CN109396610A - 一种波纹管的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

一种波纹管的焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤:步骤一:焊接特性研究；步骤二:制定焊接材料以及焊接工艺；步骤三:焊接；步骤四:质量控制，所述质量控制包括技术工作、工艺控制以及质量检查和验收。

Description

一种波纹管的焊接工艺

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种波纹管的焊接工艺。

背景技术

伸缩节造价占工程总投资不多，但其质量的可靠性和安全性直接关系到发电的安全运行，其制造质量更要引起高度重视。复式伸缩节产品结构复杂，本体重量重，口径大，三个方向位移在同类型工程补偿量偏大，所以必须要保证该产品性能和指标的安全、可靠，在设计、制造过程中必须考虑一定的安全系数，以及要考虑现场组装各种零部件的尺寸精确性，还要考虑现场焊接时所采用的工艺和焊接方法，以保证组装完成后检验和水压一次验收合格。

针对镍基热裂纹敏感性强、液体流动性差的特点，该焊接材料焊接过程中可有效避免未熔合现象，焊缝气孔率低，且常温机械性能良好。但是应用中发现，ERNiCr-3作为镍基的焊接材料仍然存在不足，突出表现为焊缝高温力学性能不理想。这一缺陷使得产品在高温应用环境下的稳定性和安全性存在隐患，从而限制了产品在某些对力学性能有要求的高温环境下的应用。

考虑到波纹管在实际应用中多处于高温环境，研发性能特别是高温力学性能更佳的配套焊接材料就显得尤为必要。

发明内容

本申请克服了现有技术的不足，提供，解决了的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种波纹管的焊接工艺，包括以下步骤:

步骤一:焊接特性研究；

步骤二:制定焊接材料以及焊接工艺；

步骤三:焊接；

步骤四:质量控制，所述质量控制包括技术工作、工艺控制以及质量检查和验收。

进一步的，所述焊接特性研究是对07MnMoVR高强钢的化学成分及其机械性能研究。

进一步的，所述07MnMoVR高强钢Mn含量为1.2％～1.6％，抗拉强度达到630～730MPa。

进一步的，所述焊接工艺为焊条电弧焊和/或钨极氩弧焊和/或埋弧焊。

进一步的，所述焊接工艺的纵缝坡口为无钝边的1/3不对称X形，坡口角度为60°，采用12刨边机加工，环缝坡口为2mm钝边的对称X形，坡口角度亦为60°，采用半自动切割机加工。

进一步的，所述焊接工艺除环焊缝外，均应设引弧板。

进一步的，所述引弧板包括引入板和引出板。

一种焊接材料，所述焊接材料按质量百分比计，由以下化学成分组成：C≤0.5％，Cr 16.0～18.0％，Fe 6.0～10.0％，Mn≤1.0％，Nb 1.5～3.0％，Si 0.6～1.0％，S≤0.015％，P≤0.015％，Ni≥70.0％，k≤0.015％。。

进一步的，所述焊接材料按质量百分比计，由以下化学成分组成：C 0.3％，Cr16.8％，Fe 7.2％，Mn 0.4％，Nb 2.45％，Si 0.85％，S0.002％，P 0.002％，k 0.002％。Ni余量。

进一步的，使用焊接材料焊接时采用的焊接工艺选自熔化极气体保护焊、非熔化极气体保护焊或自动焊，优选采用非熔化极气体保护焊工艺。

有益效果：本申请由该焊接材料得到的焊缝不仅具有良好的表面形貌(不会出现裂纹、气孔、咬边等缺陷)和耐腐蚀性能，而且具有优异的常温和高温力学性能，能够极大地提升产品的质量和使用寿命。

相对于现有技术中已知焊接材料，本发明通过调整焊接材料中各成分的种类和比例，使得各组分之间能够发挥出更加优越的协同功能。该焊接材料焊接的焊缝不会出现裂纹、气孔、咬边等缺陷，且具有优异的耐腐蚀性能、常温和高温力学性能，在高温力学性能方面表现出了明显优势。

附图说明

图1为本申请焊缝坡口图；

图2为本申请安装焊缝对称施焊顺序图；

图3为本申请波纹管焊接示意图；

图4为本申请加强圈及加强支撑的设计图。

具体实施方式

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种波纹管的焊接工艺，包括以下步骤:

步骤一:焊接特性研究；

步骤二:制定焊接材料以及焊接工艺；

步骤三:焊接；

步骤四:质量控制，所述质量控制包括技术工作、工艺控制以及质量检查和验收。

进一步的，所述焊接特性研究是对07MnMoVR高强钢的化学成分及其机械性能研究。

进一步的，所述07MnMoVR高强钢Mn含量为1.2％～1.6％，抗拉强度达到630～730MPa。

进一步的，所述焊接工艺为焊条电弧焊和/或钨极氩弧焊和/或埋弧焊。

进一步的，所述焊接工艺的纵缝坡口为无钝边的1/3不对称X形，坡口角度为60°，采用12刨边机加工，环缝坡口为2mm钝边的对称X形，坡口角度亦为60°，采用半自动切割机加工。

进一步的，所述焊接工艺除环焊缝外，均应设引弧板。

进一步的，所述引弧板包括引入板和引出板。

实施例2：

对于产品焊接特性研究，根据对07MnMoVR高强钢化学成分表及其机械性能表的分析：

07MnMoVR高强钢化学成分及其机械性能表

07MnMoVR高强钢Mn含量较高，约为1.2％～1.6％，含C、S量很低的压力容器用调质高强度板，抗拉强度达到630～730Mpa。减少含C量提高了07MnMoVR高强钢的焊接性。

因此07MnMoVR高强钢焊接性通常出现两个方面的问题：

(1)焊接引起的各种焊接缺陷，主要是各类裂纹问题。07MnMoVR焊接时一般产生的裂纹一般是焊接热裂纹和焊接延迟性裂纹。

(2)焊接时材料性能的变化：主要是热影响区及焊缝组织发生变化。

焊接材料选用表

(3)07MnMoVR高强钢选用焊接材料及焊接工艺：

07MnMoVR钢手工电弧焊纵缝焊焊接工艺参数表

如图1所示，压力钢管纵缝坡口为无钝边的1/3不对称X形，坡口角度为60°，采用12刨边机加工，环缝坡口为2mm钝边的对称X形，坡口角度亦为60°，采用半自动切割机加工。

对于焊接注意事项：

a.除环焊缝外，埋弧焊及手工焊均应设引弧板(引入板和引出板)，焊接时不能在母材上引弧，应在坡口内或引弧板上引弧。

b.工卡具的去除严禁锤击，应用碳弧气刨或气割在离管壁3mm以上割除，严禁损伤母材，然后用砂轮打磨平整。由于特殊原因中途停焊时，应立即进行热保温，再次焊接时应全部进行预热后方可按原焊缝要求进行焊接。

c.采用不对称X形(1/3坡口)，焊接时保证多层多道和对称焊接，现焊接2/3侧坡口焊缝，留盖面层，转背缝进行气刨清根并打磨合格后，再进行焊接。

d.安装焊缝为环焊缝，应逐条焊接，不能跳焊，均采用手工焊接，采用分段倒退施焊的方式进行焊接，以管左右中分界，管内先立焊、仰焊焊缝。管外平焊、立焊背缝，如图2所示，

在制作质量控制上，包括质量保证措施、质量检查和验收。

在质量保证措施中，技术工作重点：

(1)工程技术人员必须认真熟悉和阅读图纸，理解设计意图。最大可能优化施工方案，切实起到指导生产的作用。

(2)认真做好技术交底，明确任务和内容，技术要求，技术关键，技术难度，质量要求。施工人员必须接受技术交底工作，并严格按图纸、工艺等技术文件施工。

(3)在施工中，严格质量管理和完善施工记录，随时向监理提供竣工资料，以备查阅。建立可靠的检验和实验程序，并将其活动形成文件和/或以质量记录的形式予以保留，对从进货到交货的全过程严格控制，包括：进货检验、过程检验、最终检验、包装运输检验、人员、仪器设备控制及分包、外协件检验等。

