CN114985878B - 一种大口径环焊缝的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径环焊缝的焊接方法，采用氩弧焊打底，埋弧焊填充盖面。采用普通的氩弧焊设备和埋弧焊设备来实现高的焊缝直线度，全MIG焊的效果，降低对操作人员技术水平的依赖，成本低，焊接质量稳定且工作效率高，操作性好的焊接方法。其工艺步骤为坡口加工与组对→氩弧焊根部打底→热焊层焊接→埋弧焊填充→埋弧焊盖面→超声波探伤→焊接接头性能检验，其特征在于氩弧焊双人同步焊打底，其它焊接方法填充盖面，焊接过程中保证焊缝的直线度。

Description

一种大口径环焊缝的焊接方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种大口径环焊缝的焊接方法。

背景技术

压力容器焊接时对焊接接头的强度和致密性要求高，对焊接质量要求严格，有的射线探伤要求达到一级。现有技术中，对管道要求高的施焊方法都是采用氩弧焊进行根部打底焊道的单面焊双面成形，手工焊进行填充盖面的焊接。焊接质量要求严格的单面焊双面成型打底工艺是厚板焊接的第一道工序，也是最为困难的工序。其难点在于既要防止未焊透，又要防止烧穿。钨极氩弧焊的优点是电弧在小电流情况下也能稳定燃烧，当采用脉冲TIG时，既可利用幅值较大的脉冲电流保证焊透，也可利用幅值较小的维弧电流防止烧穿，这样借助其更方便的热输入控制，更有利于单面焊双面成形，能实现节点根部焊道的高质量成形。在手工焊施焊的情况下，焊工能根据熔池大小与流动情况及时做出各种调整，以防止烧穿。MAG焊接对低温韧性有高要求的钢结构件时，能熟练掌握单面焊双面成形技术的焊工屈指可数，主要问题为极易出现烧穿。试验表明，当直接采用MAG进行打底焊接时，焊接电流和根部间隙是影响打底成形的关键因素，其对应装配要求异常苛刻，特别是对间隙的允许波动量很小，即便由于材料变形等因素引起的微量间隙波动都有可能导致出现烧穿或未焊透。

在大直径管道焊接时，若采用内填丝一个人无法完成操作，必须两人配合才能完成，并且对两个人的配合默契程度和操作熟练度程度要求也很高，因此一般都采用外填丝进行焊接。当采用外填丝时，坡口间隙必须大于焊丝的直径，保证焊丝送到近缝背面，保证焊缝背面余高和母材齐平或略高于母材，但总会出现不同深浅的凹陷，使焊接质量无法得到保障。虽然还有一些高效自动化的焊接机器人设备，但是对于一般行业施工成本投入和利润回报完全不成正比，而且对于施工场地复杂的地方该设备的使用还受到了局限。

中国专利CN106825874B提供了一种埋弧焊单面焊双面成型工艺，该方法在管材背面铺设内衬垫与气囊支撑件，对背面的贴合紧密度要求较高，易出现熔池塌陷或者漏弧。

中国专利CN108856989B提供了熔化极MIG焊在管道焊接中的打底方法，该方法对焊工的操作水平要求较高，且对于管道有错边量的时候无法保证打底层的焊接质量。

发明内容

本专利旨在提供一种大口径环焊缝的焊接方法，采用氩弧焊打底，埋弧焊填充盖面。采用普通的氩弧焊设备和埋弧焊设备来实现高的焊缝直线度，全MIG焊的效果，降低对操作人员技术水平的依赖，成本低，焊接质量稳定且工作效率高，操作性好的焊接方法。

本发明的技术方案：

一种大口径环焊缝的焊接方法，工艺流程为氩弧焊根部打底→热焊层焊接→埋弧焊填充→埋弧焊盖面→超声波探伤→焊接接头性能检验，关键工艺步骤包括：

（1）下料：按图纸要求进行工件下料；

（2）机械加工：坡口加工成32°~40°V型坡口；

（3）装配：按图纸要求对下料后的工件进行打磨并装配形成待焊工件，坡口间隙为2~3mm，焊接前对焊缝坡口区域打磨清理，除去坡口表面及附近的铁锈、油脂，打磨范围为距离焊缝坡口边缘 20~30 mm 区域，打磨光亮后采用丙酮或酒精进行擦洗；施焊前进行点焊固定，点焊长度为40~70 mm，间隔400~550mm；

