一種鈦管道氬弧焊接工藝方法
【專利摘要】本發明提供了一種鈦管道氬弧焊接工藝方法，其中，工藝方法包括的步驟為：加工坡口、橋式點固焊縫、向鈦管充入氬氣、鋁箔封閉焊縫、向拖罩充入氬氣、控制焊接參數以及在收弧時延時送氬氣，該工藝方法能夠有效提高焊接接頭的強度、塑性和韌性，而且還能防止焊縫處產生裂紋、氣孔及表面氧化的缺陷。
【專利說明】一種鈦管道氬弧焊接工藝方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種焊接工藝方法，尤其是一種對鈦管道進行氬弧焊接的焊接工藝方法。

【背景技術】
[0002]氬氣是化學性質極不活躍的惰性氣體。鈦管道焊接時，作為保護氣體，隔離鈦與焊接接頭區域周圍的空氣接觸，特別是防止鈦管焊接接頭在400°C以上高溫時的氧化。采用保護氣體外拖罩，有效地避免了焊縫金屬外表面在高溫時的氧化。
[0003]鈦是一種銀白色非磁性金屬，比重輕，塑性和韌性好，具有良好的耐熱性和獨特的抗腐蝕性。在日益發展的石油、化工項目中，工業純鈦多用于制作特殊的高溫耐腐蝕性容器、管道及部件。鈦的化學性能活潑，固態溫度400°C以上時，與氧、氮、氫、碳親和力極強；其焊接性能較差，焊接時，若高溫停留時間過長，易形成過熱，產生晶粒粗大，造成焊接接頭強度和塑性、韌性急劇下降，而且還極易產生裂紋、氣孔及表面氧化缺陷。


【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是在鈦管道焊接過程中焊接接頭強度和塑性、韌性低，而且還極易產生裂紋、氣孔及表面氧化的缺陷。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種鈦管道氬弧焊接工藝方法，包括如下步驟:
[0006]步驟1，開始焊接前，先用立式銑刀對鈦管道的焊接面進行坡口加工，再對坡口進行接頭組對，在坡口上部點固焊，形成橋式點固焊縫；
[0007]步驟2，準備焊接時，須提前2?3分鐘向被焊鈦管道內充氬，排除鈦管道內的空氣后，在橋式點固焊縫上封閉一層鋁箔；
[0008]步驟3，開始焊接時，提前20?40秒向封閉式活動拖罩內充入氬氣，設定焊接電流為 120A ；
[0009]步驟4，利用電子脈沖引弧，沿焊縫拖拽封閉式活動拖罩與焊接操作同時進行，且速度保持一致，在焊接遇到橋式點固焊時，將橋式點固焊打磨掉，控制焊槍的擺動頻率在12?15次/分鐘，控制焊接速度在90?120mm/min，焊接線能量小于12.5KJ/cm ；
[0010]步驟5，焊接收弧時，填滿弧坑，焊槍以及封閉式活動拖罩延時送氣30?50秒，并在焊縫金屬冷卻到400°C以下停止向封閉式活動拖罩內送氣。
[0011]采用立式銑刀加工坡口，避免角向磨光機、車床、高速坡口機加工坡口時形成的過燒現象；采用橋式點固焊易于打磨清除，提高焊縫的焊接質量；采用在準備焊接時提前2?3分鐘向被焊鈦管道內充氬，并在橋式點固焊縫上封閉一層鋁箔，以及在開始焊接時，提前20?40秒向封閉式活動拖罩內充入氬氣，能夠在焊接區域形成區域保護，有效防止焊縫及熱影響區發生氧化、產生焊接缺陷；利用電子脈沖引弧在保證了焊接引弧順利的同時，有效地保護了操作工人的身體健康；采用沿焊縫拖拽封閉式活動拖罩與焊接操作同時進行，且速度保持一致，并控制焊槍的擺動頻率在12?15次/分鐘，控制焊接速度在90?120mm/min，焊接線能量小于12.5KJ/cm，能夠有效防止焊接過程中焊接接頭強度和塑性、韌性較低，還易產生裂紋、氣孔的問題；在焊接收弧時，焊槍以及封閉式活動拖罩延時送氣30?50秒，并在焊縫金屬冷卻到400°C以下停止向封閉式活動拖罩內送氣，能夠有效避免焊縫金屬高溫氧化。
