CN108620716A - 一种转化炉管道的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转化炉管道的焊接工艺，包括以下步骤：a）对管道进行切割；b）焊前清理与保护；c）组对管道采用定位卡具；d）对转化炉的炉管进行焊接；e）对转化炉的热壁管与冷壁管进行焊接。本发明主要针对MAN900材料的特点，提供一套新的焊接工艺，具有解决MAN900材料的焊接热裂纹和过热区域晶粒长大、焊接接头的“等强度”、再热裂纹、焊缝和热影响区的强度和塑性达不到母材金属的合格水平等问题，确保焊接接头具有优良的抗蠕变性能和较高的抗热冲击性能，极大提高MAN900管材的使用寿命，确保装置安全生产等多个优点。

Description

一种转化炉管道的焊接工艺

技术领域

本发明属于管道焊接技术领域，特别涉及一种适用于石油石化化工领域的转化炉管道焊接工艺。

背景技术

镍基高温合金不仅具有良好的高温力学性能，同时还具有良好的耐腐蚀性能，MAN900作为高温镍基材料25Cr-32Ni材料的改良，具有更好的抗蠕变性能和较高的抗热冲击性能，时效后良好的延伸性能，被广泛用于石油化工装置制氢转化炉中，而解决MAN900材料的焊接热裂纹和过热区域晶粒长大、焊接接头的”等强度”、再热裂纹、焊缝和热影响区的强度和塑性达不到母材金属的合格水平等问题，一直都是各国厂家重点研究问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种主要针对MAN900材料的焊接，能够有效避免产生热裂纹，确保获得优良焊接接头的转化炉管道的焊接工艺。

本发明的技术方案是这样实现的：一种转化炉管道的焊接工艺，其特征在于：包括以下步骤：

a）对管道进行切割，按照管道厚度的不同，分别采用单边V型坡口或单边双V型坡口；

b）焊前清理与保护，对坡口及两侧一定范围内的区域进行清理，并且在施焊前涂刷保护剂；

c）组对管道采用定位卡具，所述定位卡具包括卡环以及与卡环连接的定位调整结构，所述卡环用于卡接固定在组对焊接中任一待焊接管道的端部，所述定位调整结构用于将组对焊接中另一待焊接管道进行定位夹紧；

d）对转化炉的炉管进行焊接，所述炉管为MAN900材料，首先在热壁管的主管内设置堵板，通过堵板与各炉管内的孔板之间整体形成相对封闭的空间，在热壁管内布置多根充气管道，多根充气管道穿过堵板，用于向封闭空间内充入保护气，对炉管与热壁管凸台焊接时背面进行保护，当所有炉管焊接完成后，通过连接在堵板上的牵引件将设置在热壁管主管内的堵板取出；

e）对转化炉的热壁管与冷壁管进行焊接，首先在热壁管和冷壁管内分别设置堵板，两个堵板布置在组对管道待焊接的焊缝两侧，且两个堵板之间的管道内形成相对密闭的空间，通过气体喷头向密封空间内充入保护气，对热壁管与冷壁管焊接时背面进行保护，当焊接完成后，通过连接在堵板上的牵引件将设置在热壁管和冷壁管内的堵板取出。

本发明所述的转化炉管道的焊接工艺，其在所述步骤a）中，管道的坡口采用线坡口切割机切割成V型坡口，当管道壁厚T≤19mm时，所述坡口采用单边V型坡口，其坡口角度为37.5°±2.5；当管道壁厚T＞19时，所述坡口采用单边双V型坡口，其第一级坡口角度为37.5°±2.5，第二级坡口角度为10°±1。

本发明所述的转化炉管道的焊接工艺，其在所述步骤b）中，用不锈钢丝刷或专用砂轮机进行清理，清理区域为对应坡口及两侧各100mm范围内，再用丙酮清洗干净，焊条电弧焊时，坡口两侧各100mm范围内，采用在施焊前涂刷防护剂防止焊接飞溅物沾污焊件表面的措施。

本发明所述的转化炉管道的焊接工艺，其在所述步骤c）中，管道组对时，焊件应用枕木或橡胶板铺垫隔离地面，采用材质为MAN900或奥氏体不锈钢的定位连接块，采用钨极氩弧焊在坡口内侧点焊不锈钢堆焊连接块的工艺进行组对，每个连接块点焊位置都必须在同一侧，组对管道的内壁错边不应大于壁厚的10%，且不得超过0.5mm，若内壁错边量超过规定值，应开1：4的锥形内坡口。

