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焊条直径、焊接电流、焊接速度、电源极性、焊接层数、热输入、预热温度、焊后热处理。
焊条直径:根据板材厚度,焊接层数,接头形式等来确定。焊接电流:根据焊条直径,板材厚度,施工位置,焊条类型过小时容易夹未融合引弧困难等,过大时焊接烟尘大,容易产生咬边焊瘤烧穿等情况。焊接速度:根据电流来确定,过快时焊缝变窄,凹凸不平,咬边,过慢时焊缝变宽,焊缝变高,热影响区变大。电源极性:根据焊条类型来确定。焊接层数:根据坡口尺寸和焊角。尺寸热输入:焊接电弧热输入给单位长度焊缝的热量,主要针对一些低合金钢,不锈钢等材质而言,这种板材热输入过大会造成接头性能降低甚至产生裂纹,其实焊接电流和焊接速度直接影响热输入。预热温度:对于一些刚度较大,焊接性差的材料,需要进行预热,避免产生裂纹,像铸铁。热处理:还有一种手段叫后热,两者不一样,后热是焊接完事后立即进行加热或者保温,慢慢冷却,已达到避免形成硬脆等现象,也可减小了裂纹的产生,热处理时为改善接头的性能或者消除应力而进行的热处理。
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摘要:压力容器是一种特殊设备,其制造过程中的焊接质量控制相当关键。所以,只有建立完善的焊接质量控制系统,才能生产出合格的压力容器。从焊接材料、焊接工艺、焊接检验等几个方面来细述如何控制焊接的质量。
关键词:焊接;工艺;质量;控制;
前言
压力容器是一种特殊设备,其制造过程中的焊接质量控制相当关键,起着决定性的作用。焊接质量对压力容器的寿命与安全运行起着重要作用,它直接关系到人民群众生命与财产安全。从某种意义上说,焊接的质量就是压力容器的质量。焊接接头质量的控制主要包括对焊工管理、焊接材料、焊接工艺、焊接检验等方面的控制。
1焊工管理
焊接是特殊工种,焊工是焊接质量的制造者,其操作技能的好坏直接体现在焊接质量上。因此,压力容器焊工应严格按《特种设备焊接操作人员考核细则》的要求,进行相应项目的考核,取得特种设备作业人员证后方可施焊。焊工合格证有效期限为4年,在合格项目有效期满前3个月,须提出申请进行复审;中断与特种设备有关的焊接工作6个月以上再从事特种设备焊接工作的,必须重新考试。持证焊工应在合格项目允许的范围内施焊,不可无证施焊,制造厂的质检部门应经常检查焊工的持证情况。焊工施焊时严格按照焊接工艺执行。
2焊接材料
2.1焊接材料的选择
压力容器与其它设备焊接结构不同,它要求采用全焊透结构,其焊接接头承受着与容器壳体相同的各种载荷、温度和工作介质的物理、化学作用。对焊缝金属不仅要求具有与壳体材料基本相等的强度,而且要求具有足够的塑性和韧性,以防止受压部件焊接接头在运行过程中,因各种应力和温度的共同作用而提前失效或产生脆性破裂。此外,某些场合,还要求焊缝金属具有抗工作介质腐蚀的性能。因此,压力容器用焊接材料的选择需要考虑各方面的因素。
2.2焊接材料的验收、保管和领用
焊接材料的验收、保管与领用也是焊接质量控制过程中重要的环节之一。不同厂家的同一型号或牌号的焊条,其工艺性能也可能存在差异,因此,制造厂应根据自己的实际经验,选定相对固定的焊条生产厂家。焊接材料入库验收时要有制造厂提供的质量保证书,而且包装完好,生产批号清晰,必要时按相应标准进行抽样复验,验收合格后及时入库。入库后的焊材按牌号、规格、批号分别储放在温度>5℃,相对湿度不大于60%的焊材库内。焊条和焊剂使用前必须按规定的烘干参数进行烘干。焊条从烘干炉取出后,在大气中存放时,焊条药皮将吸收大气中的水分,存放的时间越长吸收的水分越多,因此焊工在领用焊条时应配备焊条保温筒,做到随用随取。焊材发放时,焊工应持焊接材料领用卡领取焊接材料,领用卡应注明产品编号、焊接材料牌号、规格和数量,并做好发放记录。
3焊接工艺
压力容器的焊接工艺是控制接头焊接质量的关键因素。因此必须按焊接方法、焊接材料的种类、板厚与接头形式编制焊接工艺。
3.1焊接工艺评定
焊接工艺评定是保证压力容器焊接质量的重要措施。焊接之前,应先拟订预焊接工艺规程(pWPS),并对拟订预焊接规程进行评价,形成焊接工艺评定(PQR),根据合格的焊接工艺评定编制焊接工艺规程(WPS)和焊接作业指导书(WWI)。
焊接工艺评定从一个方面反映了制造厂的焊接能力。但在执行过程中总是存在若干问题,主要体现在以下几个方面:
(1)首次使用的国外材料未进行焊接工艺评定。
(2)用不等厚试件进行评定,经评定合格后适用不等厚焊件母材厚度的范围,应按厚边对厚边,薄边对薄边分别计算。
(3)不少制造厂对拼焊钢板热冲压成形封头的焊接工艺评定,都没有考虑热冲压过程,认为热冲压是热加工而不是焊后热处理,而且热冲压温度是高于上转变温度,因此焊件的最大厚度为试件厚度的1.1倍。
(4)改变焊后热处理类别未重新做焊接工艺评定。
3.2焊接工艺参数的选择