[0012]作為本發明的進一步限定方案，步驟4中，若對鈦管道進行多層焊接時，還須控制層間溫度小于100°c。控制層間溫度小于100°c，能夠保證焊縫金屬色澤為銀白色，進一步提聞了焊縫的質量。
[0013]作為本發明的進一步限定方案，封閉式活動拖罩有兩種，分別為局部封閉式活動拖罩和全封閉式活動拖罩；局部封閉式活動拖罩適用于DN100以上規格的鈦管道焊接；全封閉式活動拖罩適用于DN100以下規格的鈦管道焊接。
[0014]作為本發明的進一步限定方案，局部封閉式活動拖罩包括罩殼和氣體接入管，罩殼包括后側罩板、前側罩板、左側罩板、右側罩板和頂側罩板，后側罩板、左側罩板和右側罩板垂直安裝在頂側罩板上，前側罩板向前傾斜后安裝在頂側罩板上，氣體接入管由后側罩板插入罩殼內，左側罩板和右側罩板的下側邊緣為相同弧度的弧形邊緣，后側罩板和前側罩板的下側邊緣分別設有弧度相同的后弧形缺口和前弧形缺口。采用氣體接入管將惰性氣體通入，能夠對焊接處進行局部保護，防止焊接處發生氧化；采用后側罩板、前側罩板、左側罩板、右側罩板和頂側罩板構成罩殼，將通入的氣體罩在罩殼內，對焊接處進行區域保護；將左側罩板和右側罩板的下側邊緣設置為相同弧度的弧形邊緣，能夠適用于大口徑、彎頭、三通或異徑管等管件的焊接要求；在后側罩板和前側罩板的下側邊緣設置弧度相同的后弧形缺口和前弧形缺口，能夠限定焊槍的位置，有效提高手工焊接的質量。
[0015]所述罩殼內裝有金屬絲網；該金屬絲網在頂側罩板的內側；氣體接入管在罩殼內的出氣口位于金屬絲網與頂側罩板之間的空隙內。金屬絲網是由多片單層金屬絲網疊加構成。惰性氣體通入罩殼內后，經金屬絲網均勻彌散在罩殼內，可以保證罩殼內氣體均勻度。同時，金屬絲網可以采用常見的金屬絲網成品，而且可以由多層金屬絲網層疊，這樣可以保證絲網通孔的密度更大，有效單位通氣面積更小，均勻度更好。
[0016]作為本發明的進一步限定方案,后弧形缺口和前弧形缺口的寬度為3?5mm,高度為2?3_。將后弧形缺口和前弧形缺口的寬度設置在3?5_范圍內，將高度設置在2?3mm的范圍內，能夠進一步提聞手工焊接的標準度。
[0017]作為本發明的進一步限定方案，全封閉式活動拖罩包括后罩、弧形頂罩和氣體接入管，所述后罩包括尾部罩板、上側罩板、下側罩板、左側罩板和右側罩板，上側罩板、下側罩板、左側罩板和右側罩板呈喇叭狀安裝在尾部罩板上，氣體接入管穿過尾部罩板后與拖罩內相通，左側罩板和右側罩板在喇機口處都設有半徑相等的后罩半圓形缺口，上側罩板和下側罩板在喇叭口處都設有后罩安裝翻邊，弧形頂罩包括弧形板以及沿弧形板兩側的弧形邊緣設置的弧形翻邊，弧形板上設有焊接窗口，弧形板的兩端分別設有與后罩安裝翻邊相對應的頂罩安裝翻邊，后罩半圓形缺口與弧形翻邊拼接為Iv完整的圓形。米用后罩和弧形頂罩包裹在圓形焊接處的周圍，并通過氣體接入管將保護氣體引入，增強了保護氣體的停留時間，明顯提高了焊接保護效果；采用后罩安裝翻邊與頂罩安裝翻邊對應安裝，能夠快速實現用全封閉式活動拖罩的安裝，提高了工作效率。