本发明所述的转化炉管道的焊接工艺，其在所述步骤c）中，所述定位调整结构包括连接臂以及至少三个沿被夹持管道径向布置的定位头，所述卡环与定位头分别位于组对后管道形成的焊缝两侧，所述连接臂横跨所述焊缝，所述连接臂的一端与卡环固定连接，其另一端与定位头活动连接，每个定位头能够相对于连接臂沿径向移动，所述定位头用于将组对焊接中另一待焊接管道进行定位夹紧。

本发明所述的转化炉管道的焊接工艺，其所述卡环由至少两部分组成，且通过连接组件连接在一起，并抱紧固定在对应待焊接管道的外周， 至少三个径向布置的定位头以被夹持管道的轴向中心均匀分布，所述每个定位头分别通过对应的连接臂与卡环连接，所述至少三个径向布置的定位头的端面共同配合对待焊接管道形成定位夹持。

本发明所述的转化炉管道的焊接工艺，其在所述步骤d）中，所述多根充气管道沿热壁管内布置，所述多根充气管道的出气口端分别位于热壁管内不同位置，并且由中部向外周依次布置，其中每个充气管道至少对应三根炉管，所述充气管道能够将对应炉管内的空气完全置换，所述牵引件沿管道延伸并伸出至管道外部，所述牵引件用于在焊接完成后，将热壁管内的堵板取出。

本发明所述的转化炉管道的焊接工艺，其在所述步骤e）中，在所述两个堵板之间设置有连接件，所述连接件两端分别与对应堵板连接在一起形成整体结构，所述连接件用于限制两个堵板的最大相对距离。

本发明所述的转化炉管道的焊接工艺，其所述堵板由海绵体以及设置在海绵体两侧端面的金属皮组成，所述金属皮将海绵体夹在中间并形成整体结构，所述堵板外周与管道内壁紧密贴合，所述海绵体的直径大于管道的内径，当所述海绵体外周与管道内壁紧密贴合时，所述海绵体存在一定压缩变形，所述海绵体两端面的金属皮直径小于管道的内径。

本发明所述的转化炉管道的焊接工艺，其在管道焊接时，管道内充有一定压力的氩气保护气，直到管道焊接完成；其中在炉管与热壁管凸台焊接时，采用两名焊工同时从热壁管两端往中间打底焊接，在第一遍填充至盖面焊接时最多四名焊工同时施焊，每名焊工、每道焊口、每次只能焊接一道，再焊接下一道焊口，周而复始；在热壁管与冷壁管焊接时，打底及第一道填充焊接时由一名焊工施焊，第三层填充至盖面的焊接由两名焊工同时、同向施焊。

本发明主要针对MAN900材料的特点，提供一套新的焊接工艺，具有解决MAN900材料的焊接热裂纹和过热区域晶粒长大、焊接接头的“等强度”、再热裂纹、焊缝和热影响区的强度和塑性达不到母材金属的合格水平等问题，确保焊接接头具有优良的抗蠕变性能和较高的抗热冲击性能，极大提高MAN900管材的使用寿命，确保装置安全生产等多个优点。

附图说明

图1和图2是本发明中两种V型坡口的结构示意图。

图3和图4是本发明中定位卡具的结构示意图。

图5是本发明中定位连接块的焊接示意图。

图6是本发明中炉管焊接的结构示意图。

图7是图6中A部放大图。

图8是本发明中热壁管焊接的结构示意图。

图9是图8中B部放大图。

图中标记：1为卡环，2为连接臂，3为定位头，4为双头螺栓，5为锁紧螺母，6为坡口，7为定位连接块，8为炉管，9为热壁管，10为主管，11为堵板，12为孔板，13为充气管道，14为牵引件，15为焊缝，16为气体喷头， 17为连接件，18为冷壁管，19为海绵体，20为金属皮。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

