压力管道焊接工艺课程设计说明书

目录

任务：...........................................................................2

一、前言........................................................................2

二、管壁壁厚的计算..............................................................3

三、L245管线钢的结构及材质分析.................................................4

3.1产品结构及材质分析......................................................4

3.1.1、产品结构（详见工艺草图）.........................................4

3.1.2、材质性质分析.....................................................4

四、L245管线钢的成型设计.......................................................5

五、焊接方法与设备的选择........................................................6

5.1、焊接方法的选择..........................................................6

5..2焊接设备的选择...........................................................6

六、焊接材料及焊接规范（详见焊接工艺卡）.......................................7

6.1焊接材料的选择..........................................................7

6.1.1焊丝的选择.........................................................7

6.1.2焊条直径规范......................................................7

6.1.3焊接电流的选择....................................................8

6.1.4焊接电压的选择....................................................8

6.1.5焊接速度的选择....................................................8

6.1.6焊缝坡口的设计....................................................8

七、焊前准备及辅助设备..........................................................9

7.1、焊前准备..............................................................9

7.1.1坡口的制备.........................................................9

7.1.2焊材的准备........................................................9

7.2焊接辅助设备............................................................9

八、热处理分析及工艺分析[5]...........................................................................................................9

九、焊接检验...................................................................10

9.1焊接检验主要方面.......................................................10

9.1.1焊前..............................................................10

9.1.2施焊过程中........................................................11

9.1.3焊后..................................................................11

十、心得体会....................................................................11

参考文献：......................................................................12

附表一焊接工艺卡.......................................................13

关于压力管道焊接工艺课程设计说明书

题目：压力管道焊接工艺设计

任务：

1、分析L245管线钢钢管在石油天然气运输中的运用。

2、根据工作压力为4MPa,工作温度为-10〜80℃计算管道壁厚。

3、选择焊接方法以及工艺分析（单件生产，批量生产），设备、选定焊材，确定

焊接规范等。

4、焊前准备、焊后热处理以及焊接辅助设备等。

5、写出自己在课程设计过程中的心得体会。

一、前言

管道运输是油、气运输的最主要的方式，也是油、气集输和储运工程中的重

要组成部分。管道作为油气收集的主要载体出现在矿场油气集输及处理，油气的

长距离运输，各转运枢纽的储存和装卸，终点分配油库的营销，炼油厂和石化厂

的油气集输和储运的各个环节中。管道运输由于具有缓和交通、安全性好、降低

噪音和空气安全、能耗低，不受天气条件影响等优点，因而具有广泛的发展空间。

除输送液体和气体外，管道也开始被用于长距离输送一些固体物质，如水煤浆等。

运输管道承受着所运输介质的压力和温度的作用，同时还遭受所通过地带各

种自然环境和人为因素的影响，加之最近几十年输油气管道朝着大口径，高压力

方向发展。由于压力管道的操作条件、应用环境、应用时间、应用空间、制造和

施工环节等方面的多样性，决定了管道研究的复杂性。它不仅涉及到金属材料科

学、金属腐蚀学、理论力学、材料力学。机械振动学、流体力学等基础学科，还

涉及到了石油加工工艺学等工程学科。对钢材的强度、韧性、以及可焊性提出了

相当高的要求，在使用过程中可能发生各种破漏或断裂事故。管道事故不仅因漏

影响运输造成金济损失，而且还会污染环境。为确保管道的安全运行和预防管道

事故产生应从设计、施工和操作三方面这首，其中设计中的合理选择材料和焊接

工艺是相当重要的。

二、管壁壁厚的计算

材质：L245、工作压力为4MPa、工作温度：-10〜80℃

根据石油天然气输送管道直焊缝焊管(GB/T9711.1——1997)

理论质

公称外径壁厚量试验压力/mpa

mm管体公差/mm允许公差kg/mL210L24512901230

5.248.333.847.88.6

355.66.455.114.55.38.99.8

-0.7514.6

7.161.0255.99.810.9

7.967.745.66.510.912.1

可以得到该管道的外径D1为355.6mm,壁厚为5.2mm内径为342.2mm

钢管壁厚校核：

对压力管道来说，大多数都属于薄壁管子，故当S<D/6或P/otW0.385时，受

内压直管理论壁厚计算公式可按下式计算：

PxD

S=--------------------+C/+C2

2xotx0+P

式中P——设计压力，4MPa；

D----管子外径，355.6mm；

S一管子的理论计算壁厚，mm；

。,—设计温度下材料的许用应力，158MPa;

