大口徑厚壁管道坡口形式的改進(jìn)

1、大口徑厚壁管道坡口形式的改進(jìn)0、前言近年來，節(jié)能減排成為電力行業(yè)發(fā)展方向，電站的裝機(jī)容量不斷提高，大口徑厚壁管道越來越多，對于大管徑厚壁管(壁厚60mm)焊接，我廠主要采用三種坡口形式：DL/T869標(biāo)準(zhǔn)中推薦的坡口形式如圖1所示，如國外某標(biāo)準(zhǔn)焊接的項目則采用圖2所示的坡口形式，如涉及到國內(nèi)某鍋爐廠相關(guān)項目的焊接則采用圖3所示的坡口形式。以材質(zhì)為12Cr1MoV，規(guī)格為610×100的管子為例，當(dāng)采用圖1所示坡口尺寸，則需要填充的熔敷金屬量需要35.28Kg，采用如圖2所示的坡口形式則需要43.58Kg，采用圖3的坡口形式則需要35.75Kg，由此可見，同樣的焊口可以采用不同的坡口型

2、式，所以如果能夠適當(dāng)減小坡口尺寸，則會相應(yīng)節(jié)約焊材，提高生產(chǎn)效率。我們知道焊縫開坡口的目的是：(1)使熱源伸入根部，保證焊縫的透度;(2)可降低熱規(guī)范，減小熱影響區(qū);(3)減少焊件的變型。對于(2)、(3)兩點(diǎn)，在開坡口的前題下，坡口越窄越有利實(shí)現(xiàn)，困難的是第(1)點(diǎn)如何實(shí)現(xiàn)。所以實(shí)際生產(chǎn)中使用較小的坡口寬度還存在以下問題需要解決：實(shí)現(xiàn)小間隙坡口形式焊接的焊接設(shè)備。選擇與設(shè)備、所焊管材相匹配的焊材及合理的焊接規(guī)范參數(shù)，以確保焊縫的焊接質(zhì)量。設(shè)計合理的焊縫坡口形式及焊接過程中焊道的排列形式。本文將通過對焊縫坡口設(shè)計，打底焊的特殊改變，以及相匹配的焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化，來實(shí)現(xiàn)對厚壁管材的焊接，在嚴(yán)格

3、保證焊接接頭焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)上，以節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效率。在當(dāng)前進(jìn)行小坡口焊接的常用方案有以下幾種：方案一：應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)窄間隙自動埋弧焊設(shè)備，改變坡口型式解決問題。這個方案要做的主要事情就是采購設(shè)備，此方案的優(yōu)點(diǎn)在于：技術(shù)相對成熟，已有幾十年的實(shí)際應(yīng)用，可直接用埋弧焊一種方法焊接，可實(shí)現(xiàn)1-2°的小角度坡口焊接，填充量相對最小，并可實(shí)現(xiàn)雙絲焊以提高效率。這個思路的缺點(diǎn)在于：單機(jī)成本過高，對坡口精度要求非常高。方案二：利用現(xiàn)有的埋弧焊設(shè)備進(jìn)行改造以適應(yīng)相對目前的坡口窄小的坡口。即相對窄間焊。使現(xiàn)在的埋弧焊設(shè)備焊接更窄小的坡口，主要解決的問題就是打底焊。根據(jù)我廠的實(shí)際情況，及產(chǎn)品的性價比考慮選

4、擇方案二進(jìn)行試驗(yàn)研究，即采用相對窄間隙焊接坡口技術(shù)。1、手工TIG焊槍的研究現(xiàn)在我們使用的打底方法是手工TIG焊，現(xiàn)用的手工TIG焊槍尺寸決定了坡口的最基本寬度，由此要想縮小坡口寬度就要適當(dāng)改變TIG焊槍型式和尺寸，與焊槍廠家協(xié)商制造細(xì)長的特型TIG焊槍，以適應(yīng)相對窄小的坡口。為此研究人員與國內(nèi)氬弧焊槍制造廠家進(jìn)行了溝通，提出了基本的焊槍基本要求如下：1)能夠適應(yīng)逆變式弧焊機(jī)ZX-400型。2)采用氣冷式焊槍。3)焊槍能夠承受焊接電流為180-200A時，連續(xù)焊接4小時以上的。4)蛇形焊槍可調(diào)變?nèi)魏谓嵌?，或筆式0°焊槍，適宜厚壁管道窄間隙手工氬弧焊打底焊接。5)瓷嘴前端外徑尺寸小于8

