艺方法
技术领域
本发明涉及一种焊接工艺方法，尤其是一种对钛管道进行氩弧焊接的焊接工艺方法。
背景技术
氩气是化学性质极不活跃的惰性气体。钛管道焊接时，作为保护气体，隔离钛与焊接接头区域周围的空气接触，特别是防止钛管焊接接头在400℃以上高温时的氧化。采用保护气体外拖罩，有效地避免了焊缝金属外表面在高温时的氧化。
钛是一种银白色非磁性金属，比重轻，塑性和韧性好，具有良好的耐热性和独特的抗腐蚀性。在日益发展的石油、化工项目中，工业纯钛多用于制作特殊的高温耐腐蚀性容器、管道及部件。钛的化学性能活泼，固态温度400℃以上时，与氧、氮、氢、碳亲和力极强；其焊接性能较差，焊接时，若高温停留时间过长，易形成过热，产生晶粒粗大，造成焊接接头强度和塑性、韧性急剧下降，而且还极易产生裂纹、气孔及表面氧化缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在钛管道焊接过程中焊接接头强度和塑性、韧性低，而且还极易产生裂纹、气孔及表面氧化的缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钛管道氩弧焊接工艺方法，包括如下步骤：
步骤1，开始焊接前，先用立式铣刀对钛管道的焊接面进行坡口加工，再对坡口进行接头组对，在坡口上部点固焊，形成桥式点固焊缝；
步骤2，准备焊接时，须提前2～3分钟向被焊钛管道内充氩，排除钛管道内的空气后，在桥式点固焊缝上封闭一层铝箔；
步骤3，开始焊接时，提前20～40秒向封闭式活动拖罩内充入氩气，设定焊接电流为120A；
步骤4，利用电子脉冲引弧，沿焊缝拖拽封闭式活动拖罩与焊接操作同时进行，且速度保持一致，在焊接遇到桥式点固焊时，将桥式点固焊打磨掉，控制焊枪的摆动频率在12～15次/分钟，控制焊接速度在90～120mm/min，焊接线能量小于12.5KJ/cm；
步骤5，焊接收弧时，填满弧坑，焊枪以及封闭式活动拖罩延时送气30～50秒，并在焊缝金属冷却到400℃以下停止向封闭式活动拖罩内送气。
采用立式铣刀加工坡口，避免角向磨光机、车床、高速坡口机加工坡口时形成的过烧现象；采用桥式点固焊易于打磨清除，提高焊缝的焊接质量；采用在准备焊接时提前2～3分钟向被焊钛管道内充氩，并在桥式点固焊缝上封闭一层铝箔，以及在开始焊接时，提前20～40秒向封闭式活动拖罩内充入氩气，能够在焊接区域形成区域保护，有效防止焊缝及热影响区发生氧化、产生焊接缺陷；利用电子脉冲引弧在保证了焊接引弧顺利的同时，有效地保护了操作工人的身体健康；采用沿焊缝拖拽封闭式活动拖罩与焊接操作同时进行，且速度保持一致，并控制焊枪的摆动频率在12～15次/分钟，控制焊接速度在90～120mm/min，焊接线能量小于12.5KJ/cm，能够有效防止焊接过程中焊接接头强度和塑性、韧性较低，还易产生裂纹、气孔的问题；在焊接收弧时，焊枪以及封闭式活动拖罩延时送气30～50秒，并在焊缝金属冷却到400℃以下停止向封闭式活动拖罩内送气，能够有效避免焊缝金属高温氧化。
作为本发明的进一步限定方案，步骤4中，若对钛管道进行多层焊接时，还须控制层间温度小于100℃。控制层间温度小于100℃，能够保证焊缝金属色泽为银白色，进一步提高了焊缝的质量。
作为本发明的进一步限定方案，封闭式活动拖罩有两种，分别为局部封闭式活动拖罩和全封闭式活动拖罩；局部封闭式活动拖罩适用于DN100以上规格的钛管道焊接；全封闭式活动拖罩适用于DN100以下规格的钛管道焊接。