①一焊缝系数。对螺旋双面焊缝钢管，①=0.85；

Cj^蚀余量，3.2mm；

C2——管子壁厚负偏差。-l.mm

计算得到

4x355.6

S=-+3.2-1

2x158x0.85+4

可以得到S=6.7mm

三、L245管线钢的结构及材质分析

3.1产品结构及材质分析

3.1.1、产品结构(详见工艺草图)

外径D1为355.6mm,壁厚为6.7mm内径为341.2mm的L245管线钢。产品

为直焊缝。

3.1.2、材质性质分析

(1)、化学性能分析

钢的化学成分(质量分数)％山

钢号CSiMnPS

L2450.130.240.760.0220.014

(2)、材质的力学性能分析

X70,L245钢的力学性能⑵

0冲击吸收功(-20℃)/

钢号。s/Mpab/Mpa65/%J

L2453804852256

(3)、焊接性的分析

L245是一种优质非合金钢,GB/T971L2标准规定的碳当量为0142,实际碳当

量为0123，供货的状态是正火，组织为铁素体加珠光体，无脆硬倾向，焊接性较好。

该次工艺评定的壁厚范围为11mm，厚度不大，考虑施工方便及经济性，一般对于

单纯L245-L245的焊接接头焊前无预热要求。综合考虑这种钢的焊接冷裂纹敏

感性，为了保证良好的焊接接头质量，避免焊接冷裂纹的产生，确定预热温度为

100C,层间温度为100〜150℃.