5、mm，且磁嘴長度及導(dǎo)流架尺寸能夠滿足厚壁T120mm的手工氬弧焊封底焊接。經(jīng)過試驗(yàn)研究最終確認(rèn)用蛇形焊槍，同時考慮氬氣流量問題將瓷嘴前端外徑尺寸改為10mm，內(nèi)徑不小于6mm;筆式焊槍的電流參數(shù)等達(dá)不到要求。跟據(jù)此焊槍的尺寸研究人員最后確定了最小坡口寬度尺寸。改變坡口形式焊接試驗(yàn)方案本試驗(yàn)將根據(jù)不同壁厚設(shè)計了不同的坡口形式。坡口形式尺寸設(shè)計過程中，主要考慮了以下幾點(diǎn)因素：手工鎢極氬弧焊打底過程中的可操作性。焊條電弧焊和埋弧焊填充過程中的可操作性及側(cè)壁熔合性問題。根據(jù)以上兩點(diǎn)，并結(jié)合新手工TIG焊槍的尺寸，研究人員初步擬定了試驗(yàn)坡口形式如下：本試驗(yàn)設(shè)計了不同的坡口形式，壁厚較大管材焊接(壁厚大于

6、60mm)設(shè)計采用改良綜合型坡口和U型兩種形式，設(shè)計底部角度較大，以便于焊接操作且提高打底焊質(zhì)量，坡口上部采用3°坡口角度，減少焊材用量，兩種坡口形式如圖6和圖7所示。在上述實(shí)際焊接過程中，前四層均為單層單道焊接，后續(xù)則均采用單層雙道焊接，焊道排列如圖5所示。根據(jù)上述情況，本實(shí)驗(yàn)對不同壁厚不同材質(zhì)進(jìn)行了管管對接實(shí)驗(yàn)。具體實(shí)驗(yàn)見表1。對上述試驗(yàn)我們主要研究了其不同焊口的焊接可操做性，焊材用量問題，為進(jìn)一步研究提供了大量可靠的數(shù)據(jù)及焊接經(jīng)驗(yàn)。2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)1中焊工進(jìn)行手工焊操做沒有問題，但進(jìn)行埋弧焊時控制難度較大，對試驗(yàn)焊口進(jìn)行RT和UT檢驗(yàn)，結(jié)果表明焊接質(zhì)量符合檢驗(yàn)要求;試驗(yàn)2的焊口

7、UT檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)焊縫手工焊操做部位存在多種類型缺陷，焊口焊接質(zhì)量不合格，分析認(rèn)為根部坡口形式不利于手工焊接操作，最終導(dǎo)致了焊接的失敗。試驗(yàn)3與試驗(yàn)4所用試件管材規(guī)格厚度相似，但材質(zhì)差別較大，因此焊接性不同，其均采用相同坡口形式圖8，焊后UT和RT檢驗(yàn)結(jié)果表明，其焊縫質(zhì)量均達(dá)到合格要求，但是對于更大壁厚的焊口焊接根部焊條擺動操作時有障礙。在上述焊接實(shí)踐的基礎(chǔ)上，本實(shí)驗(yàn)對焊接坡口形式適當(dāng)改進(jìn)，改進(jìn)為圖9形式，根部焊接操做性明顯改善。3、改進(jìn)后的焊接接頭性能試驗(yàn)嚴(yán)格按照DL/T868-2004焊接工藝評定的要求，對四種不同材質(zhì)厚壁管材進(jìn)行焊接工藝評定，以便對焊接工藝的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，工藝評定結(jié)果表

8、明，所有試驗(yàn)結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。性能試驗(yàn)詳見表2。4、幾種坡口形式焊材熔敷金屬量對比對上述焊接試驗(yàn)及工藝評定試驗(yàn)進(jìn)行歸納分析可以看出，采用圖8坡口尺寸相對通常采用減少了焊材填充量，提高了焊接工作效率，表2為上述焊接試驗(yàn)及評定所采用的坡口形式與其它坡口形式的對比，從表中可以看出，試驗(yàn)坡口與其他標(biāo)準(zhǔn)坡口形式相比理論焊材用量均有不同程度減少，相應(yīng)提高了焊接的效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，與國外坡口形式相比其焊材填充量減少最為明顯，其次是國內(nèi)鍋爐廠坡口形式，同時隨著所焊接管子的壁厚的逐步增大，其焊材的節(jié)約量也依次增大，說明采用試驗(yàn)的坡口形式，對大壁厚管子焊接意義更為重大。評定合格后，我廠在蕪湖項目1#、2#機(jī)組的主蒸汽管系中使用了該坡口形式，實(shí)示效果如下：焊材用量改進(jìn)前后比較，節(jié)約焊材近500千克，RT檢驗(yàn)合格率達(dá)到98%以上，以每Kg焊條200元計算，僅以焊材使用量一項就節(jié)省費(fèi)用約10萬元;ID ID425×81 /SA-335 P92平均一道焊口節(jié)省2個工日(每工日8小時計)。同時本坡口形式也可用于施工現(xiàn)場的手工焊接，超超臨界機(jī)組主蒸汽管道現(xiàn)場一道焊口能提前一天完成，對于現(xiàn)場安裝進(jìn)度的有益影響顯而易見。5、結(jié)論由以上的實(shí)驗(yàn)的對比分析，可以看出：5.1 對于大口徑厚壁管道采用改進(jìn)型的坡口形式，加工