（4）氩弧焊打底：分段焊接，先焊3点到12点位置，然后焊9点到6点位置，再焊12点到9点位置，最后焊6点到3点位置；焊接参数为：钨极直径2~3mm，焊丝直径2~3，喷嘴口径内壁10-12mm，喷嘴口径外壁10~12mm，氩气流量9~12L/min，焊接电流内壁60~70A，焊接电流外壁70~80A，焊接电压18~19V；靠外壁一侧的焊枪进行外焊道焊接与外壁呈80~85°的角度，靠内壁一侧的焊枪进行内焊道焊接与内壁呈直角，两个电弧对准根部同一位置同时运行并添加焊丝；

（5）焊接热焊道：埋弧焊焊机使用交流焊接模式，调节电流为360~380A；

（6）填充：埋弧焊焊机选用交流或直流反接模式，调节电流为450~650A；在直边焊接时倾斜导电嘴的角度5~20°，焊丝端部与直边距离2~6mm；

（7）埋弧焊盖面：埋弧焊焊机选用交流或直流反接模式，调节电流为450~620A；

（8）超声波探伤：扫查焊接接头，确定探伤试件的等级，标明焊接缺陷位置；

（9）性能检验：对焊接接头进行物理性能检测。

本发明的有益效果：1）本发明的打底焊接方法，具有优异的适应性，普通氩弧焊机即可满足焊接性能的要求，对焊工水平要求也不高；2）本发明的打底焊接方法，焊缝成型美观，致密性好，根部位置不会出现凹坑、塌陷等缺陷，焊接接头位置过渡饱满圆滑又美观，且对焊工水平要求不高；3）本发明的焊接方法，焊接完成后直边的直线度保持良好，熔合线的位置完全位于焊接接头热影响区的粗晶区与焊缝金属的结合处，有利于掌握焊接接头热影响区不同区域的性能，特别是熔合线的性能，也是焊接最容易出现问题的位置。因为只有直边在焊接后保持直线度，在后续取样试验过程中才能体现试件经过焊接热循环以后性能变化情况，便于掌握材料本身的性能。

附图说明

图1为氩弧焊喷嘴位置照片。

图2为对接接头示意图。

图3为截面宏观形貌照片。

图4为试样金相组织照片。

图5 为对接焊缝夏比V型缺口试件位置。

图6为对接焊缝硬度测量示意图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的内容。

实施例：一种较大口径环焊缝的焊接方法

钢的化学组成质量百分比为：C=0.09，Si=0.32，Mn=1.25，P=0.009，S=0.0014，Ti=0.013， Cr=0.478，Mo=0.439，Ni=0.44，余量为Fe和不可避免的杂质，包括如下工艺步骤：

（1）下料：按图纸尺寸要求对φ720 xδ80mm管进行试件下料；

（2）机械加工：坡口加工成35°V型坡口，既可以保证有较合适的干伸长深入到根部，而不会触碰坡口内壁，又能获得较小的坡口角度以减少焊接材料填充量；

（3）装配：按图纸要求对下料后的工件进行打磨并装配形成待焊工件，坡口间隙为2~3mm，将坡口位置的水、油、锈等脏物除去，并用角磨机打磨出待焊区域50mm范围直至露出金属光泽；施焊前进行点焊固定，注意点焊位置应提前进行焊前预热处理，与施焊时的预热温度保持一致，点焊长度为60~70 mm，间隔500~550mm；

（4）预热：因管子直径较大，管壁厚度较厚，且碳当量和Pcm值均较高，为防止焊接过程中出现裂纹和试件变形，需采用陶瓷加热片对试件进行预热到130°；

（5）氩弧焊打底：分段焊接，先焊3点到12点位置，再焊9点到6点位置，再焊12点到9点位置，最后6点到3点位置；靠外壁一侧的焊枪进行外焊道焊接与外壁呈80~85°的角度，靠内壁一侧的焊枪进行内焊道焊接与内壁呈直角，两个电弧对准根部同一位置同时运行并添加焊丝。焊接参数：焊接参数：钨极直径2.5mm，焊丝直径2.5，喷嘴口径内壁11mm，喷嘴口径外壁11mm，氩气流量11L/min，焊接电流内壁60A，焊接电流外壁70A，焊接电压18~19V；

