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【摘 要】本文介绍了氩电联焊施工方法和工艺参数,在实际施工施工中应用,降低工程成本,确保焊接质量,取得良好经济效益。
【关键词】燃气管道;氩弧焊;手弧焊
Application of argon-arc and electirc welding in gas pipeline construction
Bai Hai-feng
(Shaanxi Petroleum and Chemical Construction Supervision Co., Ltd. Xi'an Shaanxi 710054)
【Abstract】The article describes ITU argon welding construction methods and process parameters applied during the actual construction works to reduce the project cost, to ensure welding quality and achieved good economic results.
【Key words】Gas pipeline; Argon-arc welding; Hand-welding
1. 前言
燃气管道作为一种为城镇工业、居民输送燃料的特种设备,在改善人民的生活质量及社会主义现代化建设方面起到非常重要的作用。焊接是燃气管道安装的主要工序,焊接质量的好坏直接关系到燃气管道是否能够安全运行。因此确保燃气管道的焊接质量就显得尤为重要。
燃气管网采用的管材一般为10、20低碳钢,可焊性好,通常在管道施工中采用的焊接方法为手工电弧焊,对焊工的操作技术要求高,其焊接质量在一定程度上决定于焊工的操作技术水平。在施工检验过程中发现手弧焊焊缝的质量合格率,特别是X射线探伤的一次合格率偏低,即使是技术水平较高焊工一次合格率也仅为80%左右,且Ⅰ、Ⅱ级片的比例极少。造成焊缝探伤不合格的重要因素是焊缝的内部存在超标缺陷,而且主要产生在焊缝的打底焊道部分。超标缺陷多为夹杂、气孔及未熔合,其中最常见的缺陷为夹杂。经分析,造成超标缺陷的原因是多方面的,但主要原因是:由于手弧焊采用的焊接材料为电焊条,焊接过程中对熔池进行气渣联合保护,打底焊时,为了确保获得良好的背面成型效果,一般采用灭弧焊。灭弧焊单位时间内输入的焊接线能量较连弧焊要少,冷却速度快,熔池冷却时部分熔渣来不及溢出造成夹杂;此外,因管件焊缝较弯曲,各部位焊缝焊接手法不一,易引起打底焊道表面高低差较大,形成焊渣死角造成清渣困难,当焊第二道焊缝时造成层间夹渣或夹渣性未熔合。
由此得知,如何确保燃气管道焊缝的焊接质量,提高焊缝的X射线探伤依次合格率,关键在与如何确保打底层焊道的焊接质量。因此,有必要采用新的焊接工艺。
2. 氩弧焊打底技术的应用
为了提高燃气管网的施工质量,我们采用了一种新的氩电联焊焊接工艺——氩弧焊打底,手弧焊盖面。既打底焊道采用氩弧焊工艺,其他焊道采用手弧焊进行盖面。该工艺在陕西省天然气西安至渭南段等多项燃气管道工程的实践应用中取得较好的效果。下面对此工艺进行介绍。
2.1 氩弧焊概述。
氩弧焊是气体保护焊的一种,分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊。我们工艺中所讲的氩弧焊是指钨极氩弧焊(又称TIG焊),属于非熔化极氩弧焊,它是利用难熔金属钨和钨的合金棒作为电极,通过使钨极与工作之间产生电弧,并利用氩气严密的保护钨极、焊丝和熔池进行焊接的一种方法。TIG焊具有以下优点:
(1)电弧为明弧,在焊接过程中便于控制调整,可进行全位置焊接;
(2)打底焊时可采用连弧焊,焊接速度快,质量高,熔渣几乎没有;
(3)电极不熔化,易维持恒定的电弧长度,焊接过程稳定;
(4)氩气是最稳定的惰性气体之一,比空气重,焊接时在电弧周围形成一圈稳定的气体保护层,不会出现气孔和合金元素烧损,焊缝质量高。
2.2 焊接技术
2.2.1 接头准备。
焊接接头准备的质量(包括接头形式的选择)对焊接质量的影响极大。根据陕西省天然气西安至渭南段管道壁厚及形状特点,为了保证管道对接时的焊接质量,采用V型坡口对接形式,起形状及尺寸如下图所示。
2.2.2 焊接清理。