焊接工艺参数是指焊接时,为保证焊接质量而选定的诸物理量的总称。焊接工艺参数的确定涉及到多种因素,包括材料种类、规格和焊接方法。焊接热输入是指熔焊时,由焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量。它综合体现了焊接工艺参数对焊缝性能的影响。对于低碳钢来说,这种钢的塑性和冲击韧性优良,焊接接头的塑性和冲击韧性也很优良,一般情况下可对线能量的控制范围适当放宽。但使用埋弧焊时若焊接线能量过大,会使热影响区粗晶区的晶粒过于粗大,甚至会产生魏氏组织,从而使该区的冲击韧性和弯曲性能降低,导致冲击韧性和弯曲性能不合格。故在使用埋弧焊焊接,尤其是焊接厚板时,应严格按经焊接工艺评定合格的焊接线能量施焊。对于低合金钢,一般应注意不要使用过大的线能量。含碳量较低的Q345R钢焊接时,焊接线能量控制范围适当放宽,因为这种钢焊接热影响区脆化倾向较小。但对于碳及合金元素含量较高、屈服强度也较高的低合金高强钢,如18MnMoNbR,由于这种钢淬硬倾向较大,又要考虑其热影响区的过热倾向,则在选用较小线能量的同时,还要增加焊前预热、焊后及时后热等措施。低温钢和不锈钢焊接时,为保证焊接接头的韧性和耐蚀性,也应选用小线能量,且快速焊,严格控制层间温度。还有一点要注意的是,在容器生产中会常常遇到异种钢焊接。焊接时,为了防止焊缝金属的稀释,应采用小线能量焊接。焊接工艺卡上的焊接工艺参数是根据评定合格的焊接工艺评定制定的,实际施焊时应严格执行,不得随意改变。
3.3产品试板
产品试板用于考证按照所制定的焊接工艺施焊时焊缝的质量,对试板的检验就是对焊工实际施焊工艺、焊工技能和焊接条件等因素的综合检验。因此,它代表实际产品的焊接接头性能。压力容器产品试板应按《固定式压力容器安全技术监察规程》和GB 150—2011《钢制压力容器》的规定制作产品试板,并按JNB/T47016—2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》的规定进行试件的制作和检验。3.4焊缝检查
焊接接头表面应按相关标准进行外观检查,不得有表面裂纹、未焊透、未熔合、表面气孔、弧坑、未填满、夹渣和飞溅物;焊缝与母材应圆滑过渡;角焊缝的外形应凹形圆滑过渡。
容器的焊接接头,应在形状尺寸检查、外观检查合格后,再进行无损检测。无损检测分为局部检测和全部检测,在进行局部射线或超声检测时,应对所有的丁字形焊接接头以及将要被其他元件所覆盖的焊接接头进行检测。经过局部射线检测或超声检测的焊接接头,若在检测部位发现超标缺陷,则应当对缺陷的两端延伸部位各进行不少于250 mm的补充局部检测;若仍不合格,则应当对该条焊接接头全部进行检测。如果焊缝经无损检测后发现存在不允许的缺陷,应进行返修。首先应对需要返修的缺陷分析其产生的原因,制定返修方案,并编制返修工艺。焊缝同一部位的返修次数不宜超过2次。
制造完工的容器应按设计文件规定耐压试验。耐压试验分液压试验、气压试验以及气液组合试验。其目的是检验产品受压元件的强度和焊缝的致密性,同时也能起降低焊接应力的作用。
1.1选择适合的焊接材料及焊接设备。以钢板厚度1mm,角铁∠30×3,材质为Q135的风管为例。选择焊丝型号ER50-6规格准0.8、准1.0、准1.1三种;CO1气体;二氧化碳焊机型号HB400-04;半自动切割机型号CG1-30。
1.2制订1mm薄板钢板的自动焊焊接方案;研制出合格的焊接工艺评定。①加工薄板钢板试件。Q135厚度1mm钢板加工成600×100mm试件;∠30×3角铁加工成600mm试件。②焊接薄板钢板试件。将半自动CO1气体保护焊枪固定在半自动切割机上,调试二氧化碳焊机、半自动切割机;使用牌号为ER50-6,直径分别为准0.8、准1.0、准1.1三种规格的焊丝进行施焊试验,确定合适的焊接参数见表1。③焊接工艺措施。1)焊接时焊接位置采用平角焊(横焊),焊枪调整角度为45°施焊。1)引弧前首先按焊枪上的控制开关,点动送出一段焊丝,焊丝伸出长度小为11-15mm,超长部分应剪去。若焊丝端部出现球状时,必须先剪去,否则引弧困难。3)引弧时,将焊机置于自锁状态,再将焊枪放在引弧处,保持45°倾角和喷嘴高度,然后按焊枪上的控制开关,焊机自动提前送气,延时接通电源,保持高电压、慢送丝,当焊丝碰撞工件短路后,自动引燃电弧。4)引燃电弧后,焊接过程中,焊工应根据熔池的形状、飞溅的大小、电弧的稳定性和焊缝成形的好坏,判断焊接工艺参数是否合适。若焊接过程中,熔池平稳,飞溅较小,电弧稳定。同时,可观察到周期性的短路,听到均匀的周期性的啪啪声,而且焊缝成形较好,说明参数合适。否则应调整焊接工艺参数。5)收弧时,先停车后断弧保证填满弧坑,应让焊枪在弧坑处停留几秒钟,以保证熔池凝固时得到可靠的保护。
1.3对焊接试件进行加工取样。对分别采用三种规格焊丝施焊的焊接试件进行焊缝外观检查、无损检测、宏观金相检验等,试验及合格标准执行GB118,根据试验数据出具焊接试验报告。
1.4对分析结果进行汇总,确定焊接工艺的可行性。对三组焊接试验数据进行综合,分析焊缝外观记录、焊缝缝表面无损检测记录及焊缝金相试验报告,最后确定可行焊接工艺
二、培训CO1气体保护自动焊焊工
依据优化的焊接工艺,对施工现场风管焊接的施焊焊工进行培训,使其能熟练掌握本项操作技能,保证焊接质量。
三、薄板风管自动焊焊接工艺在产品中试用的操作要点
①施焊时技术措施:焊接时焊枪为不摆动;喷嘴直径准10mm;焊丝伸出长度11-15mm:熔滴过渡形式为短路过渡。②施工现场每个施焊工位要有防风措施,以保证CO1保护气体的稳定。③为防止焊枪导电嘴和喷嘴粘着飞溅物,焊前应在导电嘴和气体喷嘴表面涂以硅油或其它防飞溅剂。④焊前检查焊接电源,送丝机、控制器、指示仪表和焊枪等是否正常。如出现异常现象,应及时通知有关部门检修,以保证焊接过程的稳定性。
四、薄板风管自动焊焊接工艺的优点