实施例：一种转化炉管道的焊接工艺，包括以下步骤：

a）对管道进行切割，管道的坡口6采用线坡口切割机切割成V型坡口，按照管道厚度的不同，分别采用单边V型坡口或单边双V型坡口。如图1所示，当管道壁厚T≤19mm时，所述坡口采用单边V型坡口，其坡口角度为37.5°±2.5；如图2所示，当管道壁厚T＞19时，所述坡口采用单边双V型坡口，其第一级坡口角度为37.5°±2.5，第二级坡口角度为10°±1。对于管道上的开孔，应采用台钻或角磨机等机械方法进行开孔和修磨坡口，砂轮打磨必须专用，打磨过其他材质的砂轮片不能使用，打磨时，应注意坡口及其配合的均匀性，并应去掉打磨毛刺。

b）焊前清理与保护，用不锈钢丝刷或专用砂轮机进行清理，清理区域为对应坡口及两侧各100mm范围内的氧化皮、油脂、灰尘、和其他污染物等，再用丙酮清洗干净，焊条电弧焊时，坡口两侧各100mm范围内，采用在施焊前涂刷防护剂防止焊接飞溅物沾污焊件表面的措施。

c）组对管道采用定位卡具，管道组对时，焊件应用枕木或橡胶板铺垫隔离地面，如图5所示，采用材质为MAN900或奥氏体不锈钢的定位连接块7，采用钨极氩弧焊在坡口内侧点焊不锈钢堆焊连接块的工艺进行组对，每个连接块点焊位置都必须在同一侧，组对管道的内壁错边不应大于壁厚的10%，且不得超过0.5mm，若内壁错边量超过规定值，应开1：4的锥形内坡口；母材表面不允许留下焊疤及痕迹，为了避免在母材表面施焊损伤母材，采用专用的定位卡具先定位。

如图3和4所示，所述定位卡具包括卡环1以及与卡环1连接的定位调整结构，所述定位调整结构包括呈L形的连接臂2以及至少三个沿被夹持管道径向布置的定位头3，所述连接臂2的一端与卡环1固定连接，其另一端与定位头3活动连接，所述卡环1与定位头3分别位于组对后管道形成的焊缝两侧，所述连接臂2横跨所述焊缝，且两端分别与卡环1和对应定位头3连接，其中每个定位头3能够相对于连接臂2沿径向移动，所述卡环1用于卡接固定在组对焊接中任一待焊接管道的端部，所述卡环1由至少两部分组成，且通过连接组件连接在一起，并抱紧固定在对应待焊接管道的外周，所述连接组件包括双头螺栓4及锁紧螺母5，所述双头螺栓4穿过卡环1端部设置的通孔，并通过锁紧螺母5将卡环的各部分锁紧在一起，所述定位头3用于将组对焊接中另一待焊接管道进行定位夹紧。

其中，至少三个径向布置的定位头3以被夹持管道的轴向中心均匀分布，所述每个定位头3分别通过对应的连接臂2与卡环1连接，所述至少三个径向布置的定位头3的端面共同配合对待焊接管道形成定位夹持，所述定位头3与连接臂2端部螺纹连接，通过旋转定位头3能够调整其在径向上的位置，以便于调整被多个定位头配合夹紧的管道与组对的另一管道定位对中。

d）对转化炉的炉管进行焊接，所述炉管为MAN900材料，如图6和7所示，首先在热壁管9的主管10内设置堵板11，通过堵板11与各炉管8内的孔板12之间整体形成相对封闭的空间，以保证各炉管与热壁管凸台焊接的焊缝15处于密封空间内，在热壁管9内布置多根充气管道13，多根充气管道13穿过堵板11，用于向封闭空间内充入纯度≥99.999%氩气，对炉管8与热壁管9凸台焊接时背面进行保护，当所有炉管焊接完成后，通过连接在堵板11上的牵引件14将设置在热壁管9的主管10内的堵板11取出。

其中，所述多根充气管道13沿热壁管9内布置，所述多根充气管道13的出气口端分别位于热壁管9内不同位置，并且由中部向外周依次布置，以使充气管道的出气口端能够尽量覆盖所有炉管所在位置，其中每个充气管道13至少对应三根炉管8，所述充气管道13能够将对应炉管8内的空气完全置换，所述牵引件14沿管道延伸并伸出至管道外部，所述牵引件14用于在焊接完成后，将热壁管内的堵板取出。

e）对转化炉的热壁管9与冷壁管18进行焊接，如图8和9所示，首先在热壁管9和冷壁管18内分别设置堵板11，两个堵板11布置在组对管道待焊接的焊缝15两侧，且两个堵板11之间的管道内形成相对密闭的空间，通过气体喷头16向密封空间内充入纯度≥99.999%氩气，对热壁管9与冷壁管18焊接时背面进行保护，当焊接完成后，通过连接在堵板11上的牵引件14将设置在热壁管9和冷壁管18内的堵板11取出。

