厚壁管道

关键词：

厚壁管道（精选四篇）

厚壁管道 篇1

关键词：中高压,厚壁焊接,工艺,化工,核电

随着中高压厚壁管道在化工、核电等领域应用的日益广泛, 管道焊接质量也成为制约工程进度的重要因素, 传统的焊接工艺焊口合格率低、焊接变形大, 极大地制约着施工进度。本文介绍一种上向对称焊的焊接工艺, 极大地提高了焊口合格率, 降低焊接变形。

1 与传统焊接工艺的对比

目前, 应用较为广泛的焊接工艺为上向焊或下向焊, 这两种焊接工艺在焊接薄壁管时, 因焊接速度快, 生产效率高且操作技术易于掌握, 因此得到了广泛的推广, 但是随着管道壁厚的增加, 在焊接过程中容易导致母材局部温度较高, 后续处理不当, 极易产生变形, 同时, 焊工在焊接时劳动强度大, 极易疲劳, 导致焊接质量下降。而通过双人上向对称焊的方式, 不仅仅缩短了单个焊缝的焊接时间, 而且在同等工作量的情况下极大地降低了劳动强度, 因此对于焊接质量的提高具有明显的效果。

2 上向对称焊焊接工艺

2.1 下料

管道要使用锯床进行切割, 切割表面必须平整, 且端面与管子轴线垂直, 允许偏差为管子直径的1%, 且≤2mm, 采用90°角尺进行测量, 不得有裂纹和重皮, 切口附近的切削粉末、毛刺必须清除干净。

2.2 坡口的加工及加工方法

管道的坡口采用电动坡口机进行机械加工, 并用角向磨光机进行修整。坡口型式可采用V型坡口。要求坡口光滑平整, 并对坡口两侧20mm范围内的内外管壁要除去铁锈、油污及水分且露出金属光泽。

2.3 管道的组对

管子、管件的对接焊缝在组对时保证内壁平齐, 内壁错边量不超过壁厚的10%且不大于2mm。

2.4 管道焊接

2.4.1 焊接材料

焊条用E5015 (J507) 碱性低氢型焊条、直径为Φ3.2mm或Φ4.0mm。氩弧焊丝选择JQ·TG50管道施工氩弧焊专用打底焊丝, 焊丝直径为Φ2.0mm或Φ2.5mm, 氩弧钨极选用铈钨极, 规格为Φ2.5mm。焊条使用前要经过350℃的烘烤, 时间为两小时, 施焊时把烘干好的焊条装在100℃~150℃的保温筒内, 随用随取。烘干后的低氢型焊条在大气中放置时间超过4h应重新烘干, 且焊条重复烘干次数不宜超过2次;Φ≤48的管子采用钨级氩弧焊;Φ≥48的管子采用氩弧打底电焊盖面。

2.4.2 打底焊缝

打底焊缝尺寸:打底焊缝要求具有一定的厚度, 对壁厚小于10mm的管道, 其厚度不得小于2~3mm, 壁厚大于10mm的管道不得低于3~4mm。采用氩弧焊打底的高压管道, 打底时管内必须充填氩气保护, 并及时完成充填和盖面焊。

2.4.3 定位焊缝

焊件组对好后, 焊接定位焊缝。采用与根部焊道相同的焊接材料和焊接工艺 (采用TG50焊丝、J507焊条) , 定位焊缝的长度、厚度和间距应能保证焊缝在正式焊接过程中不致开裂。根部定位焊缝其工艺要与正式焊接相同。定位后仔细检查定位焊缝, 如发现裂纹、气孔等缺陷, 必须将定位焊缝清除干净, 重新进行焊接, 定位焊的点数随管径增大而增多, 焊缝长度为15~20mm, 高度为2~3mm, 管径小于60mm的管道定位焊为2处, 管径为76~159mm的定位焊共3处。

2.4.4 管子施焊

严禁在坡口之外的管材表面引弧和试验电流, 并防止电弧擦伤管材。根焊道采用氩弧焊焊接, 焊材与母材必须熔透, 以确保背面成型良好。根焊道焊完后, 需尽快在热态下进行第二层热焊, 根焊道与热焊道焊接间隔时间要短, 盖面时快速对中间层焊道进行施焊, 且采用上向对称焊的方法, 由两名焊工同时施焊, 每相邻两层焊道接头错开20~30mm, 每层焊道一次焊完, 每条焊缝要求连续焊完, 层间必须用角向砂轮及钢丝刷仔细清除焊渣, 外观检查后方可施焊下一层焊道。每条焊缝要一次连续焊完, 因故中断焊接时, 要采取保温缓冷或后热等防止产生裂纹的措施, 再次继续焊接时, 必须先进行预热及焊口清理, 且引弧要在原断弧处前6~10mm开始。