[0018]所述后罩內裝有金屬絲網；該金屬絲網在尾部罩板的內側；氣體接入管在拖罩內的出氣口位于金屬絲網與尾部罩板之間的空隙內。金屬絲網是由多片單層金屬絲網疊加構成。惰性氣體通入拖罩內后，經金屬絲網均勻彌散在拖罩內，可以保證拖罩內氣體均勻度。同時，金屬絲網可以采用常見的金屬絲網成品，而且可以由多層金屬絲網層疊，這樣可以保證絲網通孔的密度更大，有效單位通氣面積更小，均勻度更好。
[0019]作為本發明的進一步限定方案，后罩半圓形缺口和弧形翻邊的半徑為50?10mm0在該范圍內設定不同型號的用全封閉式活動拖罩，能夠根據實際需要確定適用的型號，提高了拖罩的適用性。
[0020]本發明的有益效果在于:(I)采用立式銑刀加工坡口，避免角向磨光機、車床、高速坡口機加工坡口時形成的過燒現象；(2)采用橋式點固焊易于打磨清除，提高焊縫的焊接質量；(3)采用提前充入氬氣，能夠在焊接區域形成區域保護，有效防止焊縫及熱影響區發生氧化、產生焊接缺陷；(4)采用鋁箔封閉在橋式點固焊縫上，相比下膠帶封閉易受熱變形產生有害氣體；(5)利用電子脈沖引弧在保證了焊接引弧順利的同時，有效地保護了操作工人的身體健康；(6)采用沿焊縫拖拽局部封閉式活動拖罩與焊接操作同時進行，且速度保持一致，并控制焊槍的擺動頻率在12?15次/分鐘，控制焊接速度在90?120mm/min，焊接線能量小于12.5KJ/cm，能夠有效防止焊接過程中焊接接頭強度和塑性、韌性較低，還易產生裂紋、氣孔的問題；(7)在焊接收弧時，焊槍以及封閉式活動拖罩延時送氣30?50秒，并在焊縫金屬冷卻到400°C以下停止向封閉式活動拖罩內送氣，能夠避免焊縫金屬高溫氧化；(8)采用局部封閉式活動拖罩能夠滿足焊接大口徑管道的要求，尤其是用于鈦管道氬弧焊接的工藝要求；(9)采用全封閉式活動拖罩能夠滿足焊接小口徑管道的焊接要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的工藝流程圖；
[0022]圖2為本發明的局部封閉式活動拖罩結構示意圖；
[0023]圖3為本發明的全封閉式活動拖罩結構示意圖。

【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，本發明的鈦管道氬弧焊接工藝方法包括如下步驟:
[0025]步驟1，開始焊接前，首先用立式銑刀對鈦管道的焊接面進行坡口加工，采用立式銑刀加工坡口，能夠避免角向磨光機、車床、高速坡口機加工坡口時形成的過燒現象，然后再對坡口進行接頭組對，在坡口上部點固焊，形成橋式點固焊縫，由于采用傳統的點固焊時，保護氣體對點固焊縫保護作用不夠(此時坡口周圍的空氣比例高)，點固焊縫易產生氣孔、氧化等缺陷，而采用本發明的過橋點固焊技術，即在坡口上部點固焊，形成橋式點固焊縫，當焊接到橋式點固焊位置時，打磨清除掉點固焊縫即可，從而確保根層焊縫焊接質量；