作为本发明的进一步限定方案，局部封闭式活动拖罩包括罩壳和气体接入管，罩壳包括后侧罩板、前侧罩板、左侧罩板、右侧罩板和顶侧罩板，后侧罩板、左侧罩板和右侧罩板垂直安装在顶侧罩板上，前侧罩板向前倾斜后安装在顶侧罩板上，气体接入管由后侧罩板***罩壳内，左侧罩板和右侧罩板的下侧边缘为相同弧度的弧形边缘，后侧罩板和前侧罩板的下侧边缘分别设有弧度相同的后弧形缺口和前弧形缺口。采用气体接入管将惰性气体通入，能够对焊接处进行局部保护，防止焊接处发生氧化；采用后侧罩板、前侧罩板、左侧罩板、右侧罩板和顶侧罩板构成罩壳，将通入的气体罩在罩壳内，对焊接处进行区域保护；将左侧罩板和右侧罩板的下侧边缘设置为相同弧度的弧形边缘，能够适用于大口径、弯头、三通或异径管等管件的焊接要求；在后侧罩板和前侧罩板的下侧边缘设置弧度相同的后弧形缺口和前弧形缺口，能够限定焊枪的位置，有效提高手工焊接的质量。
所述罩壳内装有金属丝网；该金属丝网在顶侧罩板的内侧；气体接入管在罩壳内的出气口位于金属丝网与顶侧罩板之间的空隙内。金属丝网是由多片单层金属丝网叠加构成。惰性气体通入罩壳内后，经金属丝网均匀弥散在罩壳内，可以保证罩壳内气体均匀度。同时，金属丝网可以采用常见的金属丝网成品，而且可以由多层金属丝网层叠，这样可以保证丝网通孔的密度更大，有效单位通气面积更小，均匀度更好。
作为本发明的进一步限定方案，后弧形缺口和前弧形缺口的宽度为3～5mm，高度为2～3mm。将后弧形缺口和前弧形缺口的宽度设置在3～5mm范围内，将高度设置在2～3mm的范围内，能够进一步提高手工焊接的标准度。
作为本发明的进一步限定方案，全封闭式活动拖罩包括后罩、弧形顶罩和气体接入管，所述后罩包括尾部罩板、上侧罩板、下侧罩板、左侧罩板和右侧罩板，上侧罩板、下侧罩板、左侧罩板和右侧罩板呈喇叭状安装在尾部罩板上，气体接入管穿过尾部罩板后与拖罩内相通，左侧罩板和右侧罩板在喇叭口处都设有半径相等的后罩半圆形缺口，上侧罩板和下侧罩板在喇叭口处都设有后罩安装翻边，弧形顶罩包括弧形板以及沿弧形板两侧的弧形边缘设置的弧形翻边，弧形板上设有焊接窗口，弧形板的两端分别设有与后罩安装翻边相对应的顶罩安装翻边，后罩半圆形缺口与弧形翻边拼接为一个完整的圆形。采用后罩和弧形顶罩包裹在圆形焊接处的周围，并通过气体接入管将保护气体引入，增强了保护气体的停留时间，明显提高了焊接保护效果；采用后罩安装翻边与顶罩安装翻边对应安装，能够快速实现用全封闭式活动拖罩的安装，提高了工作效率。
所述后罩内装有金属丝网；该金属丝网在尾部罩板的内侧；气体接入管在拖罩内的出气口位于金属丝网与尾部罩板之间的空隙内。金属丝网是由多片单层金属丝网叠加构成。惰性气体通入拖罩内后，经金属丝网均匀弥散在拖罩内，可以保证拖罩内气体均匀度。同时，金属丝网可以采用常见的金属丝网成品，而且可以由多层金属丝网层叠，这样可以保证丝网通孔的密度更大，有效单位通气面积更小，均匀度更好。
作为本发明的进一步限定方案，后罩半圆形缺口和弧形翻边的半径为50～100mm。在该范围内设定不同型号的用全封闭式活动拖罩，能够根据实际需要确定适用的型号，提高了拖罩的适用性。
本发明的有益效果在于：(1)采用立式铣刀加工坡口，避免角向磨光机、车床、高速坡口机加工坡口时形成的过烧现象；(2)采用桥式点固焊易于打磨清除，提高焊缝的焊接质量；(3)采用提前充入氩气，能够在焊接区域形成区域保护，有效防止焊缝及热影响区发生氧化、产生焊接缺陷；(4)采用铝箔封闭在桥式点固焊缝上，相比下胶带封闭易受热变形产生有害气体；(5)利用电子脉冲引弧在保证了焊接引弧顺利的同时，有效地保护了操作工人的身体健康；(6)采用沿焊缝拖拽局部封闭式活动拖罩与焊接操作同时进行，且速度保持一致，并控制焊枪的摆动频率在12～15次/分钟，控制焊接速度在90～120mm/min，焊接线能量小于12.5KJ/cm，能够有效防止焊接过程中焊接接头强度和塑性、韧性较低，还易产生裂纹、气孔的问题；(7)在焊接收弧时，焊枪以及封闭式活动拖罩延时送气30～50秒，并在焊缝金属冷却到400℃以下停止向封闭式活动拖罩内送气，能够避免焊缝金属高温氧化；(8)采用局部封闭式活动拖罩能够满足焊接大口径管道的要求，尤其是用于钛管道氩弧焊接的工艺要求；(9)采用全封闭式活动拖罩能够满足焊接小口径管道的焊接要求。