其中，在所述两个堵板11之间设置有连接件17，所述连接件采用镀锌铁丝，所述连接件17两端分别与对应堵板11连接在一起形成整体结构，所述连接件17用于限制两个堵板11的最大相对距离。

在步骤d）和步骤e）中，所述堵板11由海绵体19以及设置在海绵体19两侧端面的金属皮20组成，所述金属皮采用镀锌铁皮，所述金属皮20将海绵体19夹在中间并由镀锌螺丝连接形成整体结构，所述堵板11外周与管道内壁紧密贴合，所述海绵体19的直径大于管道的内径，当所述海绵体19外周与管道内壁紧密贴合时，所述海绵体19存在一定压缩变形，以保证一定的密封性，所述海绵体19两端面的金属皮20直径小于管道的内径，以便于堵板能够方便的取出；另外，为了保证氩气保护充分，本发明采用液氩转换成气氩，再通过分配器到各焊接位置，这样不但提高了施工效率，也减少了氩气使用量，节约成本。

在本实施例中，当环境温度＜5℃时，预热至≥5℃，再组对焊接，在管道焊接时，管道内充有一定压力的氩气保护气，直到管道焊接完成；其中在炉管与热壁管凸台焊接时，采用两名焊工同时从热壁管两端往中间打底焊接，在第一遍填充至盖面焊接时最多四名焊工同时施焊，每名焊工、每道焊口、每次只能焊接一道，再焊接下一道焊口，周而复始；在热壁管与冷壁管焊接时，打底及第一道填充焊接时由一名焊工施焊，第三层填充至盖面的焊接由两名焊工同时、同向施焊。

施焊过程中，尽可能控制根部焊缝截面形状，避免焊道中间部位形成凸起，分道焊接时从坡口两侧往中间焊接，焊接熄弧时，要将弧坑填满，防止缺陷的产生，每次焊接时都要打磨接头处，如果弧坑处出现热裂纹，应立即将裂纹打磨干净，每道焊接完要将焊缝表面打磨出金属光泽后再焊接。

进行根层焊接时，由两名焊工分别在工件的内外自下而上的同时进行的手工钨极氩弧焊，管道外焊枪先引弧，管道内焊工见到钢板发红时，在后面5mm处引弧跟上，两枪要基本同步，两枪间距保持一个熔池长度，背面焊枪不能超前，中间停弧或换焊丝时，要及时告诉对方，直至根层焊接结束。

本发明针对MAN900的焊接工艺，管道内外焊缝一次成形，该工艺最大的优点是避免了热裂纹的产生，改善了焊接接头质量，确保焊接质量，确保了装置的安全运行，延长了装置的使用寿命，符合节能减排的国家政策。同时具有焊接合格率高，减少焊缝返修量，节省大量的返修费用，提高焊接工效，缩短工程施工周期，加快施工进度，是一种高效节能、优质、经济的焊接工艺方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种转化炉管道的焊接工艺，其特征在于：包括以下步骤：

a）对管道进行切割，按照管道厚度的不同，分别采用单边V型坡口或单边双V型坡口；

b）焊前清理与保护，对坡口及两侧一定范围内的区域进行清理，并且在施焊前涂刷保护剂；

c）组对管道采用定位卡具，所述定位卡具包括卡环以及与卡环连接的定位调整结构，所述卡环用于卡接固定在组对焊接中任一待焊接管道的端部，所述定位调整结构用于将组对焊接中另一待焊接管道进行定位夹紧；

d）对转化炉的炉管进行焊接，所述炉管为MAN900材料，首先在热壁管的主管内设置堵板，通过堵板与各炉管内的孔板之间整体形成相对封闭的空间，在热壁管内布置多根充气管道，多根充气管道穿过堵板，用于向封闭空间内充入保护气，对炉管与热壁管凸台焊接时背面进行保护，当所有炉管焊接完成后，通过连接在堵板上的牵引件将设置在热壁管主管内的堵板取出；

e）对转化炉的热壁管与冷壁管进行焊接，首先在热壁管和冷壁管内分别设置堵板，两个堵板布置在组对管道待焊接的焊缝两侧，且两个堵板之间的管道内形成相对密闭的空间，通过气体喷头向密封空间内充入保护气，对热壁管与冷壁管焊接时背面进行保护，当焊接完成后，通过连接在堵板上的牵引件将设置在热壁管和冷壁管内的堵板取出。