2.4.5 层间温度控制

层间温度的控制是防止焊接变形的关键, 因此必须严格控制层间温度, 用红外线测温枪从两侧进行测量, 层间温度要控制在100℃~150℃, 当温度高于150℃时, 应立即停止施焊, 待温度降低后方可继续施焊。

2.4.6 管道手工钨极氩弧焊打底焊工艺参数

2.5 管道焊前预热和焊后热处理

1) 根据材质Q345B, 严格控制100℃~150℃预热温度, 采用氧气乙炔焰加热, 预热范围为坡口两侧, 大于壁厚的两倍。

2) 高压管焊缝要进行局部热处理, 其焊缝每侧加热宽度应大于等于2倍壁厚, 管材与容器壳体相焊时, 加热宽度应大于等于6倍壁厚, 且靠近加热区的部位应采取保温措施。使温度梯度不致影响材料的组织和性能。

3) 热处理, 焊后对焊口进行热处理, 其目的消除焊接残余应力, 因此必须对热处理的加热速率、恒温温度时间及冷却速率进行严格的控制:a.当温度升至400℃以上时, 加热速率不应大于 (205×25/δ) ℃/h, 且不得大于330℃/h。b.焊后热处理的恒温温度:20#钢、Q345均为600~650℃。c.焊后热处理的的恒温时间为每25mm壁厚恒温1h, 且不得小于15min, 在恒温期间内最高与最低温差应低于65℃。d.恒温后的冷却速率不大于 (60×25/δ) ℃/h, 且不得大于260℃/h, 400℃以下可自然冷却。e.热处理后进行返修或硬度检查超过规定要求的焊缝应重新进行热处理。

3 总结

通过使用上向对称焊的焊接工艺可以大大的降低工人劳动强度, 提高生产率, 同时, 通过对工艺过程的控制, 减少了因局部温度过高而引起的焊接变形, 提高了焊接质量。

参考文献

[1]GB50387-2006.冶金机械液压, 润滑和气动设备工程安装验收规范.

[2]GB50235-97.工业金属管道工程施工及验收规范.

[3]GB50236-98.现场设备, 工业管道焊接工程施工及验收规范.

[4]GB50184-93, 工业金属管道工程质量检验评定标准.

厚壁管道 篇2

无损检测就是在不破坏检测对象的理化状态前提下, 利用仪器来检测其内部均匀性和缺陷的方法。

无损检测作为一种有效的检测手段, 在保证承压类特种设备的制造和使用安全方面, 显得特别重要。对于川维30万t/a醋酸乙烯项目工程建设来说, 工艺管道安装工程的焊接质量既是安装工程施工质量控制的重点, 也是安装工程施工质量控制的难点, 其中尤以国内首座单套77万t/a甲醇装置的中压大口径厚壁管道焊接质量控制尤为关键。

1 常用的无损检测方法及其基本原理[1]

常用的无损检测方法有射线检测 (RT) 、超声检测 (UT) 、渗透检测 (PT) 、磁粉检测 (MT) 等, 下面主要介绍这4种检测方法的基本原理。

1.1 射线检测

射线检测的原理:如果被检对象内部存在缺陷, 当射线穿透感光, 底片上缺陷位置就会出现与工件正常区域黑度不同的差异。这是由于缺陷构成部分的衰减系数与被检对象的不同造成的, 通过观察这种差异, 就可以确定缺陷的准确位置和缺陷性质。

利用射线检测方法, 很容易检出局部厚度不均的缺陷, 同时对工件内部的气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹及烧穿之类的缺陷有很高的检出率。射线照相法在各种熔化焊接方法的对接接头 (如在锅炉、压力容器制造检验及压力管道安装工程) 中已得到广泛的应用。射线检测常用X射线检测和γ射线检测。X射线、γ射线就其本质而言都是电磁波, 而不同之处在于产生的机理不同。由于它们产生的机理不同, 所以在无损检测的过程中就各有优缺点。