薄板风管自动焊焊接工艺相对于传统的薄板风管手工焊接而言,具有以下优点:①解决焊接时极易出现烧穿、变形等焊接缺陷,有利于对进度、质量控制。②变手工操作为自动施工,减轻劳动强度,提高工效。③节约焊接材料,减少焊接接头焊材消耗,从而节省施工费用。④随着焊接线能量减小,焊接变形量也减小,使薄板风管施工过程中受力均匀,提高安装精度。⑤施工不受场地限制,操作简单,方法实用。⑥与传统风管制造相比,采用薄板风管自动焊焊接工艺风管的生产效率提高了1倍。
五、总结
【关键词】压力容器;焊接工艺评定;工作程序;建议
1、概 述
压力容器产品承压类焊缝在施焊前应当进行焊接工艺评定,其焊接工艺评定所依据的标准为NB/T47014《承压设备焊接工艺评定》。焊接工艺评定是为了验证施焊单位所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程并对结果进行评价。在NB/T47014标准中,焊接工艺评定是对试件焊接接头的力学性能、弯曲性能或堆焊层的化学成分进行检验,判断检验结果是否符合规定,是对预焊接工艺规程进行的验证性试验和对结果进行评价的过程。
2、焊件工艺评定的目的
焊接工艺评定是判断焊接工艺正确与否以及施焊单位能力的一项试验工作,是保证压力容器产品焊接质量的前提。为焊接工艺人员编制产品焊接工艺文件提供可靠的依据,产品施焊前承压类焊缝的焊接工艺须经过焊接工艺评定。
3、焊接工艺评定的要求
压力容器产品施焊前,承压类焊缝以及返修焊缝的焊接工艺都应按照标准进行焊接工艺评定或者施焊单位有经过评定合格的焊接工艺规程支持。压力容器的焊接工艺评定应当符合NB/T47014标准的要求,驻厂监检人员对焊接工艺评定的整个过程进行监督。在焊接工艺评定完成后,焊接工艺评定报告和焊接工艺规程等文件资料应由评定单位的焊接负责人审核,单位技术负责人批准,监检人员签字确认后生效,存入单位技术档案。焊接工艺评定技术档案根据需要应保存至该工艺评定实效为止,焊接工艺评定试样应至少保存5年。
4、焊接工艺评定的一般工作程序
焊接工艺评定工作应在符合本单位的质量管理体系和管理制度下完成的,因此焊接工艺评定的过程是严谨的。其一般工作程序如下:
a.由编制焊接工艺人的技术员根据产品设计图样、制造工艺要求等立项,提出“焊接工艺评定任务书”,经审批后下达执行。
b.由焊接工艺人员根据“焊接工艺评定任务书”编制评定用的“预焊接工艺规程”,经审批后组织实施。
c.根据“预焊接工艺规程”指导文件,在本单位技术人员、检验人员监督下,由本单位技术熟练的焊工施焊评定试件。焊接评定试件时不允许返修,但允许道间清理修磨。
d.焊后对试件进行外观检查、无损检测不得有裂纹等缺陷,制取试样进行力学性能试验和弯曲性能试验或分析堆焊层的化学成分,根据规定进行冲击试验。
e.所有检验符合要求后汇总资料,填写“焊接工艺评定报告”,经审批后把所有记录资料报第三方监检人员签字确认后生效,作为编制产品焊接工艺文件的依据。如果经评定不合格,则需要修改工艺参数,重新评定,直到合格为止。
f.经第三方确认合格的焊接工艺评定资料存入单位技术档案保管,焊接工艺人员根据评定合格的焊接工艺评定报告编制产品焊接工艺文件,指导压力容器焊接生产。
5、焊接工艺评定需注意的问题及建议
a.专用焊接工艺评定因素按对焊接接头力学性能的影响分为主要因素、补加因素和次要因素三类。变更重要因素须重新进行焊接工艺评定。当规定进行冲击试验时,需要增加补加因素为评定因素。变更补加因素需增加相应的冲击试验。变更次要因素不需要重新评定。
b.焊工考试用焊接工艺应参照NB/T47014标准经焊接工艺评定合格。如果本单位产品焊接工艺评定能够覆盖焊工考试的范围,则可作为编制考试用焊接工艺文件的依据。否则就需参照NB/T47014标准进行焊接工艺评定,指导焊工考试。
c.焊接工艺评定标准要求“当规定进行冲击试验时”,需增加补加因素为评定因素,且影响对接焊缝的评定规则。“规定”一般是指三种情况:当压力容器的安全技术规范、产品标准要求进行焊接接头冲击试验时;当压力容器设计文件或相关技术文件规定进行焊接接头冲击试验时;压力容器产品所选的材料,其材料标准规定要做冲击试验时,焊接接头就按材料标准做冲击试验。
d.在碳钢和低合金钢埋弧焊多层时,改变焊剂类型(中性焊剂、活性焊剂),需要重新进行焊接工艺评定。中性焊剂是当电弧电压有很大变化时,并不引起焊缝金属成分的显著变化的焊剂,中性焊剂用于多道焊,特别适用于厚度大于25mm的母材的焊接。活性焊剂是指熔敷金属的元素取决于焊接条件(主要是电弧电压)的焊剂,活性焊剂中加入少量锰和硅脱氧剂,提高抗气孔能力和抗裂性能。在埋弧焊焊接工艺评定时要依据技术要求选择焊剂类型,施焊产品的焊剂类型应与评定选用的焊剂类型一致。焊接工艺评定选用活性焊剂时,应注意焊接参数的影响,在埋弧焊施焊产品时不但要控制焊接线能量而且还要控制其电弧电压。
e.存档焊接工艺评定文件资料应记录清晰、明确。“预焊接工艺规程”文件应包括采用的焊接方法、所有的通用焊接因素和专用评定因素中的重要因素、补加因素和次要因素,NB/T47014给出了推荐表格,需要注意的是该推荐表格并没有包括多种焊接方法的全部焊接工艺评定因素。焊接工艺评定报告是记载评定过程试验及其检验结果并进行评价的报告,是焊接工艺评定试件焊接时所用的焊接数据的实际记录,报告由评定单位审批后经监检人员签字确认后存入档案,一份焊接工艺评定报告可以支持多份焊接工艺规程用于产品焊接。焊接工艺规程是根据产品设计图样并依据合格的焊接工艺评定报告编制的,焊接工艺规程中的次要因素变更,不需要重新进行评定。
6、结 语
在压力容器制造行业焊接工艺人员只有经过不断的理论学习、实践经验的积累,才可以提高焊接工艺人员执行焊接工艺评定标准的能力,有利于编制严格合理的焊接工艺,为提高压力容器产品的焊接质量提供技术保证。