对于整个工程的工艺控制：

(1)采用压缝工装进行钢管组圆及环缝压装，严禁采用在管壁上任意焊接附件进行组圆及压缝。

(2)严禁冷作工和未经培训的焊工进行组圆的点固焊。

(3)去除管壁附件时，应避免对母材的伤害。

(4)成品钢管管节应采取可靠支承，以防变形，堆放时用方木或混凝土支墩(离地面200mm以上)。

(5)钢管运输时，制作运输托架，制定好绑扎方案，严禁用钢丝绳直接绑扎钢管，确需绑扎时应用木块垫高，以防损伤喷涂表面。

在质量检查和验收时：

1)质量检查

质量检查包括原材料检查、制作质量检查、防腐质量检查等以及过程控制中的工序间质量检查。钢管制造和安装所需的钢材、焊接材料、连接件和涂装材料等均应按有关技术条款及EJMA规范进行检验和验收。应加强钢管制作、焊接以及防腐过程中各重点工序以及制造完成后的自检工作，合格后提交质量检查及验收资料。

2)检测记录

检测记录是督促施工者重视质量的重要手段，也是评定工程质量的重要依据。每个施工者、质检员和管理人员都要事实求是地认真填写。做到资料齐全，不漏项，伸缩节制作的质量检测记录内容见下表。

伸缩节制作质量检查内容表

从制造工艺上来说：

(1)构件下料与加工

波纹管伸缩节内、外套管及压圈瓦块下料采用手工划线，半自动切割，外套管及压圈的环板用数控切割机切割，切割后用砂轮机进行打磨修整，直边部分采用刨边机进行刨边，具体的允许偏差满足要求。

(2)卷板与检验

内、外套管、压圈、端环等构件瓦块卷板，首先制作检验样板，瓦块加工完成经检查合格后进行卷板，卷板后，将瓦块自由立于刚性平面上，水流方向朝上，用样板检查弧度，样板与瓦块的间隙应≤3mm，不允许有急弯，同时应在自由状态下对瓦块进行地样检查，瓦块同地样允许相差3mm。

(3)构件组圆拼装

伸缩节的内、外管套及压圈拼装前先将刚性平面垫平，保证刚性平面水平度a≤2mm，将瓦块吊到刚性平面上按半径要求(+2mm～+4mm)进行拼装，焊接纵缝时处于自由状态。纵缝点焊完后用样板检查焊缝处弧度，样板与瓦块间隙应≤3mm；检查半径、周长、上管口水平、高度、管口同心度、样板与瓦块间隙，检查合格并加固预留纵缝后进行焊接。

(4)构件焊接

焊接方法：内套管、外套管的纵缝，端环、加强环的对接焊缝和角焊缝，压圈的纵缝，接管的对接焊缝和吊耳采用焊条手工电弧焊和埋弧焊焊接；波纹管的焊接全部采用钨极氩弧焊；环板、挡圈的环缝、筋板的焊缝等其他部件的焊接采用焊条手工电弧焊焊接。

焊接收缩量及焊接质量控制措施：各部件制作时必须严格控制周长，因此拼装必须预留足够的焊接收缩余量，而且在纵缝焊接时预留1条纵缝暂不焊，待加强圈与接管焊接完成后，检查管节周长满足设计要求后再进行焊接；为控制焊接变形，焊接过程中随时用样板检查管节的弧度和根据弧度变化调整焊接顺序；环板、加强圈、加筋板、水封挡圈的焊接先分成若干等份，然后进行定位加固焊，正式焊接时由6名焊工同时施焊，焊接时严格按预先制定的焊接工艺和等分位置采用跳焊和多层多道焊等手段来控制焊接变形。