1.2超声检测

超声检测的基本原理为当超声波传播到气孔、裂纹等缺陷界面时, 是不能通过的, 将全部或部分折回。通过对折回的超声波反映出来的波形特征, 就可以判断出缺陷的位置、形状。实际检测中, 常采用直接接触式脉冲反射法。脉冲反射法的优点:检测灵敏度高, 能发现较小的缺陷;检测精度较高;适用范围广;操作简单方便。目前超声检测也可以用来检测晶粒粗大的奥氏体不锈钢, 在JB/T 4730-2005中有相关检验标准, 但由于需要制作相应配套试块, 技术还不算成熟。

1.3磁粉检测

磁粉检测的基本原理是利用缺陷部位的表面不连续性, 当工件被磁化后, 表面的磁力线将会产生漏磁场, 观察磁粉被吸附的情况, 从而判断缺陷的存在, 显示缺陷的形状及位置。磁粉检测不适用于无铁磁性的奥氏体不锈钢。

1.4 渗透检测

渗透检测的基本原理是对零件表面施涂含有荧光剂染料或者着色染料的渗透液后, 待渗透液充分渗入后, 将工件表面的渗透液完全清洗掉, 这样残留在内部缺陷的渗透液就可以直接通过显像剂检验出来。

2 甲醇装置压力管道情况简介

我厂建设的国内首座单套77万t/a甲醇装置管道材质主要有20G (GB5310-2008) 、P11 (ASME) 、0Cr19Ni9 (GB/T1220-2007) 等3种, 其中最大管道外径为950 mm, 壁厚为52 mm, 最高设计温度500℃, 最高设计压力17.8 MPa, 管道材质0Cr19Ni9, 中压大口径厚壁管道主要集中在压缩、合成两个单元。该甲醇装置管线共计427条, 总长度约16.880 1 km, 其中GC1级压力管道4.4796km, GC2级压力管道8.069 km。

77万t/a甲醇装置合成回路典型管道参数如下:管道号为900-P-63006-EBA-H;管道规格为DN900, 外径φ950mm, 壁厚为52 mm;管道材质为0Cr19Ni9;操作压力为8.0 MPa;操作温度为45℃;设计压力为9.2 MPa;设计温度为180℃;试验压力为14.93 MPa;试验介质为水 (氯离子含量小于25 mg/L) ;保温材料为岩棉, 保温厚度为150 mm;腐蚀余量为CS 2%, 不小于1 mm;SS 1%, 不小于0.5 mm;管道分级为SHB/GC1;管道焊缝无损检测比率为100%。

对于厚壁管道焊缝质量检测, 石化工程上通常是采用放射源进行射线检测, 但由于核心设备甲醇反应器到货推迟了约6个月, 甲醇装置工艺管道安装开工时周边装置相继完工中交, 正在进行紧张的工程扫尾与联动试车等试生产准备, 人员复杂, 清场困难, 施工区域邻近社会公路安全距离难以满足要求, 施工场地基本不具备引入放射源进行射线探伤作业的安全距离条件与引入放射源报审时间。在无放射源射线检测条件下, 如何既保证厚壁管道安装赶工进度, 又确保厚壁管道焊缝内在质量成为制约整个项目完工投产的重大难题。川维质监站深度参与PMT、中石化五公司、华夏监理对此重大难题的数次技术讨论研究, 最终达成共识:确保质量第一原则, 管道安装赶工进度必须服从大口径厚壁管道焊接质量检测方式, 在检测质量合格的前提下, 合理安排管道预制深度, 采用组合常规检测方式达到焊缝质量监控到位的目的。对于材质为20G、P11的厚壁管道, 预制焊口时充分利用埋弧自动焊生产线的焊接质量好且稳定、效率高等优势, 采用了手工氩弧焊打底+埋弧自动焊盖面的焊接工艺。为了解决埋弧自动焊引弧时电流大, 掌握不好容易击穿根部焊缝造成根部缺陷, 将氩弧焊接厚度提高到6~8 mm, 确保焊缝根部焊接质量, 再用埋弧自动焊机焊接的方法。

对于材质为国产0Cr19Ni9 (替代进口304L) 的厚壁管道, 在焊接中采用减少水平段预制深度, 加大垂直段管道的预制深度相结合的施工方法。预制口采用手工氩弧焊打底+埋弧自动焊盖面的焊接工艺。

