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浙江豐泉閥門有限公司

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焊接球閥的焊接形式以及工藝

2012-8-1  閱讀(5589)

  hbzhan內(nèi)容導(dǎo)讀:長(zhǎng)輸管線閥門是油氣管道為實(shí)現(xiàn)集輸、分輸和調(diào)節(jié)輸量,以及為實(shí)現(xiàn)站內(nèi)循環(huán)、設(shè)備連通、倒罐、越站及清管器收發(fā)等作業(yè)所使用的控制部件;既是保證管道運(yùn)行安全的設(shè)備,又是進(jìn)行管道輸送自動(dòng)控制和運(yùn)行調(diào)度的主要工藝設(shè)備。
  
  全焊接球閥是一種典型的窄間隙埋弧焊焊接產(chǎn)品,涉及材料科學(xué)、焊接工藝學(xué)、焊接裝備自動(dòng)化研制,三維熱彈塑性有限元計(jì)算以及管線球閥的設(shè)計(jì)等多方面的知識(shí)。隨著西氣東輸、西部原油成品油、川氣東送等大批國(guó)家重點(diǎn)管道工程的施工建設(shè),極大地促進(jìn)了全焊接球閥國(guó)產(chǎn)化技術(shù)、裝備、制造及工藝的進(jìn)步,井逐步趨向成熟和完善,開(kāi)始向大口徑、高壓力方向發(fā)展。
  
  通過(guò)對(duì)焊縫成形和焊縫金屬力學(xué)性能的影響因素,以及對(duì)焊接試驗(yàn)結(jié)果的分析,合理地設(shè)計(jì)閥門閥體結(jié)構(gòu)、焊縫坡口形式、閥座結(jié)構(gòu),嚴(yán)格控制閥體原材料的化學(xué)成分,選用合理的焊絲焊劑及工藝參數(shù),采用窄間隙坡口多道、多層焊接,適時(shí)控制焊接過(guò)程中的層間溫度,*可滿足全焊接球閥的焊接生產(chǎn)要求。
  
  一、長(zhǎng)輸管線閥門特點(diǎn)
  
  長(zhǎng)輸管線閥門是油氣管道為實(shí)現(xiàn)集輸、分輸和調(diào)節(jié)輸量,以及為實(shí)現(xiàn)站內(nèi)循環(huán)、設(shè)備連通、倒罐、越站及清管器收發(fā)等作業(yè)所使用的控制部件;既是保證管道運(yùn)行安全的設(shè)備,又是進(jìn)行管道輸送自動(dòng)控制和運(yùn)行調(diào)度的主要工藝設(shè)備。
  
  在長(zhǎng)輸管線閥門中,尤以管線球閥使用居多。在國(guó)家重點(diǎn)管道工程中,主干線截?cái)嚅y全部采用進(jìn)口大口徑全焊接球閥,要求使用壽命必須達(dá)到30年及以上。支線及站場(chǎng)26in以下規(guī)格截?cái)嚅y采用分體式球閥。綜觀重點(diǎn)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(qiáng)度,外泄漏部位少,活動(dòng)部件耐磨,在頰繁操作下能長(zhǎng)期正常運(yùn)行。②密封性好,在高壓和在油、氣長(zhǎng)期浸泡下不泄漏。③開(kāi)關(guān)靈敏性高。④油氣通過(guò)時(shí)阻力小。③重量輕,安裝簡(jiǎn)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(fā)展與建設(shè),極大地促進(jìn)了管線球閥的設(shè)計(jì)、制造、工藝的進(jìn)步,同時(shí)對(duì)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(chǎn)品,目前,部分國(guó)內(nèi)廠家通過(guò)技術(shù)引進(jìn)或自主研發(fā)的方式,已實(shí)現(xiàn)全焊接球閥的國(guó)產(chǎn)化,改變了全焊接球閥*依賴進(jìn)口的局面。但因前期使用業(yè)績(jī)的影響,很少能在重點(diǎn)工程中得到應(yīng)用。
  
  從全焊接球閥閥體及焊接材料、焊接方法、焊接結(jié)構(gòu)、焊接工藝及相關(guān)試驗(yàn)等方面進(jìn)行總結(jié),為全焊接球閥生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)指導(dǎo)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(xué)成分對(duì)焊接時(shí)結(jié)晶裂紋的形成有著重要影響。焊接時(shí),焊縫中的S、P等雜質(zhì)在結(jié)晶過(guò)程中形成低熔點(diǎn)共晶。其中硫?qū)π纬山Y(jié)晶裂紋影響zui大,但其影響又與鋼中其他元素含zui有關(guān),如Mn與S結(jié)合成MnS而除硫,從而對(duì)S的有害作用起抑制作用。Mn還能改善硫化物的性能、形態(tài)及其分布等。因此,為了防止產(chǎn)生結(jié)晶裂紋,對(duì)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(jié)晶裂紋,還與含碳量有關(guān)。含C量愈高,要求Mn/S值也愈高。Si、Ni及雜質(zhì)的過(guò)多存在也會(huì)增加S的有害作用。
  
  嚴(yán)格控制閥體材料采購(gòu)時(shí)的化學(xué)成分,制定相關(guān)的材料采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn),是有效避免閥門焊接時(shí)產(chǎn)生結(jié)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(guò)程中的冶金反應(yīng),其化學(xué)成分和物理性能不僅影響焊接過(guò)程中的穩(wěn)定性、焊接接頭性能和質(zhì)量,同時(shí)還影響著焊接生產(chǎn)率。
  