TIG焊对于工件和填充金属表面的污染比较敏感,焊前必须除去表面的油污、氧化膜等。施工中常用的清理方法为机械清理,即用砂轮、纱布打磨或刮刀刮削,将坡口区域和焊丝金属表面的氧化膜、锈蚀污染以及生产中造成的氧化皮去除。机械清理要在临焊之前进行。
2.2.3 电源种类与极性。
对于氩弧焊打底,为了减少钨极的烧损,选用直流正接法;对于手焊弧,为了提高焊接速度,采用直流反接法。
2.2.4 焊接工艺参数。
根据管道的壁厚范围,管道的对接焊采用单道三层焊。氩弧焊打底焊丝选用φ2.0mm的JM-56镀铜焊丝,保护气体为纯度99.9%以上的氩气,电极采用φ2.4mm的铈钨极。填充及盖面层采用手弧焊,焊条选用φ2.5mm、φ3.2mm的E4303的E4303钛钙型低碳钢焊条。各层的焊接方法、焊材种类及相关工艺参数见表1。
2.2.5 焊接操作。
氩弧焊打底操作的关键点如下:
(1)要注意保持适宜的电弧长度。因为氩弧的挺度稍差,弧长控制不好会降低保护效果影响接头质量。
(2)要根据焊接的位置掌握好焊枪角度。
(3)要处理好填丝角度和填充位置。同时要注意焊接过程中填丝的端头不要退出气体保护区,以免高温焊丝被空气氧化。填丝时不要触及钨丝,以免污染电极。填丝要均匀稳定地送入熔池,不可乱动,以免破坏保护气流。
(4)要注意掌握引弧、收弧操作。
(5)野外施工中要注意做好防风措施,保证氩气保护气流不被破坏。
3. 结论与建议
实践证明,燃气管道施工中采用氩弧焊打底技术,较手弧焊打底显示出极大的优越性:焊接质量稳定可靠,焊接速度快,减轻劳动强度,提高劳动效率,效果显著,特别是大大提高了一次焊接合格率。例如陕西省天然气西安至渭南段管道工程施工中全部采用了氩弧焊打底、手弧焊盖面焊接工艺。在近3个月的施工中,共完成56Km5432道219管道焊口的焊接安装工作,按比例进行X射线抽拍焊缝646道,总片数2587张,X射线探伤Ⅲ级片以上一次合格率达99.9%,Ⅱ级片以上一次合格率达95.1%,保证了燃气管道接口的焊接质量。
因为氩弧焊的焊接材料比手弧焊的焊接材料成本要高,表面上看采用氩弧焊打底会造成工程成本的提高,但实际上并不是这样,以陕西省天然气西安至渭南段管道工程为例,经核算:采用氩弧焊打底、手弧焊盖面工艺比采用手弧焊工艺焊接材料成本增加约3万元,但因为氩弧焊打底的焊接质量较高,焊接质量可靠,较大的提高施工效率,焊缝检验一次合格率高,减少了焊缝返修及拍片次数,按工期缩短所节省的人工费及因焊接质量提高所节省的返修及拍片费计,共计节省费用为15万元。这样,陕西省天然气西安至渭南段管道工程采用了氩弧焊打底工艺后,工程总成本比手弧焊降低了12万元。所以氩弧焊打底应用于燃气管道施工上,不但提高了施工焊接质量,而且还会带来较大的经济效益。氩弧焊打底留在管道中的焊渣量几乎没有,有效防止焊接过程中污染管道内部,保证以后管道输气的洁净度。故氩弧焊打底、手弧焊盖面在燃气管道施工中不失为一种先进、实用的焊接工艺。
综上所述,在城镇燃气管道施工中,对于重要的管线,如:中压支、干管,过路管线等,可采用氩弧焊打底、手弧焊盖面焊接工艺;而对于庭院管道及户内立管等压力较低管线,考虑到施工的简便,可采用手弧焊焊接工艺。
[文章编号]1006-7619(2009)09-11-849
[作者简介]白海峰,从1995年至今一直从事油气管道施工,先后参与了靖边-西安天然气输送管道、西安-宝鸡天然气输送管道、西安-渭南天然气输送管道和西安天然气城市管网等工程施工。在管道主材选型、防腐层选用、焊接工艺选择等方面积累了丰富施工经验。
【关键词】燃气管道;氩弧焊;手弧焊
Application of argon-arc and electirc welding in gas pipeline construction
Bai Hai-feng
(Shaanxi Petroleum and Chemical Construction Supervision Co., Ltd. Xi'an Shaanxi 710054)
【Abstract】The article describes ITU argon welding construction methods and process parameters applied during the actual construction works to reduce the project cost, to ensure welding quality and achieved good economic results.
