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CN109048003A - 一种小直径厚壁碳钢管道焊接方法 - Google Patents

一种小直径厚壁碳钢管道焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小直径厚壁碳钢管道焊接方法，包括如下步骤：(1)坡口加工：先将管件焊接端加工为V形坡口，再将V形坡口及周围20mm范围内污物进行清理；(2)坡口组对：将管道坡口进行组对；(3)焊缝打底层焊接：采用焊丝氩弧焊接工艺焊接；(4)焊缝填充层焊接：采用焊丝埋弧自动焊焊接工艺焊接；(5)焊缝盖面层焊接：采用焊丝埋弧自动焊焊接工艺焊接。该工艺仅坡口加工、组对、焊缝打底层焊接采用人工方式，其他环节均采用埋弧自动焊接，劳动强度低，焊接效率高，无烟尘产生，消除了健康隐患；该工艺使用焊丝埋弧焊自动焊接工艺进行焊缝填充层和盖面层焊接，施焊效率是采用手弧焊条焊的4～5倍、是采用钨极氩弧焊的8～10倍，施焊效率得到极大提升；焊接参数小，消除了焊缝氧化问题，减小了热影响区，焊缝质量大大提高。

Description

一种小直径厚壁碳钢管道焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接领域，特别涉及一种直径DN250～DN500、壁厚15mm＜δ＜30mm的小直径厚壁碳钢管道焊接方法。
背景技术
在化工工程项目安装过程中，涉及到大量小管径、厚管壁的碳钢施工管道，这些管道一般采用传统的钨极氩弧焊打底、手弧焊条焊填充、盖面的焊接方法进行焊接。存在以下问题：
耗时长、施焊效率低，影响项目安装的整体施工进度；另一方面，随着焊接时间的延长，人员受精力和体力影响，对管道焊接质量影响愈加明显。
发明内容
本发明主要是解决现有技术存在的问题，提供一种小直径厚壁碳钢管道焊接方法，该方法采用氩弧焊焊接工艺进行打底层焊接，再使用埋弧自动焊焊接工艺进行填充层、盖面层焊接，该方法保证管件焊接质量的同时提高了焊接效率，能够满足DN250～DN500、壁厚15mm＜δ＜30mm碳钢管道焊接要求。
为实现以上目的，本发明采用下述技术方案：
一种小直径厚壁碳钢管道焊接方法，包括如下步骤：
(1)坡口加工：先将管件焊接端加工为V形坡口，再将V形坡口及周围20mm范围内污物进行彻底清理。
(2)坡口组对：将管道坡口进行组对。
(3)焊缝打底层焊接：采用焊丝氩弧焊接工艺焊接。
(4)焊缝填充层焊接：采用焊丝埋弧自动焊焊接工艺焊接。
(5)焊缝盖面层焊接：采用焊丝埋弧自动焊焊接工艺焊接。
所述步骤(1)中，利用火焰切割或坡口加工设备将碳钢管道焊件焊接端加工为V形坡口，坡口角度55～60°，焊缝成形系数为1～2，钝边2±0.5mm，利用磨光机或其他修磨设备将管道焊件V型坡口及20mm范围内锈等杂质污物进行彻底清理。
所述步骤(2)中，V型坡口组对间隙为3～4mm，错变量0～1mm，组对后坡口角度55～60°。
所述步骤(3)中，氩弧焊采用高频脉冲非接触式引弧的钨极氩弧焊工艺。
进一步地，焊接电流为130～150A，焊接速度为6～8cm/min，电压23V，氩气流量为8～ 10L/min。
所述步骤(4)中，第一层、第二层填充层焊接电流200～270A，电压25～30V，焊接速度25～35cm/min；第三层、第四层填充层焊接电流240～300A，电压30～36V，焊接速度35～42cm/min。
