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浙江豐泉閥門有限公司

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325100
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http://www.kindlingtouch.com/st19372/
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焊接球閥的焊接形式以及工藝

2012-8-1  閱讀(5593)

  hbzhan內容導讀:長輸管線閥門是油氣管道為實現集輸、分輸和調節輸量,以及為實現站內循環、設備連通、倒罐、越站及清管器收發等作業所使用的控制部件;既是保證管道運行安全的設備,又是進行管道輸送自動控制和運行調度的主要工藝設備。
  
  全焊接球閥是一種典型的窄間隙埋弧焊焊接產品,涉及材料科學、焊接工藝學、焊接裝備自動化研制,三維熱彈塑性有限元計算以及管線球閥的設計等多方面的知識。隨著西氣東輸、西部原油成品油、川氣東送等大批國家重點管道工程的施工建設,極大地促進了全焊接球閥國產化技術、裝備、制造及工藝的進步,井逐步趨向成熟和完善,開始向大口徑、高壓力方向發展。
  
  通過對焊縫成形和焊縫金屬力學性能的影響因素,以及對焊接試驗結果的分析,合理地設計閥門閥體結構、焊縫坡口形式、閥座結構,嚴格控制閥體原材料的化學成分,選用合理的焊絲焊劑及工藝參數,采用窄間隙坡口多道、多層焊接,適時控制焊接過程中的層間溫度,*可滿足全焊接球閥的焊接生產要求。
  
  一、長輸管線閥門特點
  
  長輸管線閥門是油氣管道為實現集輸、分輸和調節輸量,以及為實現站內循環、設備連通、倒罐、越站及清管器收發等作業所使用的控制部件;既是保證管道運行安全的設備,又是進行管道輸送自動控制和運行調度的主要工藝設備。
  
  在長輸管線閥門中,尤以管線球閥使用居多。在國家重點管道工程中,主干線截斷閥全部采用進口大口徑全焊接球閥,要求使用壽命必須達到30年及以上。支線及站場26in以下規格截斷閥采用分體式球閥。綜觀重點管道工程所采用的全焊接球閥,其主要特性有:①可靠性高,閥體具有足夠強度,外泄漏部位少,活動部件耐磨,在頰繁操作下能長期正常運行。②密封性好,在高壓和在油、氣長期浸泡下不泄漏。③開關靈敏性高。④油氣通過時阻力小。③重量輕,安裝簡便。⑥能在全天候條件下工作。⑦具有防火、防靜電等功能。等道工程的發展與建設,極大地促進了管線球閥的設計、制造、工藝的進步,同時對管線球閥提出了更高的要求。
  
  全焊接球閥是一種典型的焊接產品,目前,部分國內廠家通過技術引進或自主研發的方式,已實現全焊接球閥的國產化,改變了全焊接球閥*依賴進口的局面。但因前期使用業績的影響,很少能在重點工程中得到應用。
  
  從全焊接球閥閥體及焊接材料、焊接方法、焊接結構、焊接工藝及相關試驗等方面進行總結,為全焊接球閥生產廠家的生產指導和用戶使用提供參考。
  
  二、閥體與焊接材料分析
  
  1.閥體材料成分分析
  
  全焊接球閥閥體材料通常采用碳素鋼或低合金鋼,如ASTMA105、A694、A350、A516等,其化學成分對焊接時結晶裂紋的形成有著重要影響。焊接時,焊縫中的S、P等雜質在結晶過程中形成低熔點共晶。其中硫對形成結晶裂紋影響zui大,但其影響又與鋼中其他元素含zui有關,如Mn與S結合成MnS而除硫,從而對S的有害作用起抑制作用。Mn還能改善硫化物的性能、形態及其分布等。因此,為了防止產生結晶裂紋,對焊縫金屬中的Mn/S值有一定要求。Mn/sS值多大才有利干防止結晶裂紋,還與含碳量有關。含C量愈高,要求Mn/S值也愈高。Si、Ni及雜質的過多存在也會增加S的有害作用。
  
  嚴格控制閥體材料采購時的化學成分,制定相關的材料采購標準,是有效避免閥門焊接時產生結晶裂紋的有效途徑之一。
  
  2.焊絲與焊劑選擇
  
  (1)焊絲材料選擇焊絲主要作為填充金屬,向焊縫添加合金元素,直接參與焊接過程中的冶金反應,其化學成分和物理性能不僅影響焊接過程中的穩定性、焊接接頭性能和質量,同時還影響著焊接生產率。
  
  焊絲材料的選擇主要根據閥體材料來進行。對常用閥體材料,通常所選用的焊絲材料有碳素鋼焊絲如H08MnA、低合金鋼焊絲如H10Mn2。同時,焊絲直徑的選擇對焊縫形狀也有著較大影響,在焊接電流、電弧電壓、焊接速度一定時,焊縫熔深與焊絲直徑成反比,熔寬與焊絲直徑成正比。對于全焊接球閥常采用的埋弧自動焊,其焊絲直徑一般為2.5~6mm。
  
  (2)焊劑材料選擇焊劑在焊接過程中起隔離空氣、保護焊縫金屬不受空氣浸害和參與熔池金屬冶金反應的作用。當焊絲確定后,配套用的焊劑則成為關鍵材料,它直接影響焊縫金屬的力學性能(特別是塑性及低溫韌性)、抗裂性能、焊接缺陷發生率及焊接生產率等。
  