3 甲醇装置厚壁管道焊接质量的无损检测监督实践

根据GB/T20801-2006第5部分《检验与试验》第6.3条和TSG D0001-2009《压力管道安全技术监察规程-工业管道》第八十五条规定:“管道的名义厚度大于30 mm的对接接头可以用超声检测代替射线检测。”

综上所述, 厚壁管的无损检测应当首先采用X射线检测, 考虑到甲醇装置管道安装工程的焊口位置空间立体性强, 即使采用十分笨重的350型X光机检测焊接质量, 一般也仅限适用于管道壁厚小于20 mm的场合, 对于管道壁厚大于20 mm的厚壁管道焊接内部质量检测, 则必须采用γ源, 但γ源射线检测安全间距要求较大, 由于甲醇装置设备到货晚, 其他装置已经中交、试车, 导致甲醇装置现场无法采用γ射线探伤。

经过甲醇装置厚壁管道的实际特点, 为保证厚壁管道无损检测的质量, 切实做好压力管道安全质量监督检验工作采取了以下措施:1) 对于20G、P11此类管道, 加大工厂化预制程度, 减少手工作业焊接量, 预制焊口盖面完成采用大功率X射线机中心周向透照法进行检测, 现场安装焊口采用一条线多点同时组对、焊接, 根部焊缝焊接到20~24 mm, 采用大功率X射线机从外部双壁单影透照法检测, 盖面后再用超声检测法复查焊接质量。2) 对于国产0Cr19Ni9 (替代进口304L) 管道, 现场安装时, 每条管线都从设备口开始组对焊接, 盖面完成采用X射线机中心周向透照检测合格后依次逐口安装, 最后剩余封闭段2道焊口根部焊缝采用氩弧焊焊接到20~24 mm, 采用大功率X射线机从外部双壁单影透照法检测, 由于超声波对不锈钢材质进行检测有灵敏性低、检测波不稳定等特点, 因此盖面后再用表面着色检测法复查焊接缺陷。3) 如果管道内径适于放置350型X射线机身, 则现场安装焊口优先采用管道内部固定X射线机身、中心周向透照检测焊口盖面完成的焊缝质量。

此外, 超声检测的结果对检测人员的技术素质与职业操守依赖性较大且不具有可追溯性。超声检测与射线检测相比具有检测灵敏度较高、周期短、成本低、方便灵活、效率高, 对人体无害等优点;最大的缺点是对工作表面的平滑性和检验人员提出了较高的要求;超声检测适合厚度较大的零件检验。

基于超声检测的特点, 为保证甲醇装置厚壁管无损检测的质量, 切实做好压力管道安全质量监督检验工作采取了以下措施:1) 对建设、设计、监理、施工、检测各参建主体进行石化质监[2011]1号《石油化工建设工程压力管道安全质量监督检验工作规程》宣贯, 制定监督计划和技术交底。2) 各参建单位需建立压力管道安全质量保证体系, 确保各级质量负责人到位并切实履行各自职责, 加强现场压力管道安全质量管理, 严格执行焊接工艺, 严格执行焊材管理、烘烤、发放及回收制度, 保证压力管道工程质量全过程受控。3) 现场检测单位的超声检测人员, 必须按照集团公司要求, 取得中石化集团公司颁发的《石油化工管道工程超声波检测资质》, 保证压力管道工程的检测质量, 超声检测优先采用可记录波形的超声波仪以备复验。4) 现场监理工程师 (具备无损检测超声资格证书人员) 对超声检测过程进行必要的旁站, 及时共同认可超声检测结果;业主的无损检测专业技术管理人员也需加大抽查力度, 严格控制压力管道超声检测质量。5) 即使以上措施都执行到位了, 为了保证厚壁管道焊接质量受控的真实性, 在厚壁管道焊接质量监督实践中, 仍求援石油化工工程质量监督总站工程质量监测中心作为工程检测的第四方, 总站工程质量监测中心专家对厚壁管道焊接质量超声检测结果进行复测复验, 复验结果全部合格。

4 结论

组合采用常规无损检测技术在中压大口径厚壁管道焊接质量控制上起到了极其有益的贡献, 但它只是一个最终检测结果质量把关的手段, 而厚壁管道焊接质量控制应从设计时就开始, 需要建设单位、设计单位、采购单位、施工单位、监理单位、检测单位以及质监机构的全过程配合。只有管道工程有关质量责任主体各方共同努力确保工程质量保证体系正常运转, 才使得77万t/a甲醇装置的中压大口径厚壁管焊接质量在无放射源的前提下仍得到有效的保证。

参考文献

[1]合肥通用机械研究院.承压设备无损检测[M]..北京:新华出版社, 2005.