2.根据权利要求1所述的转化炉管道的焊接工艺，其特征在于：在所述步骤a）中，管道的坡口采用线坡口切割机切割成V型坡口，当管道壁厚T≤19mm时，所述坡口采用单边V型坡口，其坡口角度为37.5°±2.5；当管道壁厚T＞19时，所述坡口采用单边双V型坡口，其第一级坡口角度为37.5°±2.5，第二级坡口角度为10°±1。

3.根据权利要求1所述的转化炉管道的焊接工艺，其特征在于：在所述步骤b）中，用不锈钢丝刷或专用砂轮机进行清理，清理区域为对应坡口及两侧各100mm范围内，再用丙酮清洗干净，焊条电弧焊时，坡口两侧各100mm范围内，采用在施焊前涂刷防护剂防止焊接飞溅物沾污焊件表面的措施。

4.根据权利要求1所述的转化炉管道的焊接工艺，其特征在于：在所述步骤c）中，管道组对时，焊件应用枕木或橡胶板铺垫隔离地面，采用材质为MAN900或奥氏体不锈钢的定位连接块，采用钨极氩弧焊在坡口内侧点焊不锈钢堆焊连接块的工艺进行组对，每个连接块点焊位置都必须在同一侧，组对管道的内壁错边不应大于壁厚的10%，且不得超过0.5mm，若内壁错边量超过规定值，应开1：4的锥形内坡口。

5.根据权利要求1所述的转化炉管道的焊接工艺，其特征在于：在所述步骤c）中，所述定位调整结构包括连接臂以及至少三个沿被夹持管道径向布置的定位头，所述卡环与定位头分别位于组对后管道形成的焊缝两侧，所述连接臂横跨所述焊缝，所述连接臂的一端与卡环固定连接，其另一端与定位头活动连接，每个定位头能够相对于连接臂沿径向移动，所述定位头用于将组对焊接中另一待焊接管道进行定位夹紧。

6.根据权利要求5所述的转化炉管道的焊接工艺，其特征在于：所述卡环由至少两部分组成，且通过连接组件连接在一起，并抱紧固定在对应待焊接管道的外周， 至少三个径向布置的定位头以被夹持管道的轴向中心均匀分布，所述每个定位头分别通过对应的连接臂与卡环连接，所述至少三个径向布置的定位头的端面共同配合对待焊接管道形成定位夹持。

7.根据权利要求1所述的转化炉管道的焊接工艺，其特征在于：在所述步骤d）中，所述多根充气管道沿热壁管内布置，所述多根充气管道的出气口端分别位于热壁管内不同位置，并且由中部向外周依次布置，其中每个充气管道至少对应三根炉管，所述充气管道能够将对应炉管内的空气完全置换，所述牵引件沿管道延伸并伸出至管道外部，所述牵引件用于在焊接完成后，将热壁管内的堵板取出。

8.根据权利要求1所述的转化炉管道的焊接工艺，其特征在于：在所述步骤e）中，在所述两个堵板之间设置有连接件，所述连接件两端分别与对应堵板连接在一起形成整体结构，所述连接件用于限制两个堵板的最大相对距离。

9.根据权利要求7或8所述的转化炉管道的焊接工艺，其特征在于：所述堵板由海绵体以及设置在海绵体两侧端面的金属皮组成，所述金属皮将海绵体夹在中间并形成整体结构，所述堵板外周与管道内壁紧密贴合，所述海绵体的直径大于管道的内径，当所述海绵体外周与管道内壁紧密贴合时，所述海绵体存在一定压缩变形，所述海绵体两端面的金属皮直径小于管道的内径。

10.根据权利要求9所述的转化炉管道的焊接工艺，其特征在于：在管道焊接时，管道内充有一定压力的氩气保护气，直到管道焊接完成；其中在炉管与热壁管凸台焊接时，采用两名焊工同时从热壁管两端往中间打底焊接，在第一遍填充至盖面焊接时最多四名焊工同时施焊，每名焊工、每道焊口、每次只能焊接一道，再焊接下一道焊口，周而复始；在热壁管与冷壁管焊接时，打底及第一道填充焊接时由一名焊工施焊，第三层填充至盖面的焊接由两名焊工同时、同向施焊。