参考文献
[1]NB/T47014-2011.承压设备焊接工艺评定[S].北京:新华出版社,2011
[2]史维琴主编.特种设备焊接工艺评定及规程编制[M].北京:化学工业出版社,2012
[3]中国化工装备协会编.压力容器焊接工艺评定指导[M].北京:中国质检出版社,2011
关键词:下向焊接;天然气管道;应用
下向焊接工艺容易掌握,与上向焊接工艺相比操作难度较小,它适合长输野外管道的大规模应用,未来将会有广阔的发展前景.城市天然气管道特点主要是作业点多、操作线路长、操作点移动频繁、焊接设备性能要求高、焊接质量高,下向焊的优点突出,适合城市的天然气管道建设。它的焊缝缺陷少,焊缝成形美观,而且焊缝宽度小于上向焊接,焊接应力大,质量有保障。下面将综述焊接工艺的相关内容,并具体讨论下向焊接工艺在天然气管道中的应用、注意问题和工艺施工要求,完善下向施工工艺。
1 下向焊接工艺的特点、质量控制要点和缺陷的防治
1.1 下向焊接工艺的优点
与上向焊接工艺和立焊以及管道全位置焊接相比,下向焊接工艺是自上而下焊接的一种焊接工艺,焊接设备采用手工电弧焊,焊接的主要优点:
1.1.1 工艺参数采用小缝隙、大钝边,焊接缝隙比上向焊接工艺小,焊接质量高,焊接应力大,焊接速度高,生产效率高,可以获取相对更高的经济效益和社会效益。
1.1.2 该工艺采用向下焊接专用焊条,它由独特药皮配方制成,优点是电弧吹力大,燃烧稳定,焊接时飞溅小,焊条融化速度快,熔敷效率高,能够保护电弧和熔池。
1.1.3 焊接填充时,用相同长度的焊条焊接时,上向焊接的焊缝熔敷率地,焊接长度短于下向焊接,而且下向焊接的焊接速度高于上向焊接。
1.1.4 下向焊接的操作难度较小,焊道厚度一般为2毫米,焊缝缺陷小,能够保证施工质量。
1.1.5 下向焊的焊条一般选择纤维素焊条,纤维素焊条焊接后产生的渣少,连续焊可制成良好的单面焊双面成形焊缝。
1.1.6 下向焊的抗风能力强,更适合野外长输管道施工。
1.1.7 下向焊焊接电流小于上向焊,焊接焊接速度快,焊接质量好。
1.2 下向焊接工艺的类型
下向焊经过长期的发展,主要形成了复合型下向焊、混合型手工下向焊两种典型工艺类型,下面将展开介绍这两种下向焊接以及各自的控制要点。
1.2.1 复合型下向焊
复合型下向焊是指对根层、热焊层、填充曾和盖面层分别采用不同焊接方式的焊接工艺,对于根层和热焊层,主要采用下向焊,对于填充曾和盖面层,主要是采用上向焊,该类型主要应用于壁度较厚的管道,前面已经讲过,下向焊接技术主要运用于壁厚较大管道,如果焊接层数太多,下向焊的焊接速度快,所以综合两者采用复合型焊接方式来互相取长补短,以最大限度发挥它们各自的优势。
1.2.2 混合型下向焊接
焊接焊条主要选用纤维素焊条,低氢型焊条与纤维素焊条相比,前者所形成的焊条的含氢与含氧量均低,相同条件下,它的焊接韧性好,但是速度慢。混合型下向焊接综合了两者的优点,又弥补了两者的不足,应用前景广阔。
2 下向焊接工艺在天然气管道应用中的注意问题
下向焊接工艺适用于低合金高强度钢类管道,该工艺在长输野外管道建设中已占据突出地位,在城市的天然气管道中的应用比例相当大,在此,详细分析该工艺在天然气管道建设中应该注意的问题,在以后的发展过程中要尽力避免,促使该工艺更加完善,使得城市天然气管道建设更加安全可靠,以期获得良好评价和可观效益。
2.1 选择合理焊条和焊机
纤维素型工艺焊条在多次工艺性实验中性能显著,纤维素型焊条中含有大量的有机物造气剂,在焊接是过程中会分解出大量的一氧化碳和二氧化碳,有效保护了电弧和熔池,少量熔渣会残留覆盖在熔池表面,保护焊缝金属。而且电弧吹力大,熔渣少,有简答熔透能力,被广泛应用于环境较差的野外作业。焊机一般选用IGBT逆变式ZX7系列直流逆变下向焊接专用焊机,它有一系列的独特功能:热起弧、焊条防沾、电弧推力调节等,能够有效协助完成环境较差的野外施工作业。
2.2 依据合理的焊接顺序操作
管道下向焊接宜采用流水作业,焊接小直径与大直径的工作人员的数量与格子分工是有差别的。焊接小直径时,一般安排两名焊接工,自上而下开焊;较大直径时,一名焊工自顶部开焊,另一名在指定位置处开焊,当直径大于700时,安排三名焊工同时开焊,节省根部焊接时间,保持焊接层间温度。
2.3 严格参照焊接操作顺序和工艺参数
在焊接前应先进行焊接工艺评定,通过测试和试验确定焊接工艺参数,这是非常重要的一步。得出纤维素型焊条和低氢型焊条的焊接参数,并严格执行。根焊、填充焊、盖面焊各自的层内焊道数、焊条直径、焊接电流、焊层厚度、焊接速度等要经过试验和测试准确得出来,只有落实好了这些详细细节才能保证焊接质量。
2.4 焊前预热
对焊接区域进行预热是保证整个施工过程安全的非常重要的一步,焊接区域经过预热后,打底焊不会粘条,焊接电流稳定,焊接坡口融合较好。根据所选材料和评定工艺来确定是否需要预热,并在预热过程中对温度进行测量控制。
3 结束语
下向焊接工艺适合长输野外管道施工,有广阔发展前景。该工艺容易掌握,适宜在天然气长输管道中应用,并且我国推行了许多鼓励使用天然气的政策,有利于推动提升下向焊接技术在天然气应用领域的运用水平,从而获得最可观的经济效益和社会效益。同时,要坚持改进下向焊接工艺在天然气应用中的缺陷,做好野外恶劣环境的防风措施,对工作人员做好上岗前的技术培训,以保障焊接的主观力量到位。避免缺陷,抓住质量控制的要点,保证施工工程的质量。
参考文献
[1]李.管道下向焊接技术以及焊机特点[J].化工施工技术,2002(4).