【Key words】Gas pipeline; Argon-arc welding; Hand-welding
1. 前言
燃气管道作为一种为城镇工业、居民输送燃料的特种设备,在改善人民的生活质量及社会主义现代化建设方面起到非常重要的作用。焊接是燃气管道安装的主要工序,焊接质量的好坏直接关系到燃气管道是否能够安全运行。因此确保燃气管道的焊接质量就显得尤为重要。
燃气管网采用的管材一般为10、20低碳钢,可焊性好,通常在管道施工中采用的焊接方法为手工电弧焊,对焊工的操作技术要求高,其焊接质量在一定程度上决定于焊工的操作技术水平。在施工检验过程中发现手弧焊焊缝的质量合格率,特别是X射线探伤的一次合格率偏低,即使是技术水平较高焊工一次合格率也仅为80%左右,且Ⅰ、Ⅱ级片的比例极少。造成焊缝探伤不合格的重要因素是焊缝的内部存在超标缺陷,而且主要产生在焊缝的打底焊道部分。超标缺陷多为夹杂、气孔及未熔合,其中最常见的缺陷为夹杂。经分析,造成超标缺陷的原因是多方面的,但主要原因是:由于手弧焊采用的焊接材料为电焊条,焊接过程中对熔池进行气渣联合保护,打底焊时,为了确保获得良好的背面成型效果,一般采用灭弧焊。灭弧焊单位时间内输入的焊接线能量较连弧焊要少,冷却速度快,熔池冷却时部分熔渣来不及溢出造成夹杂;此外,因管件焊缝较弯曲,各部位焊缝焊接手法不一,易引起打底焊道表面高低差较大,形成焊渣死角造成清渣困难,当焊第二道焊缝时造成层间夹渣或夹渣性未熔合。
由此得知,如何确保燃气管道焊缝的焊接质量,提高焊缝的X射线探伤依次合格率,关键在与如何确保打底层焊道的焊接质量。因此,有必要采用新的焊接工艺。
2. 氩弧焊打底技术的应用
为了提高燃气管网的施工质量,我们采用了一种新的氩电联焊焊接工艺——氩弧焊打底,手弧焊盖面。既打底焊道采用氩弧焊工艺,其他焊道采用手弧焊进行盖面。该工艺在陕西省天然气西安至渭南段等多项燃气管道工程的实践应用中取得较好的效果。下面对此工艺进行介绍。
2.1 氩弧焊概述。
氩弧焊是气体保护焊的一种,分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊。我们工艺中所讲的氩弧焊是指钨极氩弧焊(又称TIG焊),属于非熔化极氩弧焊,它是利用难熔金属钨和钨的合金棒作为电极,通过使钨极与工作之间产生电弧,并利用氩气严密的保护钨极、焊丝和熔池进行焊接的一种方法。TIG焊具有以下优点:
(1)电弧为明弧,在焊接过程中便于控制调整,可进行全位置焊接;
(2)打底焊时可采用连弧焊,焊接速度快,质量高,熔渣几乎没有;
(3)电极不熔化,易维持恒定的电弧长度,焊接过程稳定;
(4)氩气是最稳定的惰性气体之一,比空气重,焊接时在电弧周围形成一圈稳定的气体保护层,不会出现气孔和合金元素烧损,焊缝质量高。
2.2 焊接技术
2.2.1 接头准备。
焊接接头准备的质量(包括接头形式的选择)对焊接质量的影响极大。根据陕西省天然气西安至渭南段管道壁厚及形状特点,为了保证管道对接时的焊接质量,采用V型坡口对接形式,起形状及尺寸如下图所示。
2.2.2 焊接清理。
TIG焊对于工件和填充金属表面的污染比较敏感,焊前必须除去表面的油污、氧化膜等。施工中常用的清理方法为机械清理,即用砂轮、纱布打磨或刮刀刮削,将坡口区域和焊丝金属表面的氧化膜、锈蚀污染以及生产中造成的氧化皮去除。机械清理要在临焊之前进行。
