工艺管道预制自动焊1

1、工艺管道预制自动焊一. 概况21世纪的科学技术发展速度更快，水平更高，这也会推动焊接技术自动化水平的提高。目前我国的焊接生产自动化还处于较低的水平，约40，而一些工业发达国家都在50以上。从我国适用的焊接材料可以看出，在近200万吨的焊材中，有73的焊条和埋弧焊丝，气保护焊丝只占27，也就是说，加工制造的各类焊接结构大部分是用手工焊条完成的，它是一种污染大、能耗高、效率低的焊接加工方法，因此以后应加强焊接自动化的进程。近年来随着焊接设备的发展，管线自动焊接得到越来越多的应用。倒流打底焊接、常见壁厚管线熔化极气体保护焊以及较大壁厚的管线埋弧自动焊接在生产领域已经得到应用并逐渐广泛。我公司以前没有

2、采用过自动焊进行管线预制，为了保证福建炼油乙烯一体化项目管线施工的顺利完成，我公司进行了大量的焊接试验工作，对大规格管线自动化焊接进行技术攻关。我公司承建福建炼油乙烯一体化目包括210×104t/a加氢裂化装置区域面积（180米×90米），主要组成部分：210×104t/a加氢裂化装置和80000Nm3/h原料气提纯单元；280万吨/年柴油加氢精制装置和120万吨/年煤油加氢精制装置合称加氢精制装置，装置区域面积:180米×88米。DN200及以上管线近9000米，其中加氢裂化装置DN550管线厚度达到55mm。这些装置的管线采用自动化焊接，首先可以在大

3、大的减少人工成本的同时，显著的提高焊接质量和焊接效率。另外，可以在今后装置大量采用本技术，提高公司在国内外焊接施工方面的竞争力。管线自动焊的研发成功可以提升国内管线预制焊接的施工水平，大幅降低施工成本，会产生巨大的经济效益和社会效益。二技术开发的内容材质ASTMA312 TP321、1Cr5Mo 、SA335 P11、SA106B、20#管材的STT倒流打底焊接、熔化极气体保护自动焊接、埋弧自动焊接。2.1自动焊焊接特点研究2.1.1.埋弧焊埋弧焊的电弧掩埋在颗粒状焊剂下面，靠金属和焊剂的蒸发气体以及烧化的焊剂形成的熔渣外膜对电弧和熔池金属进行保护的。具有以下特点:a) 电弧的熔深能力和焊丝的

4、熔敷效率很到，所以有很高的熔敷效率，但不适合薄板的焊接。b) 保护效果好，且具有冶金反应充分和焊缝金属化学成分稳定等冶金特点，所以焊缝质量高。c) 减轻手工操作的劳动强度，且没有弧光辐射，所以劳动条件好。d) 由于埋弧焊是靠颗粒状焊剂堆积形成保护条件，因此焊接位置只适合水平面。e)机具灵活性差，焊剂设备比手弧焊复杂，不适合短焊缝的焊接。2.1.2.熔化极气体保护焊CO2气体保护焊是一种高效率焊接方法，焊接熔池和电弧受体积膨胀的CO2气体保护。具有以下特点：a) CO2电弧的穿透力强，熔深大且焊丝的熔化率高，所以熔敷速度快，生产效率可比手工焊高1倍3倍。b) 由于CO2气体价格低廉且CO2电弧能

5、耗低，所以焊接成本是手工电弧焊的50左右。c) 抗锈能力强，焊缝含氢量低，抗裂性好。d) 焊后不需清渣，且焊接过程便于监视和控制。e) 对于不锈钢，焊缝金属有增碳现象，影响抗晶间腐蚀性能。2.2焊接材料根据焊接材料的适用性能和与母材相匹配的原则，选择相应焊接材料。熔敷金属的化学成分必须与母材化学成分相近；焊接材料必须与管道自动焊有很好的适用性；焊接材料必须保证焊接接头性能达到设计要求。焊接材料的具体选用如下表所示。母材焊接方法焊接材料材质规格打底其它层打底其它层SA335P11219×25.4GTAWGMAWTIG-R30，2.5ER80S-B2，1.2,药芯TP312 321355

6、.6×27.79GTAWGMAWH0Cr20Ni10Ti，2.5H0Cr20Ni10Nb,1.6,药芯406.4×30.26GTAWSAWH0Cr20Ni10Ti，2.5H0Cr19Ni10Nb,2.5/SJ607SA106B219×18.3GTAWGMAWTIG-J50，2.5E71T-1 1.2325×25GTAWSAWTIG-J50，2.5H08MnA 2.4/HJ43120219×10STTGMAWER50-6，1.2E71T-1 1.220219×10STTSAWER50-6，1.2H08MnA 2.5/HJ4312.3坡口

7、形式坡口形式必须依据熔化极气体保护焊和埋弧自动焊的特点设计。2.3.1保证焊接接头的质量。熔化极气体保护焊填充焊接时在靠近根部的焊道易出现未熔合缺陷，坡口角度适当加大；埋弧自动焊在管道自动焊时易出现夹渣缺陷，设计的坡口形式应易于熔渣的逸出和清除。2.3.2 在保证焊枪能够进入坡口内进行焊接的前提下，最大程度的减少填充金属量以减少热输入量和焊接材料的用量。2.3.3 坡口形式应易于加工，保证使用普通坡口加工机具就能够得到高质量的所设计的坡口。2.4焊接试验 2.4.1焊接参数的调节与确定a) 焊接位置的调节管子坡口上侧正中线两端10°范围内都可进行焊接，根据管子转动情况和熔池流动情况，