四、L245管线钢的成型设计

螺旋埋弧焊管的整过生产过程可以分为成型和精整两个阶段。从带钢开卷到

火焰切割机前的各个工序为成型阶段。成型阶段的主要工序有开卷一切头一焊头

—切边、清理边缘一成型一螺旋缝内、外焊接一定尺切割。在成型阶段带钢成型

焊接后制成钢管胚。竞争阶段的主要工序有平管端、水压试验、管端靠坡口、喷

砂清理、内外涂层等，经过精整阶段，得到合格的螺旋焊缝埋弧焊钢管成品。下

面是现代化生产流程图。

在螺旋焊缝埋弧钢管的整个过程中有多个质量监测点，这些质量监测点以及

检测标准的要求构成了螺旋缝埋弧钢管质量保证体系。

五、焊接方法与设备的选择

5.1、焊接方法的选择

焊接有内外焊缝两部分组成，分别内焊和外悍两个埋弧机组成。先焊接内焊

缝，后焊接外焊缝。焊接的位置，内焊在下部，外焊在上部，两者相差约为半个

螺距。焊接时，焊接机头位置固定，即内、外焊接位置不变，而成型螺旋钢管随

着成型过程1旋转并直线移动。由于钢管的成型和防止液化金属的流溢，具体位

置将根据生产时的带钢送进速度，也就是焊接速度确定，保证熔化金属结晶时基

本位置处于水平位置。此外，通过调整内位焊丝倾角，保证获得理想的内外焊焊

接成型系数。犹豫埋弧焊的熔深比较大大，在成型机组可成型的带钢厚度下，多

数的螺旋埋弧焊钢管（一般壁厚小于9mm）采用的是不开破口的无间隙对焊。

螺旋埋弧焊钢管采在不开破口的无间隙对焊时，必须注意将内焊（一次焊）的熔

深控制在板厚的58%-62%范围，焊缝的宽度控制在板厚的1—1.1倍左右。因为，

仔仔大量试验后得知熔深和焊缝宽度在这个范围内，焊瘤、气孔、和其他缺陷的

发生率最少的。外悍的熔深应在板厚的70%左右，以确保焊透。焊接位置示意图

见工艺图。

5.2焊接设备的选择

根据板厚为5.2mm,确定焊接电流为550〜600A,电压为33〜35V,选择焊机

型号为MZ2-1500焊机，［3］其参数如下表：

的参数

焊接

项送丝焊机结构焊接速

焊接电流焊丝直径送丝速度电流

目方式特点度

种类

基

直流

本等速悬挂式自

400-15001.6-247.5-37522.5-187或

参送丝动机头

交流

数

六、焊接材料及焊接规范（详见焊接工艺卡）

6.1焊接材料的选择

6.1.1焊丝的选择

为保证焊接接头的强韧性，采用H08MnNiMoA型焊丝[4],采用SJ101烧结焊剂。

其中焊丝以及焊剂的化学成分如下表：

H08MnNiMoA型焊丝的化学成分

型号CMnCrMoNisP

W0.30-0.50WwW

H08MnNiMoA1.20-1.60WO.20

0.100.300.030.30

SJ101碱性烧结焊剂的化学成分（％）

型号SIO2+TiO2CaO+MgOA1203+MnOCaF2SP

SJ10115—2230—3515—2020—250.0160.03

6.1.2焊条直径规范

板厚为2-8mm,焊接位置为平焊，熔滴过渡形式为短路过度，内焊丝都采用

直径为3mm的焊丝，外焊缝采用4mm的焊丝。此处如果选择焊丝直径为3mm,

电流相同时，随着焊丝直径的减少，熔深要增加。

6.1.3焊接电流的选择

焊接电流的作用是溶化焊丝和工件，同时也是决定熔深的决定因素。焊接电流

随着焊丝直径和过渡形式的不同而发生变化，内焊电流选择范围为500-700A,外

焊丝埋弧自动焊的电流为800A。

6.1.4焊接电压的选择

电弧电压是焊接一个重要的参数。电弧电压的大小决定着电弧的长短和熔滴过

渡形式，它对焊缝的成型，飞溅、焊接缺陷以及力学性能有有很大的影响。电

弧电压对焊接过程及金属间的冶金反映起着比焊接电流更大的作用，且随着焊接

直径的减小，电压的影响程度不多增大。

6.1.5焊接速度的选择

焊接速度主要根据根据生产率和焊接质量。速度大，保护变差，同时是冷却速

度增加，使焊缝塑性降低，切不利于焊缝成形，易形成咬边缺陷。焊接速度过慢,

熔敷金属在电弧下堆积，电弧热和电弧力受阻碍，焊道不均匀且焊缝粗大。在实

际生产过程中一般不超过0.5m/min

6.1.6焊缝坡口的设计

坡口型式及参数不仅直接影响到焊接结构的生产成本,而且将直接影响到焊

接质量。坡口角度的作用是使电弧能深入焊缝根部,满足操作要求，保证焊缝根部

焊透。间隙的尺寸要合适，太小则不易焊透，太大则容易烧穿。钝边是保证第一层能

焊透，同时又防止烧穿。本处的焊缝坡口设计为详见工艺图。

七、焊前准备及辅助设备

7.1、焊前准备

7.1.1坡口的制备

多数的螺旋埋弧焊钢管（•般壁厚小于9mm）采用的是不开破口的无间隙对

焊。螺旋埋弧焊钢管采在不开破口的无间隙对焊时，必须注意将内焊（一次焊）

的熔深控制在板厚的58%-62%范围，焊缝的宽度控制在板厚的1—1.1倍左右。因

为，仔仔大量试验后得知熔深和焊缝宽度在这个范围内，焊瘤、气孔、和其他缺

陷的发生率最少的。外悍的熔深应在板厚的70%左右，以确保焊透。

7.1.2焊材的准备

焊丝在150c烘干2小时，焊剂烘干消除水分，烘干时间与温度由焊剂生产

厂家规定。

7.2焊接辅助设备

焊接夹具、工件变位设备、焊机变为设备、焊缝成形设备、焊剂回收输送设

备

八、热处理分析及工艺分析[5]

8』根据母材的化学成分、焊接性能、厚度、焊接接头的拘束程度、容器使用条

件和有关标准综合确定是否需要进行焊后热处理。

8.2.1调质钢焊后热处理应低于调质处理时的回火温度。

822不同钢相焊时，焊后热处理规范应按焊后热处理温度要求较高的钢号执行，

但温度不应超过两者中任一钢号的下临界点AC1.

8.2.3非受压元件与受压元件相焊时,应按受压元件的焊后热处理规范.

8.2.4采用电渣焊焊缝、焊后必须进行正火+回火的热处理.

8.3.对有再热裂纹倾向的钢，在焊后热处理时应注意防止产生再热裂纹.

8.4奥氏体高合金钢制压力容器一般不进行焊后消除应力热处理.

8.5焊后热处理应在补焊后和压力试验前进行.

8.6应尽可能采取整体热处理.当分段热处理时，热重叠部份长度至少为1500mm,加

热区以外部份应采取措施,防止产生有害的温度梯度.