（6）焊接热焊道：埋弧焊焊机使用交流焊接模式，调节电流为360~380A，电压为25~26V，焊接速度为50~52cm/min；

（7）填充：热焊层焊接完成后，埋弧焊焊机选用交流或直流反接模式，根据焊接工艺要求，调节电流为480~650A，具体焊接工艺参数见表1，焊接过程中在焊接直边侧焊道时将导电嘴与直边的角度为5~15°，焊丝端部与直边距离3~5mm；

（8）埋弧焊盖面：填充完成后，埋弧焊焊机选用交流或直流反接模式，调节电流为450~620A；

（9）超声波探伤：扫查焊接接头区域，标明焊接缺陷位置，按照GB/T11345要求探伤试件I级合格；

对焊接接头进行物理性能检测结果：

①对接接头拉伸试验：试样横向取样，2个全厚度拉伸试样，拉伸试验结果分别列于表2；

②对接接头弯曲试验：本试验采用的侧弯试验，弯曲直径D=40mm，弯曲角度为180°，试验在室温下进行，试验结果见表3；

③对接接头冲击试验结果分别列于表4、表5；

④焊接接头硬度（HV10）试验：对接接头硬度试验点位置如图 5和图6所示，试验结果见表6、表7。

表1 埋弧焊焊接工艺参数

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表2 对接接头抗拉试验结果

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表3 对接接头侧弯试验结果

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表4 接头冲击试验结果

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表5 接头冲击试验结果

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表6 X65Q-11对接接头硬度试验（HV10）结果（热输入15KJ/cm，焊态）

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表7 X65Q-12对接接头硬度试验（HV10）结果（热输入35KJ/cm，焊态）

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结果分析：执行标准API 5L标准要求屈服强度450~600，抗拉强度535~760，0℃条件下全尺寸冲击只≥27，焊接接头性能优良与试管的性能一致，焊接接头硬度值均在325（HV10）以内。

Claims (1)

1.一种大口径环焊缝的焊接方法，工艺流程为坡口加工与组对→氩弧焊根部打底→热焊层焊接→埋弧焊填充→埋弧焊盖面→超声波探伤→焊接接头性能检验，其特征在于关键工艺步骤包括：

（1）下料：按图纸要求进行工件下料；

（2）机械加工：坡口加工成32°~40°V型坡口；

（3）装配：按图纸要求对下料后的工件进行打磨并装配形成待焊工件，坡口间隙为2~3mm，焊接前对焊缝坡口区域打磨清理，除去坡口表面及附近的铁锈、油脂，打磨范围为距离焊缝坡口边缘 20~30 mm 区域，打磨光亮后采用丙酮或酒精进行擦洗；施焊前进行点焊固定，点焊长度为40~70 mm，间隔400~550mm；

（4）氩弧焊打底：分段焊接，先焊3点到12点位置，然后焊9点到6点位置，再焊12点到9点位置，最后焊6点到3点位置；靠外壁一侧的焊枪进行外焊道焊接与外壁呈80~85°的角度，靠内壁一侧的焊枪进行内焊道焊接与内壁呈直角，两个电弧对准根部同一位置同时运行并添加焊丝；钨极直径2~3mm，焊丝直径2~3，喷嘴口径内壁10-12mm，喷嘴口径外壁10~12mm，氩气流量9~12L/min，焊接电流内壁60~70A，焊接电流外壁70~80A，焊接电压18~19V；

（5）焊接热焊道：埋弧焊焊机使用交流焊接模式，调节电流为360~380A；

（6）填充：埋弧焊焊机选用交流或直流反接模式，调节电流为450~650A；在直边焊接时倾斜导电嘴的角度5~20°，焊丝端部与直边距离2~6mm；

（7）埋弧焊盖面：埋弧焊焊机选用交流或直流反接模式，调节电流为450~620A；

（8）超声波探伤：扫查焊接接头，确定探伤试件的等级，标明焊接缺陷位置；

（9）性能检验：对焊接接头进行物理性能检测。