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的局部封闭式活动拖罩结构示意图；
图3为本发明的全封闭式活动拖罩结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的钛管道氩弧焊接工艺方法包括如下步骤：
步骤1，开始焊接前，首先用立式铣刀对钛管道的焊接面进行坡口加工，采用立式铣刀加工坡口，能够避免角向磨光机、车床、高速坡口机加工坡口时形成的过烧现象，然后再对坡口进行接头组对，在坡口上部点固焊，形成桥式点固焊缝，由于采用传统的点固焊时，保护气体对点固焊缝保护作用不够(此时坡口周围的空气比例高)，点固焊缝易产生气孔、氧化等缺陷，而采用本发明的过桥点固焊技术，即在坡口上部点固焊，形成桥式点固焊缝，当焊接到桥式点固焊位置时，打磨清除掉点固焊缝即可，从而确保根层焊缝焊接质量；
步骤2，准备焊接时，须提前2～3分钟向被焊钛管道内充氩，排除钛管道内的空气后，在桥式点固焊缝上封闭一层铝箔，在钛管道内充氩，能够防止内部发送氧化，影响焊接质量，并在桥式点固焊缝上封闭一层铝箔，防止氩气漏出，同时采用铝箔封闭，相比于传统工艺采用的胶带封闭，焊接时不会产生有害气体，从而保证焊缝质量和操作人员的健康；
步骤3，开始焊接时，提前20～40秒向封闭式活动拖罩内充入氩气，一般在30秒时在封闭式活动拖罩内就能充满气体，采用提前20～40秒向封闭式活动拖罩内充入氩气，能够有效防止焊接时焊缝出现氧化，设定焊接电流为120A，采用120A的焊接电流，能够满足小线能量焊接工艺要求；
步骤4，利用电子脉冲引弧，采用电子脉冲引弧在保证了焊接引弧顺利的同时，有效地保护了操作工人的身体健康，沿焊缝拖拽封闭式活动拖罩与焊接操作同时进行，且速度保持一致，如此协同合作，不仅能够保证焊接质量，而且能够提高焊接效率，在焊接遇到桥式点固焊时，将桥式点固焊打磨掉，控制焊枪的摆动频率在12～15次/分钟，控制焊接速度在90～120mm/min，焊接线能量小于12.5KJ/cm，将焊接参数控制在上述范围内，能够有效防止焊接过程中焊接接头强度和塑性、韧性较低以及产生裂纹、气孔的问题；
在对钛管道的坡口进行焊接时，对焊接处的裂纹进行了检测，采用的焊接参数为：设定的焊接电流为120A，控制焊枪的摆动频率在13次/分钟，控制焊接速度在115mm/min，并将焊接线能量控制在小于11.8KJ/cm，上述焊接完成后，采集了3个焊接点，在镜面研磨后进行电解腐蚀，再使用光学显微镜以500倍的倍率观察并无裂纹产生。
步骤5，焊接收弧时，填满弧坑，焊枪以及封闭式活动拖罩延时送气30～50秒，并在焊缝金属冷却到400℃以下停止向封闭式活动拖罩内送气，能够有效避免焊缝金属高温氧化。
为了能够进一步提高焊缝的焊接质量，在步骤4中，若对钛管道进行多层焊接时，还须控制层间温度小于100℃，通过控制层间温度小于100℃，能够保证焊缝金属色泽为银白色，保证了焊缝的焊接质量。