8、调整焊接角度，保证有合格的外观。b) 焊接参数调节埋弧自动焊不是明弧焊接，必须对缺陷从产生有一定的认识，然后根据经验进行调节。表 埋弧焊缺陷的产生与参数调节缺陷名称产生原因防除方法焊缝表面成型不良宽度不均匀1焊剂速度不均匀2. 送丝速度不均匀3. 焊丝导电不良1. 调整变位机旋转速度2. 调整送丝轮3. 更换导电嘴衬套堆积高度过大1. 电流太大而电压过低2. 上坡时倾角过大1. 调整电流和电压2. 相对于焊件直径和焊接速度，调整焊接位置焊缝金属满澺1. 焊接速度过慢2. 电压过大3. 下坡时倾角过大4. 焊接时前部焊剂过多5. 焊丝向前弯曲1. 调整变位机旋转速度2. 调节电压3. 相对于焊件

9、直径和焊接速度，调整焊接位置4. 调整焊剂覆盖情况5. 调节焊丝矫直部分咬边1.焊丝位置或角度不当2.焊接速度与电流电压匹配不当1.调整焊丝2.调整参数未熔合、未焊透1. 未对准焊缝2. 电流过小，电压过高1. 调整焊丝2. 调整参数内部夹渣1. 多层焊时，层间清渣不干净2. 多层分道焊时，焊丝位置不当1. 层间清渣彻底2. 每道焊接前，仔细调整焊丝位置熔化极气体保护焊为明弧焊接，根据焊接的实际情况。摆动幅度、焊接速度、电流电压等对焊接质量有影响的参数可以实时调节。2.4.2两种自动焊对于管子规格的适用性管道预制时，管径越大、管壁越厚，埋弧自动焊的适应性就越强。通过在车间试验， DN300及以

10、上管径的管子就能够很好的进行埋弧自动焊焊接。CO2气体保护焊对于壁厚和管径的适应性更好，DN150及以上管径的管子均能进行自动化焊接。根据埋弧焊特点研究，其熔深能力很强，所以埋弧焊填充焊接前的根部焊道厚度如果过薄，焊接时就会将根部焊缝熔穿。在焊接试验过程中，采用钨极气体保护焊后再用焊条电弧焊填充一层增加根部焊道的厚度的方法来解决此问题，埋弧焊之前的根部焊缝厚度一般控制在5mm以上就不会出现熔穿的情况。2.4.3焊接设备的调节与改进a)埋弧焊托弧工装的设计根据埋弧焊的焊接特点研究，埋弧焊焊剂必须堆积在管道焊缝的上部，但同时被焊管道在转动，所以必须设计焊剂托罩来保证被焊部位有足够的焊剂。经过多次实

11、验和改进，设计制作的简易实用焊剂拖罩如图所示： b)自动焊设备机头支撑工装的设计焊件由变位机和托轨支撑，中心离地约600mm，焊接是在管子焊件上方进行的，所以焊机机头必须离地一定高度。根据管道预制自动化焊接的特点和管子规格范围，自动焊设备机头应该在管子焊件的一侧，且高度可以调节，并且应该方便移动。c）变位机和脱轨的设计根据焊接线速度和管子规格设计变位机转速范围，根据管子重量设计变位机和托轨的承重能力。熔化极气体保护焊焊接线速度范围为15cm/min25cm/min，埋弧自动焊焊接线速度范围为25cm/min45cm/min。由此推算变位机转动角速度适应范围为0.1转/min1转/min。d)

12、焊剂回收通过输送管，焊剂连续不断的自动流到待焊坡口内。通过管子转动，焊剂在熔池后侧流落管子，在管子下侧，设计焊剂回收托盘。2.4.4 NDT检验 理化试验产品试管焊接完成后先进行NDT检验。除熔化极气体保护焊焊接的管子靠近根部的填充层出现未熔合缺陷以外，其余均一次性合格。后针对熔化极气体保护焊进行调整，靠近根部的填充层不再摆动，改为压道焊，成功的解决了出现未熔合缺陷的情况。NDT检验后，试管进行了包括拉伸、弯曲、冲击等理化试验。另外，不锈钢材质的试件还进行了稳定化热处理和侧向膨胀量、晶间腐蚀、微观金相等理化试验，试验为一次合格。三技术指标为：3.1焊缝的机械性能达到设计要求；3.2焊接一次合格

13、率达到99%以上；3.3不锈钢焊接接头的抗晶间腐蚀性能达到要求。四 技术关键：管线SAW自动焊的技术参数调整、焊接托弧以及外观质量保证；管线GMAW自动焊的技术参数调整和质量保证；SA321TP321焊后稳定化热处理五实验成果与状态：已经完成了焊机调试和实验管段的焊接，照片资料如下： 1.STT打底焊焊缝 2.埋弧焊操控机头 3.埋弧焊 4.埋弧焊焊缝 5.气体保护焊焊接六 产品焊接 管道预制自动焊技术目前在我公司得到了很好的应用，在降低了成本和劳动强度的同时，提高了焊接效率和质量，并得到了监理和业主的好评。随着，项目的进展程度加深，管道预制自动焊技术会得到更多的应用。 七 综合评价在大型炼油和乙烯等石化成套设备中大管线是重点工程，所以管线预制的自动焊市场前景非常广阔。埋弧自动焊和熔化极气体保护焊的先进技术应用到管线预制生产中，可以有效的保证焊接质