[2]张大刚.下向焊接技术在城市燃气管网施工中的应用[C].第十一次全国焊接会议论文集,2005.
【关键词】压力容器;焊接;质量管理
引言
压力容器的使用范围非常广泛,其质量对于化工生产、能源使用效率都具有重要的影响。压力容器制造过程中必然涉及到焊接,在复杂的工况下,焊接质量对于压力容器的安全运行承担重要作用。
一、压力容器焊接中常见的质量问题
1、裂纹
裂纹是焊接缺陷中危害性最大的一种,它将显著减少承载面积,严重的是裂纹端部形成尖锐缺口,应力高度集中,很容易扩展导致破坏。裂纹主要分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹。冷裂纹又称延迟裂纹,由于其延迟特性和快速脆断特性,带来的危害往往是灾难性的;热裂纹是由于焊缝凝固收缩而受到拉应力,最终开裂形成裂纹;再热裂纹是近缝区金属在高温热循环作用下,强化相碳化物沉积在晶内的位错区上,使晶内强化程度大大高于晶界强化,由于应力松弛而带来的塑形变形主要由晶界金属来承担,于是晶界区金属会产生滑动。世界上的锅炉、压力容器、压力管道事故除少数是由于设计不合理,选材不当的原因引起的以外,绝大部分是由于裂纹引起的脆性破坏。
2、气孔
气孔是指在焊接时,熔池中的气泡在凝固时未能逸出而形成的空穴。产生气孔的主要原因有:坡口边缘不清洁,有水份、油污和锈迹;焊条或焊剂未按规定进行烘焙,焊芯锈蚀或药皮变质、剥落等。此外,熔渣粘度过大,气泡无法通过熔渣,被阻挡在焊缝金属表面附近;电弧偏吹;低氢型焊条焊接时,电弧过长,焊接速度过快;埋弧自动焊电压过高等,都易在焊接过程中产生气孔。由于气孔的存在,使焊缝的有效截面减小,过大的气孔会降低焊缝的强度,破坏焊缝金属的致密性。预防产生气孔的办法是:选择合适的焊接电流和焊接速度,认真清理坡口边缘水份、油污和锈迹。严格按规定保管、清理和烘焙焊接材料。调整焊剂的化学成份,改变熔渣的粘度。不使用变质焊条,当发现焊条药皮变质、剥落或焊芯锈蚀时,应严格控制使用范围。埋弧焊时,应选用合适的焊接工艺参数,特别是薄板自动焊,焊接速度应尽可能小些。使用直流焊机时,焊接电缆的联接位置尽可能远离焊缝终端;避免部分焊接电缆在工件上产生次级磁场等。
3、咬边
咬边是指由于焊接工艺参数选择不正确,或操作方法不当,沿焊趾部位产生的沟槽或凹陷。产生咬边的主要原因是由于作业人员操作方法不当引起的。作业人员焊接规范选择不正确,例如焊接电流的过大、焊接电弧的过长、作业人员运条方式和角度不正确、在压力容器坡口两侧停留的时间太长或太短等均有可能产生焊缝咬边。同时,在压力容器焊接过程中当填充的金属未能及时填满焊接熔池时也容易造成焊缝咬边。焊缝的咬边缺陷实际上减小了焊接接头的有效截面积,从而在咬边处容易产生应力集中现象,进而会引发压力容器安全事故。依据国标GB150-2011《压力容器》的相关规定,来规范在焊缝表面的咬边现象。
二、压力容器焊接质量的优化措施
1、优化焊接工艺与工艺评定控制
焊接工艺是指导焊接过程、规范焊接操作、控制焊接质量、并将焊接流程标准化的重要技术标准。焊接工艺又叫焊接工艺规程,包括焊接的使用材料、焊接操作方法、母材的型号、焊接接头的形式、焊接操作的技术规程、以及焊接质量验收方法等参数,几乎包含了焊接过程中的全部质量参数。针对压力容器焊接过程中的难点和关键点,要制定有针对性的焊接工艺规程,根据压力容器的母材厚度和压力容器的用途科学选择合理的焊接材料,根据压力容器的使用特性选择焊接接缝的坡度、焊缝形状;同时由于压力容器对焊接质量的较高要求,在焊接过程中,要对焊接质量的控制方法和验收标准提高要求。同时在编制焊接工艺规程时,要精确所有焊接参数,要将所有焊接性能参数优化,以从理论上充分保证压力容器焊接过程的科学、严谨。焊接过程中对焊接工艺的评定能够对焊接工艺进行控制,通过焊接工艺评定的过程保证了焊接过程符合焊接工艺规程中要求的各项技术参数,保证焊接操作人员在各道工序严格按照焊接工艺规程的要求,避免将缺陷带入下一道工序。
2、加强焊接材料的质量控制,保证产品焊接试板的合格
