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鈦管道焊接工藝

[編輯:寶雞益豪] [時間:2018-2-1 10:56:54]

鈦管焊接工藝
1.1 鈦管的設計技術條件與標準
1.1.1 設計技術條件
1.1.1.1 管材及配件材質IN17850 3.7025,3.7035,3.7055.其化學成分如下表:
序號 材料號 牌號 化學成分
DINl7850 (級別) Ti C Fe N O H
1 3.7025 Ⅰ 余量 ≤0.08 ≤0.20 ≤0.05 0.03~0.12 ≤0.013
2 3.7035 Ⅱ 余量 ≤0.08 ≤0.25 ≤0.05 0.07~0.18 ≤0.013
3 3.7055 Ⅲ 余量 ≤0.10 ≤0.30 ≤0.05 0.15~0.25 ≤0.013
1.1.1.2 管材規格:φ508×4.5,φ408×14,φ26.9×l.5,φ21.3×2.6。
1.1.1.3 鈦管工作條件;溫度224℃,壓力2.5MPa,介質醋酸,溴化物。
1.1.1.4 管道質量要求:焊接接頭系數1,焊縫射線檢驗100%,水壓試驗壓力3.75MPa,氣密性試驗壓力0.625MPa
1.1.2 技術標準
1.1.2.1 管道工程鈦材焊接規范LON1015E
1.1.2.2 鈦管施工技術條件伍德公司標準
1.1.2.3 鈦管施工及驗收規范SHJ502-86
1.2 焊接特點
鈦管焊接是利用惰性氣體對焊接區進行有效保護的TiG焊接工藝(烏極惰性氣體保護焊)。由于鈦材具有特殊的物理化學特性,因而其焊接工藝與其它金屬存在較大差異。焊接時必須保證:(1)焊接區金屬在250℃以上不受活性氣體N,0、H及有害雜質元素C,Fe,Mn等的污染。(2)不能形成粗晶組織。(3)不能產生較大的焊接殘余應力和殘余變形。所以,焊接過程須按合理的工藝,嚴格按工序質量管理標準,實行全過程的質量控制。使人、機、料、法各因素均處于良好的受控狀態,從而在合理的工期內,保證鈦管的焊接質量。
2 材料、設備及工具要求
2.1 鈦管及配件;應具有制造廠的出廠合格證和質量證明書。經復驗其規格、化學成分、力學性能及供貨狀態均應符合DIN17850標準的要求。
2.2 焊接材料
2.2.1 焊絲:焊絲牌號為ERTi-2。選擇焊絲應符合:(1)焊絲的化學成分和力學性能應與母材相當;(2)若焊件要求有較高的塑性時,應采用純度比母材高的焊絲。
2.2.2 焊絲在使用前要進行材質復驗,檢查出廠合格證和質量證明書;焊絲表面應清潔,無氧化色、無裂紋、起皮、斑疤和夾渣等
缺陷。焊絲的化學成分應符合AWS A5.16一70的有關規定。
2.2.3 氬氣:工業一級純氬,純度不得低于99.98%,含水量小于50Mg/L氬氣在使用前先檢查瓶體上的出廠合格證,以驗證氫氣的純度指標,然后檢查瓶閥有無漏氣或失靈現象。
2.2.4 鎢極:選用φ2.0~φ3.0 mm鈰鎢極,其化學成分應符合如下要求:
成份%
牌號 W CeO Fe2O3+Al2O3 SiO2 Mo CuO
Wce-20 余量 2.0 ≤0.02 ≤0.06 ≤0.01 ≤0.01
2.3 焊接設備
2.3.1 焊機:采用直流TiG焊機。焊機應保證優良的工作特性和調節特性,同時配備有完好的電流表和電壓表。
2.3.2 焊炬:采用QS一75°/500型水冷式TiG焊焊炬。焊炬應具有結構簡單,輕巧耐用,槍體嚴密,絕緣良好,氣流穩定,夾鎢捧牢固,適合于各種位置焊接的特點。
2.3.3 氬氣輸送管;采用半硬質塑料管,不宜用橡膠軟管和其它吸濕材料。使用時應專用,不得與輸送其它氣體的管相互串用。氬氣管不宜過長,以免壓力降過大引起氣流不穩,一般不超過30m。
2.3.4 焊接夾具:用奧氏體不銹鋼或銅制管卡蘭、鎖緊螺栓等組對鈦管及配件。應確保對鈦管及配件有一定的夾緊力,以保證軸線一致,間隙均勻合適。
2.3.5 輔助設備及工具:氬氣保護罩,磨光機,專用銼刀,不銹鋼絲刷等。
3 焊接工藝
3.1 管道預制階段
