CN109277672B - 一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺 - Google Patents

一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及焊接技术领域，其公开了一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺，步骤10的弯曲内凹部的确定工序、步骤20的充背保护气工序、步骤30的氩弧焊不填丝加热工序、步骤40的喷水冷却工序、步骤50的自然冷却工序。本发明实现了对不锈钢薄壁管焊接后的弯曲变形的校正，同时确保校正后的对接焊缝具有良好的机械性能和耐腐蚀性能。

Description

一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺。
背景技术
不锈钢小直径薄壁管在机械领域中应用较为广泛，其可以作为液体输送管路或热交换用管路等使用。为了满足使用要求，经常需要将不锈钢管进行对接焊接。由于不锈钢管的管壁较薄，且存在焊接变形，容易导致不锈钢管经过对接焊接后围绕对接的环焊缝出现一定程度的弯曲，从而影响到产品的质量。
例如，大型化学船中的液货舱其加热盘管为S316L不锈钢薄壁管，采用胎架绑扎方式进行装配，然后对弯管后的不锈钢薄壁管进行对接装焊，再对管口进行密封和管内冲氩气，最后进行氩弧焊。在焊接过程中，不锈钢在5000-6000℃高温熔合母材和填充金属，然后再重新结晶凝固；由于填充金属和母材熔合形成焊接接头，必然带来管口接缝变形，而不锈钢不能进行火工校正，因为火工校正会带来焊缝增碳，造成贫铬，从而降低管路对接环焊缝的耐蚀性能。如果采用机械校正，则容易造成管材表面划伤，或者因弯曲变形量较大而无法完全校正到位。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺，旨在实现对不锈钢薄壁管焊接后的弯曲变形的校正，同时确保校正后的对接焊缝具有良好的机械性能和耐腐蚀性能。具体的技术方案如下：
一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺，包括如下工艺步骤：
步骤10、弯曲内凹部的确定：找出薄壁管上对接环焊缝处的弯曲内凹部、确定弯曲变形量；
步骤20、充背保护气：在薄壁管的内部充入足量的氩气以形成焊缝的背面保护；
步骤30、氩弧焊不填丝加热：采用氩弧焊，在不填充氩弧焊丝的情况下利用氩弧焊产生的电弧沿着对接环焊缝的一周进行加热；
步骤40、喷水冷却：对薄壁管上弯曲内凹部周围区域的对接环焊缝部位进行局部喷水冷却；
步骤50、自然冷却：薄壁管整体自然冷却至常温。
上述技术方案中，根据氩弧焊焊接原理，对管子进行充气焊缝的背面保护，然后在管子外侧对焊缝处进行氩弧焊加热，加热过程中不填丝，利用氩弧焊钨极产生电弧加水冷方式完成焊接变形校正。其中，薄壁管的对接焊缝在均匀加热后先进行下凹部的局部快速冷却，对接焊缝的其余高温部位随后冷却并收缩，形成对下凹部的反变形，从而使得薄壁管的弯曲得到有效修正。本发明由于在校正过程中利用氩弧焊在不填丝状态下进行加热，并实施焊缝背部的氩气保护，其能够避免传统火工加热造成的焊缝耐腐蚀性能下降的弊端，也克服了机械校正容易损伤管路等弊端，在实现薄壁管弯曲校正的同时，也确保了焊缝的质量。
作为本发明的优选方案，所述步骤30的氩弧焊不填丝加热工序中，采用温度传感器检测薄壁管在对接环焊缝处加热之后的温度，所述步骤40的喷水冷却工序中，采用温度传感器检测对接环焊缝冷却处在冷却之后的温度，同时根据步骤10的弯曲内凹部的确定工序中得到的薄壁管的弯曲变形量，对于对接环焊缝加热之后的温度与冷却之后的温度的温度差进行控制，以实现薄壁管的弯曲校正。
通过采用温度传感器检测焊缝处的温度差，有利于较为精确的控制弯曲的校正量。
作为进一步改进，本发明的一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺还包括设置在步骤10之前的步骤5：通过模拟试验预先建立若干组涉及薄壁管规格、由氩弧焊加热和喷水冷却形成的校正温度差、经自然冷却形成的校正变形量、加热时间、冷却时间的相互之间的关系曲线或表格，该关系曲线或表格中的数据用于指导薄壁管的弯曲校正。
上述通过模拟试验得到的有关校正变形量的关系曲线或表格具有较好的通用性，其能够在生产中应用于不同规格种类的薄壁管，实现高效率和高质量的校正，具有良好的操作指导作用。
其中，所述模拟试验还包括对接环焊缝在校正后的无损探伤试验、力学性能试验和耐腐蚀试验。
作为本发明的优选方案，所述步骤30的氩弧焊不填丝加热工序中，其氩弧焊的工艺参数设定为：电流75～85A，电压9～10V，气体流量10～15L/min。
优选的，所述步骤20的充背保护气工序中，其背部保护气的流量为15～20L/min。