焊接材料的材质必须符合国家规定的标准和行业指标,什么样的母材就要选择与之相适应的焊接材料。以不同强度级别钢为焊体材料的焊接,通常情况下要选用低强度等级的焊接材料,只有在极个别的特殊情形时,如点固焊或厚板的第一道焊,才选用高强度等级的焊接材料。要保证焊条的质量,须选择相应焊条型号,焊工需要严格按照《焊条质量管理规程》的规定实施操作。产品的焊接试板作为实际焊接状态的一部分,其最终检验结论决定着施焊产品的合格与否。因此要严格检验产品的焊接接头和受压元件的力学性能和弯曲性能,检查是否满足国家规定的标准规范和行业的设计要求。要按照GB4744-2000《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》的标准对焊接试板进行拉伸实验、弯曲实验和冲击实验,必须保证焊接试板的焊缝力学性能试验的合格,对实验不合格的要进行相应复验,复验仍达不到要求的,焊接试板可判为不合格。
3、选择合理的耐热钢材料
耐热钢材料的质量是影响压力容器质量最直接的因素,如果没有合理的耐热钢材料,即使焊接工艺与操作技术再过硬,也无法实现压力容器质量的提高。因此压力容器焊接的材料必须与国家标准保持一致,保证焊缝的力学性能要高于原材料的力学性能,尽量选择强度高的焊接材料,同时压力容器焊接材料的选择还与容器结构以及焊接工艺有关。目前压力容器的材料主要选择低合金耐热钢,即在普通碳钢Q345等中加入一定量的合金元素,以提高原材料的强度。低碳合金钢的使用进一步改善了焊接原材料的性能,对低碳钢中合金的含量有具体的要求,一般小于0.2%。并且为了实现焊接接头的长期运行,提高其抗腐蚀性。
4、选择合理的焊材
对焊缝金属材料及母材上的选择与上文中低碳合金钢的原则保持一致。在焊缝金属合金选择上(通常为或钼)时要使其合金含量高于母材合金含量。同时为了确保焊缝金属同样具有较小的回火脆性,应对焊材中的硅、氧等微量元素进行控制。最后,焊材的选择要使焊缝金属具有较强的抗裂性,要做到这一点,就要严格控制焊材中的含碳量,使其低于母材。但是对于含碳量是有一定规定的,不能过低,如果过低就会使韧性较低。一般要求其含碳量主要控制在0.1%左右。
结束语
压力容器焊接技术是保证压力容器的强度的重要手段,是压力容器安全使用的重要保障。压力容器的焊接质量存在着缺陷,出现的后果有渗漏、泄漏,甚至引起压力容器爆炸事故,造成人民安全和重大的财产损失。为此,保证压力容器在制造过程中的焊接质量,是保证压力容器安全运行的重要手段。
参考文献:
[1]王绍霞.徐国军.张海涛.浅谈压力容器焊接质量控制措施[J].中小企业管理与科技.2011,(02):288
[2]杜立明.牟宗.压力容器焊接生产中的质量控制[J].低温与特气.2013,31(01):26-19
关键词:焊接工艺;不锈钢;焊接变形
引言
随着时代的进步发展,在人们的生活中所用到的不锈钢材料越来越多,而且在企业或重工业中用到的不锈钢材料更加多。由于不锈钢具有非常强的耐腐蚀性,所以被广泛分应用到工业发展之中,一般的机械设备多是用于不锈钢进行生产加工,而其中焊接是制造机械设备的最佳手段,然而我国毕竟是发展中国家,在焊接技术和设备商都不如国外先进。因此,在对不锈钢进行焊接的时候,经常会出现焊接变形的问题,而要避免这种情况,就必须加大措施,促进焊接工艺的技术创新和变革,提高焊接质量。
1 焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响分析
不锈钢不仅制作成本较低,而且还具有很强大的耐腐蚀,因此拥有广阔的市场,在诸多重工业中,不锈钢被广泛运用于生产过程之中,而由于我国的焊接技术还没有达到最先进的水平,因此,在进行焊接不锈钢的过程中,常常会出现焊接变形的问题,这对不锈钢焊接有很大的影响,其主要原因有三点,分别是焊接方法、焊接顺序和焊接参数。
1.1 焊接方法对不锈钢焊接变形的影响
一般而言,在重工业和人民生活中,常用到的焊接方法只有那么几种,分别是焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊等,另外还有一些特殊的焊接方法,多数在比较大的重工企业里会用到。由于焊接工艺技术多种多样,在对不锈钢进行焊接操作的时候,对不锈钢焊接变形的影响也会不一样。在诸多焊接工艺施工中,大部分焊接操作会使不锈钢焊接部位出现高温情况,而当焊接部位的温度降下来之后,就会使不锈钢焊接部位出现变形,比如使用电弧焊进行不锈钢焊接的操作时,冷却后的不锈钢的焊接部位就会产生一个横向的收缩过程。因此,在使用电弧焊进行不锈钢焊接操作时,就需要根据其中的不锈钢材料的整体功能和需求进行操作,以更加科学合理的方式进行焊接操作。除此之外,在对不同的不锈钢材料进行焊接的时候,也需要根据其不同的制造需求,针对性的选择焊接工艺,必须要以焊接材料作为基础,否则很容易就会在焊接操作过程中使不锈钢材料焊接变形。由此可见,使用焊接工艺对不锈钢实施焊接操作时,必须以不锈钢材料的特点作为基本条件,这样在焊接的过程中才不会使不锈钢发生变形的现象[1]。