[0026]步驟2，準備焊接時，須提前2?3分鐘向被焊鈦管道內充氬，排除鈦管道內的空氣后，在橋式點固焊縫上封閉一層鋁箔，在鈦管道內充氬，能夠防止內部發送氧化，影響焊接質量，并在橋式點固焊縫上封閉一層鋁箔，防止氬氣漏出，同時采用鋁箔封閉，相比于傳統工藝采用的膠帶封閉，焊接時不會產生有害氣體，從而保證焊縫質量和操作人員的健康；
[0027]步驟3，開始焊接時，提前20?40秒向封閉式活動拖罩內充入氬氣，一般在30秒時在封閉式活動拖罩內就能充滿氣體，采用提前20?40秒向封閉式活動拖罩內充入氬氣，能夠有效防止焊接時焊縫出現氧化，設定焊接電流為120A，采用120A的焊接電流，能夠滿足小線能量焊接工藝要求；
[0028]步驟4，利用電子脈沖引弧，采用電子脈沖引弧在保證了焊接引弧順利的同時，有效地保護了操作工人的身體健康，沿焊縫拖拽封閉式活動拖罩與焊接操作同時進行，且速度保持一致，如此協同合作，不僅能夠保證焊接質量，而且能夠提高焊接效率，在焊接遇到橋式點固焊時，將橋式點固焊打磨掉，控制焊槍的擺動頻率在12?15次/分鐘，控制焊接速度在90?120mm/min，焊接線能量小于12.5KJ/cm，將焊接參數控制在上述范圍內，能夠有效防止焊接過程中焊接接頭強度和塑性、韌性較低以及產生裂紋、氣孔的問題；
[0029]在對鈦管道的坡口進行焊接時，對焊接處的裂紋進行了檢測，采用的焊接參數為:設定的焊接電流為120A，控制焊槍的擺動頻率在13次/分鐘，控制焊接速度在115mm/min，并將焊接線能量控制在小于11.8KJ/cm，上述焊接完成后，采集了 3個焊接點，在鏡面研磨后進行電解腐蝕，再使用光學顯微鏡以500倍的倍率觀察并無裂紋產生。
[0030]步驟5，焊接收弧時，填滿弧坑，焊槍以及封閉式活動拖罩延時送氣30?50秒，并在焊縫金屬冷卻到400°C以下停止向封閉式活動拖罩內送氣，能夠有效避免焊縫金屬高溫氧化。
[0031]為了能夠進一步提高焊縫的焊接質量，在步驟4中，若對鈦管道進行多層焊接時，還須控制層間溫度小于100°c，通過控制層間溫度小于100°C，能夠保證焊縫金屬色澤為銀白色，保證了焊縫的焊接質量。
[0032]如圖2所不，本發明的局部封閉式活動拖罩包括罩殼3和氣體接入管11，罩殼3包括后側罩板4、前側罩板5、左側罩板14、右側罩板15和頂側罩板6,后側罩板4、左側罩板14和右側罩板15垂直安裝在頂側罩板6上，前側罩板5向前傾斜后安裝在頂側罩板6上，采用后側罩板4、前側罩板5、左側罩板14、右側罩板15和頂側罩板6共同圍成罩殼3,氣體接入管11由后側罩板4插入罩殼3內，通過氣體接入管11將惰性氣體通入，能夠對焊接處進行局部保護，防止焊接處發生氧化，左側罩板14和右側罩板15的下側邊緣為相同弧度的弧形邊緣，采用弧形邊緣能夠適用于大口徑、彎頭、三通或異徑管等管件的焊接要求，在后側罩板4和前側罩板5的下側邊緣設置了弧度相同的后弧形缺口 7和前弧形缺口 8,采用后弧形缺口 7和前弧形缺口 8能夠限定焊槍的位置，有效提高手工焊接的質量，在實際使用時，可根據實際需要將后弧形缺口 7和前弧形缺口 8的寬度設置為3?5mm,高度設置為2?3mm ο
[0033]所述罩殼內裝有金屬絲網；該金屬絲網在頂側罩板的內側；氣體接入管在罩殼內的出氣口位于金屬絲網與頂側罩板之間的空隙內。金屬絲網是由多片單層金屬絲網疊加構成。