如图2所示，本发明的局部封闭式活动拖罩包括罩壳3和气体接入管11，罩壳3包括后侧罩板4、前侧罩板5、左侧罩板14、右侧罩板15和顶侧罩板6，后侧罩板4、左侧罩板14和右侧罩板15垂直安装在顶侧罩板6上，前侧罩板5向前倾斜后安装在顶侧罩板6上，采用后侧罩板4、前侧罩板5、左侧罩板14、右侧罩板15和顶侧罩板6共同围成罩壳3，气体接入管11由后侧罩板4***罩壳3内，通过气体接入管11将惰性气体通入，能够对焊接处进行局部保护，防止焊接处发生氧化，左侧罩板14和右侧罩板15的下侧边缘为相同弧度的弧形边缘，采用弧形边缘能够适用于大口径、弯头、三通或异径管等管件的焊接要求，在后侧罩板4和前侧罩板5的下侧边缘设置了弧度相同的后弧形缺口7和前弧形缺口8，采用后弧形缺口7和前弧形缺口8能够限定焊枪的位置，有效提高手工焊接的质量，在实际使用时，可根据实际需要将后弧形缺口7和前弧形缺口8的宽度设置为3～5mm，高度设置为2～3mm。
所述罩壳内装有金属丝网；该金属丝网在顶侧罩板的内侧；气体接入管在罩壳内的出气口位于金属丝网与顶侧罩板之间的空隙内。金属丝网是由多片单层金属丝网叠加构成。
如图3所示，本发明的全封闭式活动拖罩包括后罩1、弧形顶罩2和气体接入管11，后罩1包括尾部罩板16、上侧罩板12、下侧罩板13、左侧罩板14和右侧罩板15，上侧罩板12、下侧罩板13、左侧罩板14和右侧罩板15呈喇叭状安装在尾部罩板16上，气体接入管11穿过尾部罩板16后与拖罩内相通，利用气体接入管11向全封闭式活动拖罩内通入保护气体，由于后罩1和弧形顶罩2构成全封闭结构，所以保护气体将在全封闭式活动拖罩内停留较长时间，从而提高了焊接保护效果，在左侧罩板14和右侧罩板15在喇叭口处都设有半径相等的后罩半圆形缺口17，在上侧罩板12和下侧罩板13在喇叭口处都设有后罩安装翻边18，弧形顶罩2包括弧形板24以及沿弧形板24两侧的弧形边缘设置的弧形翻边21，弧形板24上设有焊接窗口23，操作人员可通过焊接窗口23对焊缝处进行焊接，弧形板24的两端分别设有与后罩安装翻边18相对应的顶罩安装翻边22，后罩半圆形缺口17与弧形翻边21拼接为一个完整的圆形，采用后罩半圆形缺口17和弧形翻边21，能够使全封闭式活动拖罩能够更加贴合焊接对象的柱状表面，进一步提高全封闭式活动拖罩的密封性能，提高气体对焊接处的保护效果。在实际应用时，可将后罩半圆形缺口17和弧形翻边21的半径设置在50～100mm的范围内，这样就能够根据实际焊接时不同直径的焊接对象选择不同的全封闭式活动拖罩型号，提供了全封闭式活动拖罩的适用性。
所述后罩内装有金属丝网；该金属丝网在尾部罩板的内侧；气体接入管在拖罩内的出气口位于金属丝网与尾部罩板之间的空隙内。金属丝网是由多片单层金属丝网叠加构成。
在具体工程中：
在某2万吨/年环氧丙烷装置426米钛管道焊接中，运用本工法，焊接一次合格率达98.96％，施工质量优良，缩短工期28天，降低工程成本8万元。
在某10万吨/年离子膜烧碱装置960米钛管道焊接工程中，运用本工法，焊接一次合格率达98.2％以上，施工质量良好；缩短工期48天，减少工人工资成本12万元。
在某6万吨/年环氧丙烷装置1150米钛管道焊接工程中，运用本工法，焊接质量优良，焊接一次合格率达98.6％以上；装置投料试车一次成功；缩短工期56天，降低成本18万元。

Claims (9)

1.一种钛管道氩弧焊接工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，开始焊接前，先用立式铣刀对钛管道的焊接面进行坡口加工，再对坡口进行接头组对，在坡口上部点固焊，形成桥式点固焊缝；
步骤2，准备焊接时，须提前2～3分钟向被焊钛管道内充氩，排除钛管道内的空气后，在桥式点固焊缝上封闭一层铝箔；