2.2.3 电源种类与极性。
对于氩弧焊打底,为了减少钨极的烧损,选用直流正接法;对于手焊弧,为了提高焊接速度,采用直流反接法。
2.2.4 焊接工艺参数。
根据管道的壁厚范围,管道的对接焊采用单道三层焊。氩弧焊打底焊丝选用φ2.0mm的JM-56镀铜焊丝,保护气体为纯度99.9%以上的氩气,电极采用φ2.4mm的铈钨极。填充及盖面层采用手弧焊,焊条选用φ2.5mm、φ3.2mm的E4303的E4303钛钙型低碳钢焊条。各层的焊接方法、焊材种类及相关工艺参数见表1。
2.2.5 焊接操作。
氩弧焊打底操作的关键点如下:
(1)要注意保持适宜的电弧长度。因为氩弧的挺度稍差,弧长控制不好会降低保护效果影响接头质量。
(2)要根据焊接的位置掌握好焊枪角度。
(3)要处理好填丝角度和填充位置。同时要注意焊接过程中填丝的端头不要退出气体保护区,以免高温焊丝被空气氧化。填丝时不要触及钨丝,以免污染电极。填丝要均匀稳定地送入熔池,不可乱动,以免破坏保护气流。
(4)要注意掌握引弧、收弧操作。
(5)野外施工中要注意做好防风措施,保证氩气保护气流不被破坏。
3. 结论与建议
实践证明,燃气管道施工中采用氩弧焊打底技术,较手弧焊打底显示出极大的优越性:焊接质量稳定可靠,焊接速度快,减轻劳动强度,提高劳动效率,效果显著,特别是大大提高了一次焊接合格率。例如陕西省天然气西安至渭南段管道工程施工中全部采用了氩弧焊打底、手弧焊盖面焊接工艺。在近3个月的施工中,共完成56Km5432道219管道焊口的焊接安装工作,按比例进行X射线抽拍焊缝646道,总片数2587张,X射线探伤Ⅲ级片以上一次合格率达99.9%,Ⅱ级片以上一次合格率达95.1%,保证了燃气管道接口的焊接质量。
因为氩弧焊的焊接材料比手弧焊的焊接材料成本要高,表面上看采用氩弧焊打底会造成工程成本的提高,但实际上并不是这样,以陕西省天然气西安至渭南段管道工程为例,经核算:采用氩弧焊打底、手弧焊盖面工艺比采用手弧焊工艺焊接材料成本增加约3万元,但因为氩弧焊打底的焊接质量较高,焊接质量可靠,较大的提高施工效率,焊缝检验一次合格率高,减少了焊缝返修及拍片次数,按工期缩短所节省的人工费及因焊接质量提高所节省的返修及拍片费计,共计节省费用为15万元。这样,陕西省天然气西安至渭南段管道工程采用了氩弧焊打底工艺后,工程总成本比手弧焊降低了12万元。所以氩弧焊打底应用于燃气管道施工上,不但提高了施工焊接质量,而且还会带来较大的经济效益。氩弧焊打底留在管道中的焊渣量几乎没有,有效防止焊接过程中污染管道内部,保证以后管道输气的洁净度。故氩弧焊打底、手弧焊盖面在燃气管道施工中不失为一种先进、实用的焊接工艺。
综上所述,在城镇燃气管道施工中,对于重要的管线,如:中压支、干管,过路管线等,可采用氩弧焊打底、手弧焊盖面焊接工艺;而对于庭院管道及户内立管等压力较低管线,考虑到施工的简便,可采用手弧焊焊接工艺。
[文章编号]1006-7619(2009)09-11-849
[作者简介]白海峰,从1995年至今一直从事油气管道施工,先后参与了靖边-西安天然气输送管道、西安-宝鸡天然气输送管道、西安-渭南天然气输送管道和西安天然气城市管网等工程施工。在管道主材选型、防腐层选用、焊接工艺选择等方面积累了丰富施工经验。