[0034]如圖3所示，本發明的全封閉式活動拖罩包括后罩1、弧形頂罩2和氣體接入管11，后罩I包括尾部罩板16、上側罩板12、下側罩板13、左側罩板14和右側罩板15,上側罩板12、下側罩板13、左側罩板14和右側罩板15呈喇叭狀安裝在尾部罩板16上，氣體接入管11穿過尾部罩板16后與拖罩內相通，利用氣體接入管11向全封閉式活動拖罩內通入保護氣體，由于后罩I和弧形頂罩2構成全封閉結構，所以保護氣體將在全封閉式活動拖罩內停留較長時間，從而提高了焊接保護效果，在左側罩板14和右側罩板15在喇叭口處都設有半徑相等的后罩半圓形缺口 17，在上側罩板12和下側罩板13在喇叭口處都設有后罩安裝翻邊18，弧形頂罩2包括弧形板24以及沿弧形板24兩側的弧形邊緣設置的弧形翻邊21，弧形板24上設有焊接窗口 23，操作人員可通過焊接窗口 23對焊縫處進行焊接，弧形板24的兩端分別設有與后罩安裝翻邊18相對應的頂罩安裝翻邊22，后罩半圓形缺口 17與弧形翻邊21拼接為一個完整的圓形，采用后罩半圓形缺口 17和弧形翻邊21，能夠使全封閉式活動拖罩能夠更加貼合焊接對象的柱狀表面，進一步提高全封閉式活動拖罩的密封性能，提高氣體對焊接處的保護效果。在實際應用時，可將后罩半圓形缺口 17和弧形翻邊21的半徑設置在50?10mm的范圍內，這樣就能夠根據實際焊接時不同直徑的焊接對象選擇不同的全封閉式活動拖罩型號，提供了全封閉式活動拖罩的適用性。
[0035]所述后罩內裝有金屬絲網；該金屬絲網在尾部罩板的內側；氣體接入管在拖罩內的出氣口位于金屬絲網與尾部罩板之間的空隙內。金屬絲網是由多片單層金屬絲網疊加構成。
[0036]在具體工程中:
[0037]在某2萬噸/年環氧丙烷裝置426米鈦管道焊接中，運用本工法，焊接一次合格率達98.96%，施工質量優良，縮短工期28天，降低工程成本8萬元。
[0038]在某10萬噸/年離子膜燒堿裝置960米鈦管道焊接工程中，運用本工法，焊接一次合格率達98.2%以上，施工質量良好；縮短工期48天，減少工人工資成本12萬元。
[0039]在某6萬噸/年環氧丙烷裝置1150米鈦管道焊接工程中，運用本工法，焊接質量優良，焊接一次合格率達98.6%以上；裝置投料試車一次成功；縮短工期56天，降低成本18萬元。
【權利要求】
1.一種鈦管道氬弧焊接工藝方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，開始焊接前，先用立式銑刀對鈦管道的焊接面進行坡口加工，再對坡口進行接頭組對，在坡口上部點固焊，形成橋式點固焊縫； 步驟2，準備焊接時，須提前2?3分鐘向被焊鈦管道內充氬，排除鈦管道內的空氣后，在橋式點固焊縫上封閉一層鋁箔； 步驟3，開始焊接時，提前20?40秒向封閉式活動拖罩內充入氬氣，設定焊接電流為120A ； 步驟4，利用電子脈沖引弧，沿焊縫拖拽封閉式活動拖罩與焊接操作同時進行，且速度保持一致，在焊接遇到橋式點固焊時，將橋式點固焊打磨掉，控制焊槍的擺動頻率在12?15次/分鐘，控制焊接速度在90?120mm/min，焊接線能量小于12.5KJ/cm ； 步驟5，焊接收弧時，填滿弧坑，焊槍以及封閉式活動拖罩延時送氣30?50秒，并在焊縫金屬冷卻到400°C以下停止向封閉式活動拖罩內送氣。