步骤3，开始焊接时，提前20～40秒向封闭式活动拖罩内充入氩气，设定焊接电流为120A；
步骤4，利用电子脉冲引弧，沿焊缝拖拽封闭式活动拖罩与焊接操作同时进行，且速度保持一致，在焊接遇到桥式点固焊时，将桥式点固焊打磨掉，控制焊枪的摆动频率在12～15次/分钟，控制焊接速度在90～120mm/min，焊接线能量小于12.5KJ/cm；
步骤5，焊接收弧时，填满弧坑，焊枪以及封闭式活动拖罩延时送气30～50秒，并在焊缝金属冷却到400℃以下停止向封闭式活动拖罩内送气。
2.根据权利要求1所述的钛管道氩弧焊接工艺方法，其特征在于，步骤4中，若对钛管道进行多层焊接时，还须控制层间温度小于100℃。
3.根据权利要求1所述的钛管道氩弧焊接工艺方法，其特征在于，所述封闭式活动拖罩有两种，分别为局部封闭式活动拖罩和全封闭式活动拖罩；局部封闭式活动拖罩适用于DN100以上规格的钛管道焊接；全封闭式活动拖罩适用于DN100以下规格的钛管道焊接。
4.根据权利要求3所述的钛管道氩弧焊接工艺方法，其特征在于，所述局部封闭式活动拖罩包括罩壳(3)和气体接入管(11)，所述罩壳(3)包括后侧罩板(4)、前侧罩板(5)、左侧罩板(14)、右侧罩板(15)和顶侧罩板(6)，所述后侧罩板(4)、左侧罩板(14)和右侧罩板(15)垂直安装在顶侧罩板(6)上，所述前侧罩板(5)向前倾斜后安装在顶侧罩板(6)上，所述气体接入管(11)由后侧罩板(4)***罩壳(3)内，所述左侧罩板(14)和右侧罩板(15)的下侧边缘为相同弧度的弧形边缘，所述后侧罩板(4)和前侧罩板(5)的下侧边缘分别设有弧度相同的后弧形缺口(7)和前弧形缺口(8)。
5.根据权利要求4所述的钛管道氩弧焊接工艺方法，其特征在于：所述罩壳(3)内装有金属丝网；该金属丝网在顶侧罩板(6)的内侧；气体接入管(11)在罩壳(3)内的出气口位于金属丝网与顶侧罩板(6)之间的空隙内。
6.根据权利要求4所述的钛管道氩弧焊接工艺方法，其特征在于，所述后弧形缺口(7)和前弧形缺口(8)的宽度为3～5mm，高度为2～3mm。
7.根据权利要求3所述的钛管道氩弧焊接工艺方法，其特征在于，所述全封闭式活动拖罩包括后罩(1)、弧形顶罩(2)和气体接入管(11)，所述后罩(1)包括尾部罩板(16)、上侧罩板(12)、下侧罩板(13)、左侧罩板(14)和右侧罩板(15)，所述上侧罩板(12)、下侧罩板(13)、左侧罩板(14)和右侧罩板(15)呈喇叭状安装在尾部罩板(16)上，所述气体接入管(11)穿过尾部罩板(16)后与拖罩内相通，所述左侧罩板(14)和右侧罩板(15)在喇叭口处都设有半径相等的后罩半圆形缺口(17)，所述上侧罩板(12)和下侧罩板(13)在喇叭口处都设有后罩安装翻边(18)，所述弧形顶罩(2)包括弧形板(24)以及沿弧形板(24)两侧的弧形边缘设置的弧形翻边(21)，所述弧形板(24)上设有焊接窗口(23)，所述弧形板(24)的两端分别设有与后罩安装翻边(18)相对应的顶罩安装翻边(22)，所述后罩半圆形缺口(17)与弧形翻边(21)拼接为一个完整的圆形。
8.根据权利要求7所述的钛管道氩弧焊接工艺方法，其特征在于：所述后罩(1)内装有金属丝网；该金属丝网在尾部罩板(16)的内侧；气体接入管(11)在拖罩内的出气口位于金属丝网与尾部罩板(16)之间的空隙内。
9.根据权利要求7所述的钛管道氩弧焊接工艺方法，其特征在于，所述后罩半圆形缺口(17)和弧形翻边(21)的半径为50～100mm。
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