所述步骤(5)中，第一层、第二层盖面层焊接电流240～300A，电压30～36V，焊接速度35～42cm/min。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种小直径厚壁碳钢管道焊接方法，该工艺保证焊接质量的同时提高了焊接效率，满足DN250～DN500、壁厚15mm＜δ＜30mm碳钢管道焊接要求，该工艺存在以下优点：
1、该工艺仅坡口加工、组对、焊缝打底层焊接采用人工方式，其他环节均采用自动焊接，劳动强度低，焊接效率高。
2、采用埋弧自动焊焊接工艺进行焊缝填充层和盖面层焊接，施焊效率是采用手弧焊条焊的4～5倍、是采用钨极氩弧焊的8～10倍，施焊效率得到极大提升，减少了人工劳动强度。
3、采用埋弧自动焊焊接工艺进行焊缝填充层和盖面层焊接，焊缝质量大大提高。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明中焊缝各层结构示意图；
其中，1、打底层；2、第一层填充层；3、第二层填充层；4、第三层填充层；5、第四层填充层；6、第一层盖面层；7、第二层盖面层。
图2为本发明中坡口结构示意图；
其中，8、坡口角度；9、坡口组对间隙；10、坡口钝边。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1：
选取规格为DN250×16mm碳钢管道，采用坡口加工设备加工坡口，磨光机清理坡口表面及坡口两侧20mm范围内锈等杂质，坡口形式如图2所示，V形坡口，坡口角度60°，钝边2±0.5mm，组对间隙3mm。采用高频脉冲非接触式引弧的钨极氩弧焊工艺对此管件进行打底层焊接，然后采用埋弧自动焊焊接工艺对焊接接头进行填充层、盖面层焊接，焊接参数如表1所示。
表1 焊接工艺参数
在试件上截取2个拉伸试件，4个弯曲试件，经对试件拉伸、弯曲等理化检验，试验数据见表2、3。
表2 拉伸试验
试样编号 试样宽度(mm) 试样厚度(mm) 抗拉强度(Mpa) 断裂部位
件01 32.6 16 529 热影响区
件02 32.2 16 531 焊缝区
表2试验结果表明，检验样品全部符合管道焊接标准(NB/T47014-2011)要求：拉伸试验，4.1.5.4合格指标：试样母材为同一金属材料代号时，每个(片)试样的抗拉强度应不低于本标准规定的母材母材抗拉强度最低值。
表3弯曲试验数据
表3试验结果表明，检验样品全部符合管道焊接标准(NB/T47014-2011)要求：弯曲试验6.4.1.6.4合格指标“对接焊缝试件的弯曲试样弯曲到规定的角度后，其拉伸面上的焊缝和热影响区内，沿任何方向不得有单条长度大于3mm的开口缺陷”。
实施例2：
选取规格为DN300×18mm碳钢管道，采用坡口加工设备加工坡口，磨光机清理坡口表面及坡口两侧20mm范围内锈等杂质，坡口形式如图2所示，V形坡口，坡口角度选用 60°，钝边2±0.5mm，组对间隙3mm。采用高频脉冲非接触式引弧的钨极氩弧焊工艺对此管件进行打底层焊接，然后采用埋弧自动焊焊接工艺对焊接接头进行填充层、盖面层焊接，焊接参数如表1所示。
表4 焊接工艺参数
在试件上截取2个拉伸试件，4个弯曲试件，经对试件拉伸、弯曲等理化检验，试验数据见表5、6。
表5 拉伸试验
试样编号 试样宽度(mm) 试样厚度(mm) 抗拉强度(Mpa) 断裂部位
件01 32.6 18.5 513 热影响区
件02 32.2 18.2 516 焊缝区
表5试验结果表明，检验样品全部符合管道焊接标准(NB/T47014-2011)要求：拉伸试验，4.1.5.4合格指标：试样母材为同一金属材料代号时，每个(片)试样的抗拉强度应不低于本标准规定的母材母材抗拉强度最低值。
表6 弯曲试验数据