[2]中国特种设备检验协会.射线检测[M].北京:中国劳动社会保障出版社, 2007.

厚壁管道 篇3

主蒸汽管道的材质为P280GH, 管道的最大规格为φ813×32 mm, 对焊接的质量要求较严格。所有焊口均采用钨极氩弧焊打底、手工电弧盖面的焊接方法, 焊前需预热, 焊后需进行热处理。

1 材料

1.1 母材

P280GH含碳量<0.22%, 此钢种为碳素钢 (含碳量≤0.35%为碳素钢) , 并含有少量的Cr (≤0.10%) 、Mn (1.60%) 等合金元素。根据碳当量公式得:Ceq=C+2.5S+P/2.5+ (Si-0.4) /5+ (Mn-0.8) /6≈0.4.由此可见, 其可焊性较高。具体如表1和表2所示。

1.2 焊材

焊接主蒸汽焊口时, 氩弧焊采用ER50-6焊丝, 手工电弧焊采用E5015焊条。其焊接材料的主要化学成分、焊材熔敷金属力学性能分别如表3和表4所示。

根据焊材选用原则, 焊缝的熔敷金属化学成分、力学性能应与母材一致, 并以此选择焊材。将表3和表4中焊接材料的主要化学成分、力学性能与表1和表2的主要化学成分、力学性能进行对比可见, 焊丝ER50-6和焊条E5015两种焊材的化学成分、力学性能完全满足P280GH钢材的焊接要求。

2 焊接缺陷的预防

冷裂纹产生的原因主要为焊接过程中扩散的氢含量较高, 使接头性能脆化, 并在焊接缺陷处聚集了大量氢分子, 形成了非常大的局部压力。因此, 应采取以下措施控制冷裂纹的产生:选用碱性焊条, 减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝的金属塑性;减少氢来源, 烘干焊材、清洁接头 (无油、无锈、无水) ;做到焊前预热 (可提高气体的溢出速度、可焊性) 、焊后缓冷;降低焊接应力, 采用合理的工艺, 且在焊后热处理等。

产生气孔的原因很多, 比如焊条和焊件合金成分的种类和含量、焊条涂料的酸碱度、焊件的清洁度、焊件的预热温度和焊缝的冷却速度、焊接线的能量大小等。具体原因有以下6点: (1) 焊件上的油、水、锈未清理彻底, 焊条未烘干、烘干温度不足或恒温下保温时间不足, 进而可能产生氢气孔。 (2) 空气湿度大的情况下, 烘干的焊条易吸潮, 可能出现氢气孔。 (3) 在焊缝清理宽度过窄的情况下, 焊接电弧高温会使焊缝周围油漆等有机物燃烧, 释放出水蒸气或使碳氢化合物分解, 进而浸入未保护好的熔池, 可能出现氢气孔或一氧化碳气孔。 (4) 焊接电流过大, 导致合金元素锰、硅大量烧损, 在熔池中脱氧反应就只能依靠碳元素来完成, 碳与氧生成一氧化碳, 可能出现一氧化碳气孔。 (5) 焊接速度过快时, 熔池停留时间过短, 气体无法及时逸出, 易出现气孔。 (6) 焊接电流过小时, 气体外逸时受阻, 易在焊缝内产生气孔。

冷裂纹和气孔等缺陷产生的原因繁多, 需在焊材管理、焊前准备、焊接过程和焊后热处理等环节中加强控制, 最大程度上避免缺陷的产生, 从而确保焊接质量。

3 焊接和热处理控制

3.1 焊前准备

焊前准备分为以下5步: (1) 焊条在焊接前需经350~400℃的温度烘干, 并恒温保持1.5 h (120℃) 。现场使用时必须装入保温筒, 通电使其温度保持在80~110℃, 并做到随用随取。 (2) 保护气体采用的氩气的纯度不低于99.99%. (3) 焊接坡口的加工和焊接组对 (间隙、错边等) 应符合规范要求, 内、外壁坡口和两侧25 mm内应打磨干净, 使之露出金属光泽。为了减小焊接应力、变形, 应采用U形坡口。 (4) 在焊接场所放置温湿度计, 监测焊接场所的湿度≤85%, 保证焊接时不受外界湿气的影响。 (5) 在焊接场所做好防风挡雨措施, 以保证焊接、热处理过程的顺利进行。