(5)波纹管组装与焊接

在波纹管组装过程中，波纹管是伸缩节制作的关键部件，伸缩节波纹管拼装工艺要求：

将内套管及端环组装的表面除锈、对接坡口清理、打磨干净；

利用专用吊具将波纹管绑扎在吊具上进行吊装就位，用软木垫条支垫，采用卡具使波纹管合拢，并严防电弧对其造成击穿；

调整波纹管与内套管、端环间隙均匀，并紧贴，用手工钨极氩弧焊进行点焊。点焊时用铜锤锤击敲打，使波纹管与内套管及外套管端环贴紧；

点焊完先打底，用手工钨极氩弧焊打底焊接，然后用铜锤锤击敲打，使波纹管与内套管及端环贴紧，然后按工艺进行焊接及检验。

在波纹管焊接过程中，波纹管焊接工艺要求如图3所示，波纹管焊接全部采用钨极氩弧焊。具体参数如下，

波纹管焊接参数表

(6)水压试验

为了检验波纹管伸缩节制作的质量、验证伸缩节的结构设计，伸缩节制作完成后按要求对波纹管进行水压试验。

具体方法为：利用40mm,材质为Q345R板材卷置为打压钢板(外径小于波纹管伸缩节内径约为20mm)，套入伸缩节内部，并在两者间加入10mm工艺垫板，然后进行打压测试。测试完成后采用碳弧气刨割除打压钢带，并整体打磨。可避免伤害母材。分上游段和下游段进行水压检验。

在打压钢板内，采用环形钢板进行支撑加强，实施简便、材料节约，其加强环及支撑可重复利用。如出现问题可分段进行修补及补焊。

如图4所示，考虑打压内套筒的经济成本，应用“外压圆筒设置加强圈计算”，对打压内套筒做壁厚减薄增加加强圈及加强支撑的设计。

(7)密封性能：伸缩节的密封性能应通过气密性或煤油渗漏试验进行检验，试验应满足EJMA第7.2节要求，试验结果应满足下述要求。

试验介质为洁净的空气，试验压力为1.0倍的设计压力，缓慢升压到设计规定的试验压力并持压10min后，经检查应无渗漏。

(8)打压顺序:

a.注入常温水，待注满后接入打压设备进行打压。

b.密封测试：利用试压泵进行打压，待压力达到1.65MPa时，关闭注水阀，保压10min，利用5倍放大镜，对波壳表面及其纵焊缝、环焊缝进行全面仔细的目视循环检查。

c.水压测试：在1.65MPa的密封测试结束后，打开注水阀，将水压缓慢冲1.65MPa上升至2.5MPa，然后再关闭注水阀，保压20min，此过程中再用5倍放大镜，对波壳表面及其纵焊缝、环焊缝进行全面仔细的目视循环检查，无渗水、无变形。

实施例3：

一种焊接材料，所述焊接材料按质量百分比计，由以下化学成分组成：C≤0.5％，Cr 16.0～18.0％，Fe 6.0～10.0％，Mn≤1.0％，Nb 1.5～3.0％，Si 0.6～1.0％，S≤0.015％，P≤0.015％，Ni≥70.0％，k≤0.015％。

进一步的，所述焊接材料按质量百分比计，由以下化学成分组成：C 0.3％，Cr16.8％，Fe 7.2％，Mn 0.4％，Nb 2.45％，Si 0.85％，S0.002％，P 0.002％，K 0.002％，Ni余量。

进一步的，使用焊接材料焊接时采用的焊接工艺选自熔化极气体保护焊、非熔化极气体保护焊或自动焊，优选采用非熔化极气体保护焊工艺。

焊机与焊接试样的连接方式为直流正接。焊接过程包括以下步骤：

(1)将待焊接试样的坡口表面清理干净，保持清洁干燥，然后将坡口根据上述V型对接方式对接，以点焊固定好位置，然后通氩气进行保护；

(2)对焊接试样进行打底焊接，焊接电流100A，电压12V，焊速为0.8mm/s，焊满两层；

(3)进行填充焊和盖面焊，焊接电流100A，电压13V，焊速为1.0mm/s。

实施例3(对比)

将实施例3中的焊材更改成直径为φ2.4mm的ERNiCr-3焊丝，其它条件不变。

实施例4(对比)

将实施例3中的焊材更改成直径为φ2.4mm的ERNiCr-3焊丝，其它条件不变。

性能测试

1、根据JB/T4730.5-2005，对焊缝表面进行渗透检测(PT)

结果显示：实施例1-4的焊缝表面均未发现裂纹、气孔、咬边等缺陷，符合JB/T4730.5-2005I级要求。

2、根据JB/T4730.2-2005，对焊缝进行射线检测(RT)