优选的，所述薄壁管对接焊接的焊接坡口为55～65°的V型坡口，所述薄壁管对接焊接的氩弧焊工艺参数设定为：电流70～80A，电压8～9V，气体流量10～15L/min，背部保护气的流量为15～20L/min。
优选的，所述不锈钢小直径薄壁管为S316L薄壁管。
本发明中，所述温度传感器采用红外线测温仪。
本发明的有益效果是：
第一，本发明的一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺，由于在校正过程中利用氩弧焊在不填丝状态下进行加热，并实施焊缝背部的氩气保护，其能够避免传统火工加热造成的焊缝耐腐蚀性能下降的弊端，也克服了机械校正容易损伤管路等弊端，在实现薄壁管弯曲校正的同时，也确保了焊缝的质量。
第二，本发明的一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺，通过采用温度传感器检测焊缝处的温度差，有利于较为精确的控制弯曲的校正量。
第三，本发明的一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺，通过模拟试验得到的有关校正变形量的关系曲线或表格具有较好的通用性，其能够在生产中应用于不同规格种类的薄壁管，实现高效率和高质量的校正，具有良好的操作指导作用。
附图说明
图1是本发明的一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接(焊接前)的结构示意图；
图2是本发明的一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的结构示意图；
图3是采用氩弧焊，在不填充氩弧焊丝的情况下对薄壁管进行氩弧焊加热的结构示意图；
图4是喷水冷却的结构示意图；
图5是不锈钢小直径薄壁管在校正后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图1至5所示为本发明的一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺的实施例，包括如下工艺步骤：
步骤10、弯曲内凹部的确定：找出薄壁管上对接环焊缝处的弯曲内凹部、确定弯曲变形量；
步骤20、充背保护气：在薄壁管的内部充入足量的氩气以形成焊缝的背面保护；
步骤30、氩弧焊不填丝加热：采用氩弧焊，在不填充氩弧焊丝的情况下利用氩弧焊产生的电弧沿着对接环焊缝的一周进行加热；
步骤40、喷水冷却：对薄壁管上弯曲内凹部周围区域的对接环焊缝部位进行局部喷水冷却；
步骤50、自然冷却：薄壁管整体自然冷却至常温。
上述实施例中，根据氩弧焊焊接原理，对管子进行充气焊缝的背面保护，然后在管子外侧对焊缝处进行氩弧焊加热，加热过程中不填丝，利用氩弧焊钨极产生电弧加水冷方式完成焊接变形校正。其中，薄壁管的对接焊缝在均匀加热后先进行下凹部的局部快速冷却，对接焊缝的其余高温部位随后冷却并收缩，形成对下凹部的反变形，从而使得薄壁管的弯曲得到有效修正。本实施例由于在校正过程中利用氩弧焊在不填丝状态下进行加热，并实施焊缝背部的氩气保护，其能够避免传统火工加热造成的焊缝耐腐蚀性能下降的弊端，也克服了机械校正容易损伤管路等弊端，在实现薄壁管弯曲校正的同时，也确保了焊缝的质量。
作为本实施例的优选方案，所述步骤30的氩弧焊不填丝加热工序中，采用温度传感器检测薄壁管在对接环焊缝处加热之后的温度，所述步骤40的喷水冷却工序中，采用温度传感器检测对接环焊缝冷却处在冷却之后的温度，同时根据步骤10的弯曲内凹部的确定工序中得到的薄壁管的弯曲变形量，对于对接环焊缝加热之后的温度与冷却之后的温度的温度差进行控制，以实现薄壁管的弯曲校正。
通过采用温度传感器检测焊缝处的温度差，有利于较为精确的控制弯曲的校正量。
作为进一步改进，本实施例的一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺还包括设置在步骤10之前的步骤5：通过模拟试验预先建立若干组涉及薄壁管规格、由氩弧焊加热和喷水冷却形成的校正温度差、经自然冷却形成的校正变形量、加热时间、冷却时间的相互之间的关系曲线或表格，该关系曲线或表格中的数据用于指导薄壁管的弯曲校正。
上述通过模拟试验得到的有关校正变形量的关系曲线或表格具有较好的通用性，其能够在生产中应用于不同规格种类的薄壁管，实现高效率和高质量的校正，具有良好的操作指导作用。
其中，所述模拟试验还包括对接环焊缝在校正后的无损探伤试验、力学性能试验和耐腐蚀试验。
作为本实施例的优选方案，所述步骤30的氩弧焊不填丝加热工序中，其氩弧焊的工艺参数设定为：电流75～85A，电压9～10V，气体流量10～15L/min。
优选的，所述步骤20的充背保护气工序中，其背部保护气的流量为15～20L/min。
优选的，所述薄壁管对接焊接的焊接坡口为55～65°的V型坡口，所述薄壁管对接焊接的氩弧焊工艺参数设定为：电流70～80A，电压8～9V，气体流量10～15L/min，背部保护气的流量为15～20L/min。
优选的，所述不锈钢小直径薄壁管为S316L薄壁管。