3.2 组对

采用楔形块点焊固定, 保证内壁齐平, 错口值不得>1 mm。对口时用4块锲形 (材料与母材相同) 均匀分布定位焊在坡口上, 定位焊工艺及其参数与正式施焊相同。由于坡口为U形, 为了防止打底焊烧穿产生焊瘤, U形坡口底部采用1~1.5 mm的钝边, 对口方法和尺寸如图1所示。在焊完2层电弧焊后, 才能用砂轮机磨掉焊点、去除锲形块, 以保证打底后不产生拉裂裂纹。

3.3 焊前预热

为了防止气孔的产生、可焊性和氢原子逸出速度的提高, 预热温度应控制在150~200℃, 升、降温速应≤300℃/h, 并在打底全过程中进行温度的监测和控制。

3.4 焊接工艺参数

焊接线能量综合了焊接电流、电弧电压与焊接速度三个工艺因素对焊接热循环的影响。线能量增大时, 韧性、硬度降低;线能量减小时, 焊接热输入不足、冷却速度快, 易造成未焊透、焊接应力集中等。因此, 在保证焊缝成型良好的前提下, 应选用适当的焊接工艺参数, 以保证线能量焊接顺利进行、焊接接头具有良好的性能。具体的工艺参数如表5所示。

3.5 焊接操作过程

3.5.1 氩弧焊打底

焊口的氩弧焊打底是保证焊口质量的关键。采用二人对称焊接, 氩气流量为8~12 L/min。当预热温度达到200℃时, 由于管壁太厚, 为了使内、外壁均达到预热温度, 应先恒温保持30 min。焊接时, 由2名焊工分别在6点钟和3点钟或6点钟 (水平管道焊口) 的位置引弧焊接, 具体如图2所示, 垂直管道焊口由2名焊工对称引弧焊接。

焊丝随焊枪的摆动一同移动, 两侧填充金属熔合后, 焊丝以50~80 mm/min的焊接速度连续地向熔池中均速送进, 焊枪稍有摆动前行即可使整个根部突出一致, 以获得优质的根部质量。收弧时, 要将焊弧引到坡口边上使焊接熔池慢慢变小、收弧, 以免因接头温度速降而导致缩孔和产生裂纹倾向。主蒸汽管氩弧焊打底的电流一般选择在80~140 A, 氩弧焊打底的焊层厚度应≥3 mm。

3.5.2 填充和盖面

第一层焊接采用φ3.2 mm的焊条, 电流选择在80~155 A, 其他层次的焊接选用φ4.0 mm的电焊条, 电流选择在120~200 A。两人对焊时接头要错开。运条时, 焊缝与坡口边夹角处的停留时间应稍长, 以免产生夹渣;引弧时, 在原收弧点稍前处引燃电弧后, 再移至原收弧处, 以免因引弧时电弧不稳而导致气孔产生。两人应选择相同的规范参数, 防止因焊接层数和焊缝道数的差别而增加不必要的应力。焊接层间堆积的厚度应不大于焊条的直径+2 mm。采用多层多道的焊接方法, 当焊至2/3时, 坡口焊缝尺寸增大, 焊缝的道数从分道开始的每层2道增加至焊缝加强面的每层3道。摆宽原则为不超过焊条直径的5倍。层间焊接要将焊渣和飞溅物清理干净。为了避免表层咬边, 填充至表面时应先焊焊缝1和2, 如图3所示。坡口边缘停留时间稍长, 然后焊焊缝3.用此焊接方法既可保证焊缝不咬边、焊缝余高在0~3 mm, 且焊缝成形美观、过渡圆滑。

3.6 焊后热处理

焊后热处理为高温回火。加温时, 力求内、外壁与焊缝两侧温度均匀。恒温时, 在加热范围内任意两测点间的温度差应<50℃。为了避免焊缝产生冷裂倾向, 焊后应立即升温至 (625±15) ℃, 并恒温保持1.5 h, 温度降至300℃以下时可自然空冷。对于热处理的保温宽度, 从焊缝中心算起, 每侧不小于管子壁厚的5倍, 以减小温度梯度。预热和焊后的热处理曲线如图4所示。