结果显示：实施例1-4的焊缝未发现任何缺陷，符合JB/T4730.2-2005I级要求。

3、根据GB/T228-2010，对试样取样进行常温(25℃)拉伸性能测试

测试结果如表1所示。

表1室温拉伸测试结果

试样	抗拉强度	断裂位置
			实施例1	620MPa	母材
实施例2	585MPa	母材
			实施例3	625MPa	母材
实施例4	575MPa	母材

上述测试结果表明，实施例1-4的样品均符合标准要求。本发明的焊接材料与ERNiCr-3在应用于ZG50Ni45Cr35NbM焊接时表现出来的常温力学性能大致相当。

4、根据GB/T232-2010，对样品取样并进行侧弯试验测试

结果显示：均未发现裂纹，符合GB/T232-2010要求。

5、根据GB/T4338-2006《金属材料高温拉伸试验方法》，对样品取样，在670℃进行高温短时力学性能测试

具体测试过程如下：根据标准要求加工样品，然后用夹块将试样固定在WDE-300B高温万能试验机上，随后将温度升高到670℃；保持温度，缓慢增加载荷，直至试样断裂。

记录断裂时负载的强度和断裂位置，结果如表2所示。

表2在670℃拉伸测试结果

试样	670℃下抗拉强度	断裂位置
			实施例1	480MPa	母材
实施例2	473MPa	母材
			实施例3	410MPa	焊缝
实施例4	400MPa	焊缝

从表2的结果可以看出，在670℃下，采用ERNiCr-3为焊材的样品在400MPa左右的拉伸力下焊缝就发生了断裂；而采用本发明公开的焊材的样品，即使在超过450MPa的拉伸力作用下、在母材已经断裂的情况下，焊缝也没有断裂。该结果表明，作为波纹管的焊接材料，本发明公开的焊接材料在高温力学性能方面远远优于ERNiCr-3。

综上可知，本发明的焊接材料在用于波纹管焊接时，所得焊缝不仅具有良好的表面形貌和常温力学性能，而且具有显著提高的高温力学性能。这能够极大地提升产品的质量，并且对扩展产品在各种高温环境下的应用能够起到很好的推动作用。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种波纹管的焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤:

步骤一:焊接特性研究；

步骤二:制定焊接材料以及焊接工艺；

步骤三:焊接；

步骤四:质量控制，所述质量控制包括技术工作、工艺控制以及质量检查和验收。

2.如权利要求1所述的波纹管的焊接工艺，其特征在于，所述焊接特性研究是对07MnMoVR高强钢的化学成分及其机械性能研究。

3.如权利要求2所述的波纹管的焊接工艺，其特征在于，所述07MnMoVR高强钢Mn含量为1.2％～1.6％，抗拉强度达到630～730MPa。

4.如权利要求1所述的波纹管的焊接工艺，其特征在于，所述焊接工艺为焊条电弧焊和/或钨极氩弧焊和/或埋弧焊。

5.如权利要求4所述的波纹管的焊接工艺，其特征在于，所述焊接工艺的纵缝坡口为无钝边的1/3不对称X形，坡口角度为60°，采用12刨边机加工，环缝坡口为2mm钝边的对称X形，坡口角度亦为60°，采用半自动切割机加工。

6.如权利要求5所述的波纹管的焊接工艺，其特征在于，所述焊接工艺除环焊缝外，均应设引弧板。

7.如权利要求6所述的波纹管的焊接工艺，其特征在于，所述引弧板包括引入板和引出板。

8.一种焊接材料，其特征在于，所述焊接材料按质量百分比计，由以下化学成分组成：C≤0.5％，Cr 16.0～18.0％，Fe 6.0～10.0％，Mn≤1.0％，Nb 1.5～3.0％，Si 0.6～1.0％，S≤0.015％，P≤0.015％，Ni≥70.0％，k≤0.015％。。

9.如权利要求8所述的焊接材料，其特征在于，所述焊接材料按质量百分比计，由以下化学成分组成：C 0.3％，Cr 16.8％，Fe 7.2％，Mn 0.4％，Nb 2.45％，Si 0.85％，S0.002％，P 0.002％，k≤0.002％，Ni余量。

10.如权利要求8所述的焊接材料，其特征在于，使用焊接材料焊接时采用的焊接工艺选自熔化极气体保护焊、非熔化极气体保护焊或自动焊，优选采用非熔化极气体保护焊工艺。