表6试验结果表明，检验样品全部符合管道焊接标准(NB/T47014-2011)要求：弯曲试验6.4.1.6.4合格指标“对接焊缝试件的弯曲试样弯曲到规定的角度后，其拉伸面上的焊缝和热影响区内，沿任何方向不得有单条长度大于3mm的开口缺陷”。
实施例3：
选取规格为DN400×18mm碳钢管道，采用坡口加工设备加工坡口，磨光机清理坡口表面及坡口两侧20mm范围内锈等杂质，坡口形式如图2所示，V形坡口，坡口角度选用 60°，钝边2±0.5mm，组对间隙3mm。采用高频脉冲非接触式引弧的钨极氩弧焊工艺对此管件进行打底层焊接，然后采用埋弧自动焊焊接工艺对焊接接头进行填充层、盖面层焊接，焊接参数如表7所示。
表7 焊接工艺参数
在试件上截取2个拉伸试件，4个弯曲试件，经对试件拉伸、弯曲等理化检验，试验数据见表8、9。
表8 拉伸试验
试样编号 试样宽度(mm) 试样厚度(mm) 抗拉强度(Mpa) 断裂部位
件01 32.1 18.3 508 热影响区
件02 32.5 18.4 525 焊缝区
表8试验结果表明，检验样品全部符合管道焊接标准(NB/T47014-2011)要求：拉伸试验，4.1.5.4合格指标：试样母材为同一金属材料代号时，每个(片)试样的抗拉强度应不低于本标准规定的母材母材抗拉强度最低值。
表9 弯曲试验数据
表9试验结果表明，检验样品全部符合管道焊接标准(NB/T47014-2011)要求：弯曲试验6.4.1.6.4合格指标“对接焊缝试件的弯曲试样弯曲到规定的角度后，其拉伸面上的焊缝和热影响区内，沿任何方向不得有单条长度大于3mm的开口缺陷”。
实施例4：
选取规格为DN300×21mm碳钢管道，采用坡口加工设备加工坡口，磨光机清理坡口表面及坡口两侧20mm范围内锈等杂质，坡口形式如图2所示，V形坡口，坡口角度选用 60°，钝边2±0.5mm，组对间隙3mm。采用高频脉冲非接触式引弧的钨极氩弧焊工艺对此管件进行打底层焊接，然后采用埋弧自动焊焊接工艺对焊接接头进行填充层、盖面层焊接，焊接参数如表10所示。
表10 焊接工艺参数
在试件上截取2个拉伸试件，4个弯曲试件，经对试件拉伸、弯曲等理化检验，试验数据见表11、12。
表11 拉伸试验
表11试验结果表明，检验样品全部符合管道焊接标准(NB/T47014-2011)要求：拉伸试验，4.1.5.4合格指标：试样母材为同一金属材料代号时，每个(片)试样的抗拉强度应不低于本标准规定的母材母材抗拉强度最低值。
表12 弯曲试验数据
表12试验结果表明，检验样品全部符合管道焊接标准(NB/T47014-2011)要求：弯曲试验6.4.1.6.4合格指标“对接焊缝试件的弯曲试样弯曲到规定的角度后，其拉伸面上的焊缝和热影响区内，沿任何方向不得有单条长度大于3mm的开口缺陷”。
实施例5：
选取规格为DN400×21mm碳钢管道，采用坡口加工设备加工坡口，磨光机清理坡口表面及坡口两侧20mm范围内锈等杂质，坡口形式如图2所示，V形坡口，坡口角度选用 60°，钝边2±0.5mm，组对间隙3mm。采用高频脉冲非接触式引弧的钨极氩弧焊工艺对此管件进行打底层焊接，然后采用埋弧自动焊焊接工艺对焊接接头进行填充层、盖面层焊接，焊接参数如13所示。
表13 焊接工艺参数
在试件上截取2个拉伸试件，4个弯曲试件，经对试件拉伸、弯曲等理化检验，试验数据见表14、15。
表14 拉伸试验
试样编号 试样宽度(mm) 试样厚度(mm) 抗拉强度(Mpa) 断裂部位
件01 32.0 21.5 498 热影响区
件02 32.1 21.1 516 焊缝区
表14试验结果表明，检验样品全部符合管道焊接标准(NB/T47014-2011)要求：拉伸试验，4.1.5.4合格指标：试样母材为同一金属材料代号时，每个(片)试样的抗拉强度应不低于本标准规定的母材母材抗拉强度最低值。