8.7补焊和筒体环缝采取局部热处理时，焊缝每侧加热带宽度不得小于容器厚的2倍;

接管与容器相焊整圈焊缝热处理时，加热带宽度不得小于壳体厚度的6倍加热区以

外部位采取措施,防止产生有害的温度梯度.

8.8焊后热处理工艺

8.8.1焊件进炉时炉内温度不得高于400℃

8.8.2焊件升温至400℃后，加热区升温速不得超过5000/3℃/h（3—-厚度，mm）,且不得

超过200℃/h,最小可为50℃/h.

8.8.3焊件升温期间，加热区内任意长度为5000mm内的温差不得大于120℃

8.8.4焊件保温期间，加热区最高与最低温度之差不宜大于65℃.

8.8.5升温和保温期间应控制加热区气体，防止焊件表面过度氧化.

8.8.6焊件出炉时，炉温不得高于400℃,加热区降温速度不得超过6500/3℃/h,且不得超

过260℃/h.最小可为50℃/h.

8.8.7焊件出炉时,炉温不得高于400℃,出炉后应在静止的空气中冷却.

九、焊接检验

9.1焊接检验主要方面

9.1.1焊前

（1）焊接材料的选择

（2）焊接设备、仪表、工艺装备；

（3）焊接坡口、接头装置及清理；

（4）焊工资格；

（5）焊接工艺文件.

9.1.2施焊过程中

(1)焊接规范参数；

(2)执行焊接工艺情况；

(3)执行技术标准情况；

(4)执行图样规定情况.

9.1.3焊后

(1)实际施焊记录；

(2)焊缝外观及尺寸；

(3)后热、焊后热处理；

(4)产品焊接试板、焊接工艺纪律检查试板；

(5)无损检验；

(6)致密性试验.

十、心得体会

在这为期两周时间的课程设即将结束了，由于刚刚在家度过春节刚刚回到学

校，在前一段时间中迟迟不能进入状态，在老师的督促下，经过自己的调整，慢

慢进入了状，开始认真分析课程设计的任务，查阅相关的资料］明

《压力容器焊接技术》、《石油储运设备及焊接》以及在中国知网上查阅了大

量的关于压力管道焊接的文献。在这些文献中了解到当前石油天然气运输管道

的相关知识。基本确定本次课程设计的方向定在螺旋焊缝埋弧焊钢在接下的时间

里根据自己的思路，完成了这篇《关于压力管道焊接工艺课程设计说明书》。在

这过程中获得了一下几方面的启发。

第一自己的动手能力有待提高。对于一名即将走向社会的大四学生，我们应

该具备很强的动手能力，但是在这次课程设计的过程中充分感受到了自己动手能

力的欠缺，很多东西心中很明白，但是当自己用文字或者图片表现出来的时候，

往往相差就十分巨大，只为以后的工作中的敲响了警钟，希望在接下来的时间里

能够提高自己的动手能力，为以后的工作打下坚实的基础。

第二专业基础知识的欠缺。作为一名焊接专业的学生应该对机械，材料以及

焊接专业知识具备相当高的水准，但是在这次课程设计过程中反映出来，自己对

材料的性能，机械设计，绘图以及工艺流程都十分的不熟悉，在设计的工程中只

有通过不断的学习相关知识，才能较好的完成课程设计。

第三明确了自学能力的重要性。“书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。”

知识是无穷无尽的，只有我们掌握了好的学习知识的方法，在以后的工作中才能

获取新的知识，不断来充实自己。所以培养一种良好的自学习惯以及学习方法是

走向成功的基石。

第四良好的团队合作精神是取得成功的保障。在这次课程设计中我们分为小

组，一个小组的成员为了完成这个项目，我们必须相互分工合作，集思广益，融

合大家的思想，提出一些具有建设意义的意见和建议。这样有利于创新思维的培

养，也为以后工作为快速融入新的团队打下基础。

最后，本次课程设计即将结束，也完成了自己拟定的目标和计划，也

许这次课程设计的知识与内容与以后的工作关系并不是很大，但是在这过程中的

经验和教训我们必须认真总结，只有我知道自们己的优势和弱势我们在社会中才

能生活的游刃有余。总之，这是一门很好的将理论与实践相结课程，在过程中温

习了专业知识，增强了自己的动手能力。它是对我们即将走向社会学子的一种洗

礼和历练。

参考文献：

[1]张玉芝，吕向阳,马彦昌，孙德新，管道设备与技术.2005no.4

[2]顾纪清，阳代军等编著.管道焊接技术。北京：化学化工出版社，2005.6

[3]