1.2 焊接顺序对不锈钢焊接变形的影响
在对不锈钢进行焊接操作的过程中,一定要注意焊接操作的顺序,一旦焊接操作的顺序不当,会在很大的程度上影响其焊接变形,在日常对于焊接工艺的使用之中,大量的实例已经充分证明了焊接顺序的重要性,就不锈钢焊接变形的影响来说,造成不锈钢焊接变形的主要因素不是焊接方法,而是焊接操作时对不锈钢焊接的顺序。随着焊接顺序的变化和前后操作的颠倒,在很大程度上会对不锈钢构件产生影响,改变其实际应力和分布的状态,从而产生焊接变形现象,一旦焊接顺序缺乏科学合理的依据,那么针对不锈钢焊接时,也会使得不锈钢焊接变形大大提高。因此,在进行不锈钢焊接的具体操作过程中,必须要对其功能和需求有着充分的了解,对其中极易产生较大焊接变形的部位进行优先焊接操作,对于不锈钢构件出现的焊接缝隙,应该及时进行焊接操作。若是发现不锈钢构件待焊接的部位出现大面积或者长缝隙的地方,必须要放在首要顺序部分,采用分段焊接的操作流程展开焊接操作,如此确定了应对不锈钢构件的焊接顺序,才能有效的控制焊接变形。然而大部分不锈钢构件的焊接操作并非一起进行的,尤其是对于一些超大型的不锈钢构件,在进行焊接操作的时候,会有相当大的困难,一般的焊接顺序很难适应于这种超大型不锈钢的焊接工作,这个时候就需要先考虑焊接变形情况,将可能会出现的焊接变形提前考虑到,之后才能够确定焊接操作顺序[2]。
1.3 焊接参数对不锈钢焊接变形的影响
焊接参数指的是焊接电流和电弧电压等方面的数值,这些对不锈钢都会产生焊接变形,简单来说,在进行对不锈钢焊接操作的时候,焊接方式和焊接顺序都是可以随时改变的,而焊接参数也是可以随时进行调节的,基于此点可知焊接实际电流对焊接温度会产生影响,2500-1300℃时为极区温度,中间弧柱温度可达5000℃,而在焊缝中心也会产生2500℃的高温。但是在具体操作过程中,焊接参数是有一个标准值的,这个焊接参数主要目的就是为了保证焊接过程中不会对不锈钢造成焊接变形,焊接电流过大,为使焊件受热均衡,因此要严格控制焊接电流,焊接电流过小会影响焊接质量,一旦对这个参数的数值控制不当,在焊接不锈钢时,将会很容易产生变形现象。
2 预防不锈钢焊接变形的焊接工艺优化措施
2.1 焊接前的控制
根据不同的不锈钢构件的功能和需求,在进行针对性焊接操作过程中,需要分析不锈钢构件的具体功能需求,选择最有利的施工方式,再考虑焊接过程中可能会出现的一些焊接变形问题,从而制定一个有效的焊接顺序,并能够随时对这个焊接顺序做好应变程序,这就是在实际进行不锈钢焊接之前的工作。除此之外,在针对不锈钢焊接变形方面,还需要一些具体措施,可以根据不同的不锈钢构件,对其进行固定装法,严格控制住可能会出现变形的地方,如此,在焊接不锈钢之前,就已经做好了焊接方法、顺序、参数以及控制措施,这样在实际进行不锈钢焊接的时候,就能有效降低焊接变形现象的发生。
2.2 焊接过程的控制
对不锈钢进行焊接操作,在这一过程中是唯一能够使不锈钢焊接变形的主要因素,在保证焊接前的控制因素之后,进行实际焊接操作的过程中,能够有效降低焊接变形的发生。但是在实际焊接过程中,还需要进行严格控制,可把跟踪激冷、随焊两侧加热碾压等方式进行焊接过程,如此可有效控制不锈钢焊接变形,发现与实际不符合的情况,必须要及时补救,确保焊接操作能有序进行。除此之外,对于工作人员也要严格注意,建立好监督机制,避免工作人员不按要求进行,如此,才能够有效避免焊接过程中对不锈钢焊接不会影响其产生变形现象[3]。
2.3 焊接后的矫正
针对不锈钢焊接操作完工之后,若是发现焊接部位发生严重的焊接变形现象,必须要进行矫正工作,对于某些因局部高温变形的区域,可以使用压缩性变形的变化来抵消其变形的现象,具体矫正的方法一般是使用高温加热,这也是最简便的方法,能够有效的矫正不锈钢变形部位。
3 结束语
焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响,是焊接工艺中普遍存在的现象,是现代焊接工艺不可避免的技术性问题,因此在进行不锈钢焊接时,必须采取优化焊接工艺,只有在焊接过程中注意掌控焊接方法、焊接顺序和焊接参数,在进行对不锈钢实际焊接过程中,能够有效的控制住焊接变形。
参考文献
[1]王步美,陈挺,徐涛,等.焊接工艺对奥氏体不锈钢焊接接头应变强化性能的影响[J].机械工程材料,2013(2).