本实施例中，所述温度传感器采用红外线测温仪。
实施例2：
如图1至5所示，使用18600化学船的不锈钢加热盘管进行试验，试验管φ68x3x250mmx2根，按管子WPS进行焊接，然后进行模拟现场校正试验，通过无损探伤试验、力学试验和腐蚀试验，检验是否满足使用性能。
具体方案：
a)焊前准备：根据加热盘管图纸和焊接工艺，准备试验S316L管材。
b)对接装配：保证管对接在一条直线上。
c)对接焊接：采用短弧焊接，层间温度不低预热温度且不能超过100℃(焊接每道焊缝都应进行层温测量)。焊缝背面也进行测温，每焊接一道，背面进行一次测温，最终温度控制120摄氏度以下。焊接顺序，从一端焊向另一端。焊完每道焊缝后检查，发现焊接缺陷应及时清除。采取多层多道焊接，每层厚度3-4mm，焊道宽度6-8mm。
e)氩弧焊校正：先对管子进行充足量氩气，然后对管子进行氩弧焊加热，然后局部喷水冷却，期间进行测温，待自然冷却后完成管子的角变形校正。
g)经过上述氩弧焊校正，无损探伤、力学试验和腐蚀试验合格。
上述采用氩弧焊加热+水冷方式校正的方式，在合理的焊接工艺条件下，能够得到高质量的焊接接头，焊接工艺评定试验的各项性能指标均符合技术要求，施工车间严格按照焊接工艺进行施工(包括焊接和校正)，最终18600化学船实船焊接，对不锈钢加热盘管接头进行RT+PT检查，焊缝全部合格
本实施例采用不锈钢小管径薄壁管TIG焊加热水冷校正工艺，使不锈钢小管径薄壁管的焊后校正变形，改变了热源不能校正不锈钢加工方式，同时由单纯机械校正改变为TIG焊加热水冷校正，实船应用取得良好的效果。
上述不锈钢管子校正新工艺也能为其它不锈钢薄壁管的焊接变形校正提高技术指导，并对产品制定更加合理焊接工艺和现场适用性提供借鉴。其解决了现场焊接关键位置焊接变形校正的难点，可以为生产赢得时间和节省返工成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：
步骤10、弯曲内凹部的确定：找出薄壁管上对接环焊缝处的弯曲内凹部、确定弯曲变形量；
步骤20、充背保护气：在薄壁管的内部充入足量的氩气以形成焊缝的背面保护；
步骤30、氩弧焊不填丝加热：采用氩弧焊，在不填充氩弧焊丝的情况下利用氩弧焊产生的电弧沿着对接环焊缝的一周进行加热；
步骤40、喷水冷却：对弯曲内凹部周围区域上的对接环焊缝部位进行局部喷水冷却；
步骤50、自然冷却：薄壁管整体自然冷却至常温；
所述步骤30的氩弧焊不填丝加热工序中，采用温度传感器检测薄壁管在对接环焊缝处加热之后的温度，所述步骤40的喷水冷却工序中，采用温度传感器检测对接环焊缝冷却处在冷却之后的温度，同时根据步骤10的弯曲内凹部的确定工序中得到的薄壁管的弯曲变形量，对于对接环焊缝加热之后的温度与冷却之后的温度的温度差进行控制，以实现薄壁管的弯曲校正。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺，其特征在于，还包括设置在步骤10之前的步骤5：通过模拟试验预先建立若干组涉及薄壁管规格、由氩弧焊加热和喷水冷却形成的校正温度差、经自然冷却形成的校正变形量、加热时间、冷却时间的相互之间的关系曲线或表格，该关系曲线或表格中的数据用于指导薄壁管的弯曲校正。
3.根据权利要求2所述的一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺，其特征在于，所述模拟试验还包括对接环焊缝在校正后的无损探伤试验、力学性能试验和耐腐蚀试验。
4.根据权利要求1所述的一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺，其特征在于，所述步骤30的氩弧焊不填丝加热工序中，其氩弧焊的工艺参数设定为：电流75～85A，电压9～10V，气体流量10～15L/min。
5.根据权利要求1所述的一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺，其特征在于，所述步骤20的充背保护气工序中，其背部保护气的流量为15～20L/min。
6.根据权利要求1所述的一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺，其特征在于，所述薄壁管对接焊接的焊接坡口为55～65°的V型坡口，所述薄壁管对接焊接的氩弧焊工艺参数设定为：电流70～80A，电压8～9V，气体流量10～15L/min，背部保护气的流量为15～20L/min。
7.根据权利要求1所述的一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺，其特征在于，所述不锈钢小直径薄壁管为S316L薄壁管。
8.根据权利要求1所述的一种不锈钢小直径薄壁管对接焊接弯曲变形的校正工艺，其特征在于，所述温度传感器采用红外线测温仪。
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