4 焊接质量检验

焊接质量检验分为以下3步: (1) 焊工自检和QC均应重视焊接接头的外观质量, 除焊缝均整、尺寸符合规定外, 如果发现咬边、表面气孔等缺陷, 则应及时打磨处理, 以降低焊接接头的应力水平; (2) 对于外观检查合格后的焊接接头, 可按规定委托进行100%无损检验; (3) 焊口热处理完毕后, 进行100%磁粉检验和射线检验。无损检验结果表明, 所采用的焊接工艺可行, 焊接检验一次合格率达100%, 焊接质量优良。

5 结束语

经采取以上措施, 预防了延迟裂纹的产生、消除了残余应力、降低了接头区域的温差、减小了焊接热影响区的淬硬性倾向、有利于氢气的逸出、降低了焊缝中含氢量、减少了气孔、防止了冷裂纹的产生和改善了接头的塑性和韧性, 从而解决了焊接过程中易产生气孔和冷裂纹的问题, 大大提高了焊接质量。

参考文献

厚壁管道 篇4

在许多行业的生产设备中, 都有压力较高的压力容器。由于工艺、检修、安装等方面的需要, 都要在设备的壳体上开设各种类型、各种规格的孔, 且在很多情况下都要在开孔部位组焊上接管, 有的还要连接上法兰, 然后再与系统管道连接。由于这种设备的特殊性, 在压力容器安全技术规范和相关的设计制造标准中[1,2,3], 都要求管口接管与壳体的连接采用全截面焊透的连接结构型式[1,2,3,4,5]。因设计压力较高, 而且有的设备设计温度也较高, 所以设计计算所需的壳体壁厚也就较厚, 再加上其他各种因素, 使得某此设备的壳体部分只能采用单层结构, 且由于在壳体上开孔后, 壳体强度被削弱, 需要进行开孔补强, 为降低成本, 许多情况下都采用厚壁接管或补强锻件进行开孔补强, 这就增大了接管与筒体连接的制造加工难度。

结构设计的优劣直接关系到制造加工的难易程度, 同时也是质量保证的前提。在产品的生产制作过程中, 在某些单层高压筒体上组合管口接管时, 不仅组合难度相当大、焊接时间长、焊材用量多、焊接质量差, 而且焊接变形造成安装尺寸达不到要求。根据多年压力容器产品设计、校核和审核实践, 结合对多台压力容器设备上厚壁补强接管与壳体间的连接结构型式进行的设计优化成功经验, 本文提出了两种设计优化方法, 供相应专业设计人员参考。

1 高压CO2冷却器的接管与管箱筒体的连接

高压CO2冷却器是一种高压换热设备[6], 属Ⅲ类压力容器[1]。高压CO2气体走管程, 其设计温度为300℃, 设计压力为16.4 MPa, 焊缝系数为1;冷却水走壳程, 设计压力和设计温度都较低。管板与管箱筒体 (DN690, 壁厚140 mm) 连为整体, 其延长部分兼作法兰, 与壳体法兰用螺栓、垫片连接;换热管为U型;管箱筒体的上、下方位上各有一个DN150的管口, 通过接管和法兰与外部管道或设备连接;管箱筒体与接管法兰焊接后要进行消除应力热处理, 热处理后接管法兰内孔的二次加工。原结构型式的局部放大图见图1。

从图1中可以看出, 接管与管箱筒体连接部位的相贯线在径向视图中是一段圆弧, 孔的最高点 (图1中的A点) 与孔的最低点 (图1中的B点) 之间有一高度差h, 开孔尺寸越大, h值越大, 为使接管与筒体间组合间隙一致, 就应将此端端面做成马鞍形, 对于这种马鞍形接管端面的加工可采用机加工方法, 焊接坡口采用手工划线、气割后打磨的方法加工;在接管与筒体组合时, 由于定位性差、不易操作、焊接难度大、焊接应力大, 使焊接质量和装配尺寸都难以得到保证, 而且还有可能因焊接变形使接管往某个方向倾斜, 虽然进行了二次机加工和无损检测, 但接管壁厚就减薄了, 从而还降低了接管的强度。