3.1.1 管道切割與坡口加工;管材切割與坡口加工應在專門的作業場所內采用機械加工方法進行。加工時要用非污染介質潔凈水進行冷卻,以防氧化。加工工具應專用,并保持清潔,以防鐵質污染。加工好的管口應保證表面平整,無裂紋、重皮等缺陷。切口平面最大傾斜度偏差不超過管徑的1%。
3.1.2 表面清理:用奧氏體不銹鋼制的鋼絲刷清除鈦管所有焊接表面及坡口附近100mm內的銹皮、油漆、臟物、灰塵和能與鈦材起反應的雜物。用砂輪修整加工面,清除飛邊、毛刺、凸凹等缺陷。
3.1.3 組對:將鈦管、配件對準、夾好,軸線不得偏移,間隙均勻一致,并應防止鈦管在裝配中被損傷和污染。避免強制組對。定位焊采用和正式焊接相同的焊接工藝。
3.1.4 脫脂處理:用賽璐珞海棉沾無硫乙醇或無硫丙酮對所有焊接表面和坡口附近50mm內全部做脫脂處理,處理后的表面應無任何殘留物。
3.1.5 焊接:應在有關標準規定的條件下進行。
3.1.5.1 焊接工藝評定
在鈦管正式施焊前,用φ252×14 TA2管進行焊接性試驗,在此基礎上進行φ36×4,φ252×14垂直固定及水平固定位置的四項焊接工藝評定。焊接工藝評定宜在焊接試驗室進行。試驗前擬定了與工程施工實際相同的焊接方案,評定原則、要求、方法均按ASME IX執行。評定合格的工藝參數如下:
a、坡口條件
管壁厚(mm) 坡口形式 坡口角度 對口間隙(mm) 鈍邊(mm) 清理范圍(mm)
≤2 V 50° 0~0.8 0~0.8 每側50~100
<2 V 60° 0.5~2 1~1.5 每側50~100
b電源種類和特性:直流正接
c焊接規范
壁厚mm ≤2 3~4 4~7 6~7 >7
焊接層數 1 1~2 2~3 3~4 4~5
鎢極直徑mm 2.0 2.0 2.0 3.0 3.0
焊絲直徑mm 2.0 3.0 3.0 3.0 3.0
焊槍直徑mm 10~12 16~20 16~20 16~20 16~20
電壓V 10~12 12~14 12~14 12~14 12~14
電流A 40~70 80~110 110~140 120~180 120~180
焊速cm/min 7.5~10 10~15 10~15 10~15 10~15
層間溫度℃ <200 <200 <200 <200 <200
線能量KJ/cm 2.4~6.7 3.9~9.3 5.3~11.8 5.8~15.1 5.8~15.1
噴咀氬氣l/min 8~12 12~15 15~20 15~20 15~20
保護罩氬氣l/min 16~25 25~30 35~45 35~45 35~45
管內氬氣l/min 6~10 8~15 10~20 10~20 10~20
氬氣保護時間S 30~60 >60 >60 >60 >60
保護區氬氣充裝系數 21.8 21.8 21.8 21.8 21.8
3.1.5.2 焊工資格
根據焊接工藝評定所提供的工藝參數,在專家的指導下組織焊工進行學習,并請有經驗的焊工師傅作示范,對將參與焊接的焊工進行操作技能培訓和考試。結果參加培訓的五名焊工全部通過DIN8560規定的考試,并參加鈦管的焊接工作。
3.1.5.3 焊材
焊絲為德方提供的ERTi-2,規格經工藝評定后確定為φ2.0、φ3.0。焊絲在使用前應按坡口的清理方法進行表面清理及脫脂處理,施焊時焊絲的端部應除去10~20mm長。
3.1.5.4 焊接環境
鈦管施工需在預制廠房內進行,在現場焊接固定口時,應根據需要搭設防雨、防風棚,保證焊接環境符合工藝要求。若出現下列條件之一時,不準進行焊接。
3.1.5.5 層間清理與保護
對多層焊道,在下一層施焊前,首先檢查表面氧化程度,如有異常情況,應立即進行表面處理或返修處理,處理時必須用專用的奧氏體不銹鋼制鋼絲刷和砂輪。
3.1.5.6 焊縫表面酸洗鈍化處理
鈦材焊接后,經表面色澤檢查合格后須對焊縫和熱影響區進行酸洗鈍化處理。酸洗后必須立即用水徹底沖洗.以除去殘留在焊件上的酸液。整個酸洗過程的溫度應控制在40℃以下。
酸洗鈍化液按下列比例配方;
3.1.6 焊接檢驗
所有焊縫均應進行外觀檢查,X射線照相檢查,著色檢驗和壓力試驗等項檢驗,均應合格。