  焊絲材料的選擇主要根據(jù)閥體材料來(lái)進(jìn)行。對(duì)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(shí),焊絲直徑的選擇對(duì)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(shí),焊縫熔深與焊絲直徑成反比,熔寬與焊絲直徑成正比。對(duì)于全焊接球閥常采用的埋弧自動(dòng)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(guò)程中起隔離空氣、保護(hù)焊縫金屬不受空氣浸害和參與熔池金屬冶金反應(yīng)的作用。當(dāng)焊絲確定后,配套用的焊劑則成為關(guān)鍵材料,它直接影響焊縫金屬的力學(xué)性能(特別是塑性及低溫韌性)、抗裂性能、焊接缺陷發(fā)生率及焊接生產(chǎn)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(xì)粒不得大于5%,2.50mm以上的粗粒不得大于2%;細(xì)顆粒度焊劑粒度為0.28~1.425mm,0.28mm以下的細(xì)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(jī)械夾雜物的含量不得大于0.30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù));含硫磷量w(S)≤0.060%,w(P)≤0.080%。
  
  根據(jù)所選用焊絲材料,及閥體材料化學(xué)成分,焊劑多選用高硅型熔煉焊劑或高堿度燒結(jié)型焊劑。
  
  三、焊接坡口形式
  
  全焊接球閥采用埋弧自動(dòng)焊,配合以空冷或風(fēng)冷方式進(jìn)行焊接。
  
  長(zhǎng)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(shù)為1~3,常采用工藝墊板打底焊。為使焊絲送達(dá)窄坡底層,需設(shè)計(jì)能插人坡口內(nèi)的窄焊嘴,焊絲向下伸長(zhǎng)度常取45~75mm,以獲得較高熔敷速率。焊接時(shí)采用焊劑,其顆粒度一般較細(xì),脫渣性應(yīng)特好,并滿足高強(qiáng)韌性焊縫金屬性能。為保證焊絲和電弧在深而窄坡口內(nèi)的正確位置,必要時(shí)須采用自動(dòng)跟蹤控制。
  
  四、焊接過(guò)程及分析
  
  1.影響焊縫形狀、性能的因素
  
  (1)焊接藝參數(shù)的影響
  
  1)焊接電流。當(dāng)其他條件不變時(shí),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(guò)大,熔深大,余高過(guò)大,易產(chǎn)生高溫裂紋。
  
  2)電弧電壓。電弧電壓與電弧長(zhǎng)度成正比,在相同的電弧電壓和焊接電流時(shí),如果選用的焊劑不同,電弧空間電場(chǎng)強(qiáng)度不同,則電弧長(zhǎng)度不同。當(dāng)其他條件不變時(shí),電弧電壓低,熔深大,焊縫寬度窄,易產(chǎn)生熱裂紋;電弧電壓高時(shí),焊縫寬度增加,余高不夠。埋弧焊的電弧電壓是依據(jù)焊接電流調(diào)整的,即一定焊接電流要保持一定的弧長(zhǎng)才可能保證焊接電弧的穩(wěn)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(duì)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(duì)焊縫斷面形狀也有影響,一般焊接速度過(guò)小,熔化金屬量多,焊縫成形差;焊接速度較大時(shí),熔化金屬量不足,容易產(chǎn)生咬邊。實(shí)際焊接時(shí),為了提高生產(chǎn)率,在提高焊接速度的同時(shí)必須加大電弧功率,才能保證焊縫質(zhì)量。
  
  4)焊絲直徑。焊接電流、電弧電壓和焊接速度一定時(shí),熔深與焊絲直徑成反比關(guān)系,但這種反比關(guān)系隨電流密度的增加而減弱。
  
  (2)工藝條件對(duì)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(shí),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(yīng)保證在絲極周圍埋住電弧,一般在25~40mm。當(dāng)使用黏結(jié)焊劑或燒結(jié)焊劑時(shí),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(duì)焊縫成形也有較大的影響。在全焊接球閥焊接過(guò)程中,應(yīng)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(yàn)采用圓筒進(jìn)行,材料A105。其主要目的是試驗(yàn)驗(yàn)證和確定閥體原材料、焊絲直徑、焊劑牌號(hào),優(yōu)化焊接坡口結(jié)構(gòu)及焊接參數(shù),預(yù)測(cè)和控制焊接時(shí)溫度變化、變形量和焊接殘留應(yīng)力,為全焊接球閥的生產(chǎn)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。焊接試驗(yàn)系統(tǒng)由電流電壓測(cè)量系統(tǒng)、位移變形測(cè)量系統(tǒng)、溫度測(cè)量系統(tǒng)三部分組成。
  
  1)焊接時(shí)溫度側(cè)定。根據(jù)溫度測(cè)定的結(jié)果,在球閥焊接時(shí),控制層間溫度不超過(guò)閥座密封圈的安全使用溫度150℃,不會(huì)對(duì)閥門密封性能造成影響。
  
  2)焊接變形的測(cè)定。圓筒焊接采用內(nèi)徑為600mm,厚度50mm左右的圓簡(jiǎn)進(jìn)行。焊接時(shí)圓筒兩端無(wú)束縛,焊接完成后,測(cè)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(shè)計(jì)過(guò)程中,需考慮此焊接變形對(duì)球閥密封性能的影響,適當(dāng)調(diào)整閥座與閥體之間的配合間隙。
  
  焊接時(shí)可采用不同的輔助方式如風(fēng)冷、振動(dòng),改善焊接時(shí)工件的變形。通常情況下,振動(dòng)焊接時(shí)變形較小,風(fēng)冷其次。


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