经设计优化后的连接型式见图2。

首先, 接管与管箱筒体连接端采用自带垫条的型式, 接管可采用机加工的方法加工出垫条和焊接坡口, 而在管箱筒体开孔的外圆面上往筒体中心方向加工比接管自带垫条直径尺寸大0.5 mm左右, 深度2 mm (最低位置处, 见图2所示) 的止口, 并在管口轴向方向加工一个角度, 使其能保证焊透 (见图2的轴向视图) ;在接管与管箱筒体组合时, 将接管的自带垫条部位插入管口的止口内点焊固定, 焊接后再进行二次加工和无损检测。这种设计优化后的结构型式, 既大大地降低了接管与筒体的组合难度, 又能保证接管孔与筒体上的管孔同心, 且不易产生焊接变形, 并能更好地保证焊接质量, 当然也就充分地保证了接管的强度和安装定位尺寸。

2 表面式减温器的接管与筒体的连接

表面式减温器也是一种压力较高的换热设备[6], 属Ⅱ类压力容器[1]。管程为水, 设计温度为260℃, 设计压力为4.2 MPa, 焊缝系数为1;壳程为水和蒸汽, 设计温度为520℃, 设计压力为7.0 MPa, 焊缝系数为1。筒体直径DN900, 壁厚60 mm, 筒体上开设有最终内直径尺寸分别为321和275的管孔, 通过厚壁补强接管与外部的系统管道连接。此两个厚壁补强接管与筒体连接, 除开孔尺寸和零件尺寸不同外, 结构型式是相同的, 所以下面仅介绍内直径为321的厚壁补强接管与筒体连接结构型式的设计优化。

在我们收到的外来图中, 原来的厚壁补强接管与筒体连接的结构型式见图3。

从图3中可以看出, 厚壁补强接管的与筒体连接端的端面自带马鞍形垫条, 焊接坡口也为马鞍形, 筒体上管口的靠外表面的止口也要求加工为马鞍形。要加工如此高难度的结构型式, 无论是筒体上的管孔还是接管的与筒体连接端的端面及焊接坡口都要靠数控机加工设备才能进行加工, 当然外协加工成本也就高了;再者, 由于焊接坡口的角度是机加工的, 周圈的角度都相等, 而且为了保证图3中的主视图所示的焊缝焊透, 势必造成在如图3中左图所示的焊接位置的焊材填充量较大, 从而焊工的焊接强度也大, 焊接周期也较长。焊接完成后需进行二次加工至内孔为321, 并进行无损检测和热处理。

从多种因素综合考虑后, 决定对原结构型式进行改进。设计优化后的结构型式如图4所示。

图4中的结构型式是这样的:筒体上的开孔不加工止口;厚壁补强接管的与筒体连接端的端面上车床加工成马鞍形, 但不带垫条;焊接坡口采用划线、气割后打磨的方法加工。

为减少焊材填充量, 从而降低焊工的焊接强度和缩短焊接周期, 焊接坡口的角度β从如图4的主视图中所示的65°逐渐过渡到如图4的主视图中所示的90°。在厚壁补强接管与筒体组合时, 在接管内和筒体上的管口内加入一个工艺垫圈进行定位 (如图4所示) , 此工艺垫圈的外壁尽量与孔内壁贴紧。同样地, 焊接完成后需进行二次加工至内孔为φ321, 并进行无损检测和热处理。

3 结语

以上两例都是经过生产实践检验的, 采用设计优化后的结构型式, 不仅更好地保证了产品质量, 而且还极大地降低了产品制造成本, 提高了生产效率, 缩短了生产周期。

不过, 还应注意的是, 在进行压力容器设计或进行审图 (包括审外来图) 时, 在确定具体的某些局部结构时, 应根据不同条件进行综合分析, 不能完全地照抄照搬, 因为无论如何好的结构型式都不可能在任何情况下都适用。

摘要：许多压力容器上的厚壁补强接管与厚壁筒体连接时, 因结构设计不合理, 造成组合难度大、焊接工作量大、产品质量差、加工成本高等问题, 凭借生产制作经验和设计经验, 对其连接结构型式进行设计优化。

关键词：组合,连接结构型式,焊接,质量,设计优化

参考文献

[1]寿比南, 谢铁军, 常彦衍.TSG R0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程[S].北京:新华出版社, 2010 (2) .

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