2.根據權利要求1所述的鈦管道氬弧焊接工藝方法，其特征在于，步驟4中，若對鈦管道進行多層焊接時，還須控制層間溫度小于100°C。
3.根據權利要求1所述的鈦管道氬弧焊接工藝方法，其特征在于，所述封閉式活動拖罩有兩種，分別為局部封閉式活動拖罩和全封閉式活動拖罩；局部封閉式活動拖罩適用于DN100以上規格的鈦管道焊接；全封閉式活動拖罩適用于DN100以下規格的鈦管道焊接。
4.根據權利要求3所述的鈦管道氬弧焊接工藝方法，其特征在于，所述局部封閉式活動拖罩包括罩殼(3)和氣體接入管(11)，所述罩殼(3)包括后側罩板(4)、前側罩板(5)、左側罩板(14)、右側罩板(15)和頂側罩板(6),所述后側罩板(4)、左側罩板(14)和右側罩板(15)垂直安裝在頂側罩板(6)上，所述前側罩板(5)向前傾斜后安裝在頂側罩板(6)上，所述氣體接入管(11)由后側罩板(4)插入罩殼(3)內，所述左側罩板(14)和右側罩板(15)的下側邊緣為相同弧度的弧形邊緣，所述后側罩板(4)和前側罩板(5)的下側邊緣分別設有弧度相同的后弧形缺口(7)和前弧形缺口(8)。
5.根據權利要求4所述的鈦管道氬弧焊接工藝方法，其特征在于:所述罩殼(3)內裝有金屬絲網；該金屬絲網在頂側罩板(6)的內側；氣體接入管(11)在罩殼(3)內的出氣口位于金屬絲網與頂側罩板(6)之間的空隙內。
6.根據權利要求4所述的鈦管道氬弧焊接工藝方法，其特征在于，所述后弧形缺口(7)和前弧形缺口⑶的寬度為3?5臟，高度為2?3mm。
7.根據權利要求3所述的鈦管道氬弧焊接工藝方法，其特征在于，所述全封閉式活動拖罩包括后罩(I)、弧形頂罩(2)和氣體接入管(11)，所述后罩(I)包括尾部罩板(16)、上偵1J罩板(12)、下側罩板(13)、左側罩板(14)和右側罩板(15),所述上側罩板(12)、下側罩板(13)、左側罩板(14)和右側罩板(15)呈喇叭狀安裝在尾部罩板(16)上，所述氣體接入管(11)穿過尾部罩板(16)后與拖罩內相通,所述左側罩板(14)和右側罩板(15)在喇口八口處都設有半徑相等的后罩半圓形缺口(17)，所述上側罩板(12)和下側罩板(13)在喇叭口處都設有后罩安裝翻邊(18)，所述弧形頂罩(2)包括弧形板(24)以及沿弧形板(24)兩側的弧形邊緣設置的弧形翻邊(21)，所述弧形板(24)上設有焊接窗口(23)，所述弧形板(24)的兩端分別設有與后罩安裝翻邊(18)相對應的頂罩安裝翻邊(22)，所述后罩半圓形缺口(17)與弧形翻邊(21)拼接為一個完整的圓形。
8.根據權利要求7所述的鈦管道氬弧焊接工藝方法，其特征在于:所述后罩(I)內裝有金屬絲網；該金屬絲網在尾部罩板(16)的內側；氣體接入管(11)在拖罩內的出氣口位于金屬絲網與尾部罩板(16)之間的空隙內。
9.根據權利要求7所述的鈦管道氬弧焊接工藝方法，其特征在于，所述后罩半圓形缺口(17)和弧形翻邊(21)的半徑為50?100mm。
【文檔編號】B23K9/32GK104128696SQ201410306001
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】崔定龍, 胡秋英, 林傳友, 陳本富 申請人:中國化學工程第十四建設有限公司