【关键词】焊接工艺 高强钢 压力钢管 母材
金属的焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性,主要是指在一定的焊接工艺条件下,获得优质焊接接头的难易程度,包括两方面内容:结合性能(在一定的焊接工艺条件下,一定的金属形成焊接缺陷的敏感性)和使用性能(在一定的焊接工艺条件下,一定金属的焊接接头对使用要求的适应性)。影响材料焊接性的好坏主要决定于材料的化学成分,并与结构的复杂性、刚性、焊接法、采用的焊接材料、焊接工艺条件及结构的使用条件有密切的关系。具体说,焊接就是由材料、人员、焊接工艺、配套热处理工艺、质检及焊补等构成的一门系统科学。
1、高强钢自身因素分析
材料因素包括焊件本身和使用的焊接材料,在焊接时都参与熔池或半熔化区内的冶金过程,直接影响焊接质量。母材或焊接材料选用不当时,会造成焊接金属化学成分不合格,机械性能和其他使用性能降低,还会出现气孔,裂纹等缺陷,使结合性能变差。因而正确选用焊件和焊接材料是保证焊接性良好的重要基础,必须十分重视。
高强钢焊接性通常出现两方面的问题:一是焊接引起的各种焊接缺陷,主要是各类裂纹问题。高强钢焊接产生的裂纹一般是焊接热裂纹和焊接延迟性冷裂纹。二是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。
2、气孔
原因分析:
1.焊条或焊丝受潮,特别是低氢型焊条受潮极易产生气孔,低氢型焊条前端引弧剂脱落;
2.断弧时焊丝离开熔池过快,熔池缺少气体保护,出现弧坑气孔;
3.重新起弧时,未进行有效的打磨处理和在断弧前的焊道处起弧焊接;
4.现场风力较大,防风措施不到位;
5.焊口有污物、结露或有潮气;
6.焊条偏弧或电弧过长;
7.焊接手法不够熟练。
防治措施:
1.焊条或焊丝应保持干燥,低氢型焊条按要求烘干,限量领取和保温桶存放,当日用不完的焊条需重新烘干,低氢型焊条必须保证引弧剂完好,装卸时轻拿轻放避免引弧剂脱落和药皮受损;
2.断弧时,焊条应在断弧处作短暂停留或作回焊运条,以控制不良气体的进入;
3.重新起弧时,对弧坑有缺陷部位采用砂轮打磨处理,打磨到原断弧处,在断弧前的焊道处起弧焊接,且能够完全覆盖断弧时焊道部位;
4.防风措施要到位,低氢型焊条对风极其敏感,更要严格防风,采用超短弧焊接,无防风措施不能焊接作业,经验证明二级风以下同样可能出气孔;
5.管口必须保持清洁干燥,不得有铁锈、油污、杂质等;
6.焊条偏弧时,应断弧更换焊条和打磨处理;
7.焊工的焊接手法不熟练应加强针对性练习,尽快掌握控制缺陷的能力。
3、裂纹
原因分析:
1.施工方法不当,管子处于受力状态,或长距离悬空,在焊接收弧点(或应力集中处)容易出现应力裂纹;
2.焊接方法不当,局部反复焊接打磨导致母材晶体组织改变,硬度(脆性)增加,塑性下降;
3.在根焊过程中,过早撤离对口器,熔池中铁水未来得及完全凝固,在焊接收弧处易产生裂纹;
4.错边量大造成焊缝中心线偏移,形成中心裂纹;
5.焊道有杂质,内对口器震动焊渣掉在焊道上,焊接时进入熔池,夹渣降低了焊缝强度,容易出现根部裂纹;
6.管材结露或焊材受潮未烘干,焊缝中扩散氢含量偏高;
防治措施:
1.组对焊接时,杜绝管线产生强制扭力,采用降低焊接应力的各种措施,严格控制焊接过程中焊口受外力影响;
2. 收弧时将弧坑填,满根焊结束后才能起吊;
3.局部不得反复施焊和打磨,杜绝工艺要求以外的打磨和焊接;
4. 尽量减小错边量,防止焊缝中心线裂纹;
5. 管材结露需加热除湿,焊材受潮必须烘干,减少焊缝熔池中的扩散氢含量。低氢焊条应严格按规定要求进行烘干,装入保温筒,随用随取,超出规定时间不允许继续使用;
6.经常清理内对口器端部胀块,清除焊渣尘垢,防止掉进焊缝进入熔池而产生缺陷,(出现翻浆,铁水熔合不好)降低了焊道强度,可用焊条端部(无药皮处)砸扁煨弯,伸进仰脸处焊口内侧划掉焊渣杂质,可避免和减少仰脸处根焊道缺陷。
4、焊接工艺要点
首先以厂家提供的焊接工艺指导书结合现场的实际情况分析拟订工艺评定的焊接工艺,再通过实验验证各项机械性能无误后编制正式焊接的工艺。
高强钢的焊接要点:
高强钢板焊接采用预热措施,预热宽度以焊缝中心线两侧各3倍板厚,且不小于100mm。须预热的焊缝在背缝清根前也须预热。预热温度测定宽度为焊缝两侧各3倍板厚范围,且不小于100mm,距焊缝中心线各50mm处对称测量,每条焊缝测量点不应少于3对。
焊接层间温度<220℃,焊接线能量控制在20-35KJ/CM。
对参加高强钢焊接的施工人员和施工管理人员进行技术交底 ,以了解高强钢的焊接特点、控制项目及控制方法。焊工按水利部要求进行培训并考核合格,持操作证书和等级证书的合格焊工上岗。
焊接注意事项:
(1)焊工要严格按照高强钢的焊接工艺评定实验指导书进行施焊。
(2)焊接检查员在施焊过程中,必须严格监测和控制预热温度、层间温度和焊接线能量,并对每条焊缝的实际施焊规范技术参数进行监控。
(3)焊接时不能在母材上引弧,应在坡口内或引弧板上引弧。
(4)工卡具的去除严禁用锤击法,应用碳弧气刨或气割在离管壁2mm以上外切除,严禁损伤母材,然后用砂轮打磨平整,并进行渗漏探伤和磁粉探伤。由于特殊原因中途停焊时,应立即进行后热保温,再次焊接时应全部进行预热后方可按原焊缝的质量要求进行焊接。
5、焊后消氢处理与热处理
消氢处理:焊后应立即进行消氢处理,温度为250—300℃,保温1h,如果焊后能及时进行热处理,可省去后热工艺,同样能达到消氢的目的。
热处理:焊后热处理能消除焊接残余应力,改善焊缝组织和力学性能,并能降低接头的含氢量,是防止延迟裂纹的主要措施之一。热处理工艺为:自由升温到300℃后,以150~180℃/h的温升速度升到740±10℃,保温50min后,以150~200℃的速度降温,降至300℃后,自由降温。热处理方法为电加热法,加热宽度为坡口两侧100mm,保温层宽度为600mm,保温层厚度为100mm。
6、焊缝质量检验
焊缝焊后,首先进行外观检查。外观检查合格后方可进行内部质量检查,内部质量无损检查在焊缝焊完后48h后进行。
如果出现了问题就要进行修补,修补时注意以下几点:
在焊缝内部超标缺陷、表面裂纹修补前,应分析其产生原因,制定切实可行的修补方案。
局部焊缝修补时预热应在修补处四周150mm范围内进行,预热温度控制在80-100℃。
焊缝缺陷修补施焊与原焊缝相同,焊接修补后要后热,后热温度与原焊缝相同。