  這就要求焊劑必須具有良好的冶金性能和工藝性能;顆粒度符合要求(普通焊劑顆粒度為0.45~2.50mm,0.45mm以下的細粒不得大于5%,2.50mm以上的粗粒不得大于2%;細顆粒度焊劑粒度為0.28~1.425mm,0.28mm以下的細粒不得大于5%,1.425mm以上的粗粒不得大于2%);含水量w(H2O)≤0.10%;機械夾雜物的含量不得大于0.30%(質量分數);含硫磷量w(S)≤0.060%,w(P)≤0.080%。
  
  根據所選用焊絲材料,及閥體材料化學成分,焊劑多選用高硅型熔煉焊劑或高堿度燒結型焊劑。
  
  三、焊接坡口形式
  
  全焊接球閥采用埋弧自動焊,配合以空冷或風冷方式進行焊接。
  
  長輸管線球閥鍛鋼閥體壁厚通常在40~50mm以上,宜采用窄間隙坡口埋弧焊,坡口底層間隙為8~35mm,坡口角度為1°~7°,每層焊縫道數為1~3,常采用工藝墊板打底焊。為使焊絲送達窄坡底層,需設計能插人坡口內的窄焊嘴,焊絲向下伸長度常取45~75mm,以獲得較高熔敷速率。焊接時采用焊劑,其顆粒度一般較細,脫渣性應特好,并滿足高強韌性焊縫金屬性能。為保證焊絲和電弧在深而窄坡口內的正確位置,必要時須采用自動跟蹤控制。
  
  四、焊接過程及分析
  
  1.影響焊縫形狀、性能的因素
  
  (1)焊接藝參數的影響
  
  1)焊接電流。當其他條件不變時,熔深與焊接電流變化成正比,電流小,熔深淺,余高和寬度不足;電流過大,熔深大,余高過大,易產生高溫裂紋。
  
  2)電弧電壓。電弧電壓與電弧長度成正比,在相同的電弧電壓和焊接電流時,如果選用的焊劑不同,電弧空間電場強度不同,則電弧長度不同。當其他條件不變時,電弧電壓低,熔深大,焊縫寬度窄,易產生熱裂紋;電弧電壓高時,焊縫寬度增加,余高不夠。埋弧焊的電弧電壓是依據焊接電流調整的,即一定焊接電流要保持一定的弧長才可能保證焊接電弧的穩定燃燒,所以電弧電壓的變化范圍是有限的。
  
  3)焊接速度。焊接速度對熔深和熔寬都有影響,通常情況下熔深和熔寬與焊接速度成反比。焊接速度對焊縫斷面形狀也有影響,一般焊接速度過小,熔化金屬量多,焊縫成形差;焊接速度較大時,熔化金屬量不足,容易產生咬邊。實際焊接時,為了提高生產率,在提高焊接速度的同時必須加大電弧功率,才能保證焊縫質量。
  
  4)焊絲直徑。焊接電流、電弧電壓和焊接速度一定時,熔深與焊絲直徑成反比關系,但這種反比關系隨電流密度的增加而減弱。
  
  (2)工藝條件對焊縫成形的影響
  
  1)焊縫坡口形狀、間隙的影響。在其它條件相同時,增加坡口深度和寬度,焊縫熔深增加,熔寬略有減小,余高顯著減小。
  
  2)焊劑堆高的影響。焊劑堆高應保證在絲極周圍埋住電弧,一般在25~40mm。當使用黏結焊劑或燒結焊劑時,由干密度小,焊劑堆高比熔煉焊劑高出20%~50%。焊劑堆高越大,焊縫余高越大,熔深越淺。
  
  3)焊絲、焊嘴與工件傾角對焊縫成形也有較大的影響。在全焊接球閥焊接過程中,應盡量保證焊嘴、焊絲垂直干工件表面。
  
  2.焊接及分析
  
  焊接試驗采用圓筒進行,材料A105。其主要目的是試驗驗證和確定閥體原材料、焊絲直徑、焊劑牌號,優化焊接坡口結構及焊接參數,預測和控制焊接時溫度變化、變形量和焊接殘留應力,為全焊接球閥的生產設計提供參考依據。焊接試驗系統由電流電壓測量系統、位移變形測量系統、溫度測量系統三部分組成。
  
  1)焊接時溫度側定。根據溫度測定的結果,在球閥焊接時,控制層間溫度不超過閥座密封圈的安全使用溫度150℃,不會對閥門密封性能造成影響。
  
  2)焊接變形的測定。圓筒焊接采用內徑為600mm,厚度50mm左右的圓簡進行。焊接時圓筒兩端無束縛,焊接完成后,測得的圓筒變形軸向方向約為2.5mm,徑向方向約為1.5mm。在全焊接球閥設計過程中,需考慮此焊接變形對球閥密封性能的影響,適當調整閥座與閥體之間的配合間隙。
  
  焊接時可采用不同的輔助方式如風冷、振動,改善焊接時工件的變形。通常情況下,振動焊接時變形較小,風冷其次。


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