表15 弯曲试验数据
表15试验结果表明，检验样品全部符合管道焊接标准(NB/T47014-2011)要求：弯曲试验6.4.1.6.4合格指标“对接焊缝试件的弯曲试样弯曲到规定的角度后，其拉伸面上的焊缝和热影响区内，沿任何方向不得有单条长度大于3mm的开口缺陷”。
实施例6：
选取规格为DN500×21mm碳钢管道，采用坡口加工设备加工坡口，磨光机清理坡口表面及坡口两侧20mm范围内锈等杂质，坡口形式如图2所示，V形坡口，坡口角度选用 60°，钝边2±0.5mm，组对间隙3mm。采用高频脉冲非接触式引弧的钨极氩弧焊工艺对此管件进行打底层焊接，然后采用埋弧自动焊焊接工艺对焊接接头进行填充层、盖面层焊接，焊接参数如表1所示。
表16 焊接工艺参数
在试件上截取2个拉伸试件，4个弯曲试件，经对试件拉伸、弯曲等理化检验，试验数据见表17、18。
表17 拉伸试验
试样编号 试样宽度(mm) 试样厚度(mm) 抗拉强度(Mpa) 断裂部位
件01 32.6 21.5 501 热影响区
件02 32.2 21.2 523 焊缝区
表17试验结果表明，检验样品全部符合管道焊接标准(NB/T47014-2011)要求：拉伸试验，4.1.5.4合格指标：试样母材为同一金属材料代号时，每个(片)试样的抗拉强度应不低于本标准规定的母材母材抗拉强度最低值。
表18 弯曲试验数据
表18试验结果表明，检验样品全部符合管道焊接标准(NB/T47014-2011)要求：弯曲试验6.4.1.6.4合格指标“对接焊缝试件的弯曲试样弯曲到规定的角度后，其拉伸面上的焊缝和热影响区内，沿任何方向不得有单条长度大于3mm的开口缺陷”。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种小直径厚壁碳钢管道焊接方法，包括如下步骤：(1)坡口加工：先将管件焊接端加工为V形坡口，再将V形坡口及周围20mm范围内污物进行彻底清理；(2)坡口组对：将管道坡口进行组对；(3)焊缝打底层焊接：采用焊丝氩弧焊接工艺焊接；(4)焊缝填充层焊接：采用焊丝埋弧自动焊焊接工艺焊接；(5)焊缝盖面层焊接：采用焊丝埋弧自动焊焊接工艺焊接。
2.根据权利要求1所述的一种小直径厚壁碳钢管道焊接方法，其特征在于：所述步骤(1)中，V形坡口，坡口角度55～60°，焊缝成形系数为1～2，钝边2±0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种小直径厚壁管碳钢道焊接方法，其特征在于：所述步骤(2)中，V型坡口组对间隙为3～4mm，错变量0～1mm，组对后坡口角度55～60°。
4.根据权利要求1所述的一种小直径厚壁碳钢管道焊接方法，其特征在于：所述步骤(3)中，氩弧焊采用高频脉冲非接触式引弧的钨极氩弧焊工艺，焊接电流为130～150A，焊接速度为6～8cm/min，电压23V，氩气流量为8～10L/min。
5.根据权利要求1所述的一种小直径厚壁碳钢管道焊接方法，其特征在于：所述步骤(4)中，第一层、第二层填充层焊接电流200～270A，电压25～30V，焊接速度25～35cm/min；第三层、第四层填充层焊接电流240～300A，电压30～36V，焊接速度35～42cm/min。
6.根据权利要求1所述的一种小直径厚壁碳钢管道焊接方法，其特征在于：所述步骤(5)中，第一层、第二层盖面层焊接电流240～300A，电压30～36V，焊接速度35～42cm/min。
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