3.2 管道安裝階段
經檢驗合格的預制管道接單線圖及安裝質量要求進行管道安裝。安裝時不能將鐵質工具和支架與鈦管直接接觸,不能用強制方法固定鈦管。安裝時的現場固定焊口,焊接工藝同預制管道時的工藝.焊工應是全位置焊接培訓考試合格的焊工。
4 焊接質量控制
4.1組對質量控制:組對時須將方向長度偏差、間距偏差、角度偏差、法蘭相鄰螺栓距離偏差、法蘭面與管中心垂直偏差等,均應控制在規定的范圍內。
4.2施焊質量控制:焊接重點控制焊工、焊材、焊接工藝和無損檢測幾個主要環節。主要采取如下措施;
4.2.1加強氬氣對焊接區的保護
鈦在250℃以上吸氫,400℃以上吸氧,600℃以上吸氮,這些元素的滲入將大大降低鈦的力學性能。因此氬氣對熱態焊縫的保護是焊接接頭質量優劣的關鍵因素。鈦材管道的焊接保護都是通過管內通氬,管外用專門的保護罩來進行的。保護罩的形式一般有整罩結構、半罩結構和彎頭罩結構。
a、整罩結構
為避免鐵離子污染,所有保護用的結構材料采用銅材制作。
結構由氬氣導管、緩沖器、保護罩、密封口等組成。
氬氣導管采用φ6mm銅管,進人混合室有一橫管上鉆有一排φ1~1.5mm小孔,孔方向前上壁,主要使氬氣人口減少沖力,分布均勻,再通過二層20~40目的銅絲網進入保護區罩。保護罩的直徑宜比鈦管直徑大40mm左右,長度一般在80~120mm,密封口長20mm左右,宜與鈦管外徑保持均勻的1~2mm的間隙。這樣一方面避免氬氣流失太多,另一方面又可保證保護區內微正壓,可防止外部空氣混入。噴嘴焊絲插入口在25~40mm左右。如太小則影響視線看不清焊縫,難以保證質量,太大則氬氣流失嚴重,影響效益。
b、半罩結構
半罩結構的原理基本同全罩結構,在口徑較大Dg150以上采用此種結構。
半罩的長度一般在230~250mm,寬90~100mm,高40mm,密封口長40mm。
對半罩以外部分,為減少氬氣流失,增加保護效果,并且為固定半罩,適合全位置焊接需要,須制作一條弧形的,寬度30~50mm,中間帶凹形的保護帶,該帶兩端連接在保護罩上,一端固定,一端采用活扣連接。在實際施焊中可達到理想的保護效果,也解決了全位置焊接中一些技術難題。
c、彎頭罩結構
為達到氬氣保護彎頭焊縫的目的,必須增加一個彎頭形狀的附加罩。在固定焊時,彎頭附加罩不動,直管保護罩與彎頭附加罩活動配合,可繞彎頭附加罩旋轉,達到氬氣保護的目的。
d、管內充氬保護,均采用分段充氬的方法。在焊口的兩側200~300mm的地方,作好密封裝置,封好充氬。密封裝置采用膠皮和不銹鋼夾板封口。出氣口采用φ4mm孔徑,進氣口采用φ8mm孔徑,這樣可保證將管內空氣驅趕干凈,達到氬氣保護的目的,另一方面保證管內做正壓,防止外部空氣進入,有利于焊縫成形。但也不能使正壓力過大,壓力過大將使溶池金屬噴出或產生背面內凹缺陷。進氣側應密封嚴密,防止進氬氣時從縫隙處帶人空氣而導致氬氣保護被破壞。對全位置焊接的焊口,充氬比較困難,因為焊口兩端距離都較長,還有彎頭件等。充氮仍采用分段充氮方法,在該道焊縫組對前,就將密封墊片(由不銹鋼夾板與膠皮組成,充氬管為軟膠管,并聯一根有一定強度的不銹鋼絲)放置在管道內距焊口200~300mm處。待焊縫組對焊接完成后,將密封墊片取出即可。
4.2.2加強焊工培訓,提高全位置焊口質量
對于鈦管的全位置焊口的焊接,是現場施工的一個重要突破口。由于操作受阻(要帶動保護罩一起轉動,還不能使用內填絲法)和視線不好,無法準確掌握熔池的形成、結晶情況,容易產生內凹及熔合不良的缺陷,因此焊工必須掌握要領,熟練操作,做到節奏均勻,快速填絲,控制熔池溫度,才能保證焊接質量。上崗焊工必須培訓考試合格,在此基礎上選出素質好、體力充沛的焊工進行全位置管道焊縫的焊接。
4.2.3嚴格執行焊接工藝,提高焊縫一次合格率
由于鈦材焊接的特殊要求和工藝特點,焊口多次受熱會較大地降低材料的韌性,因此在焊接過程中要精心組織管理,嚴格執行工藝制度、最大可能地提高焊工的一次焊接合格率。尤其要消除過度氧化、裂紋、未溶合、未焊透、內凹、縮孔等缺陷。在整個焊接過程中要特別控制好層間溫度、焊接線能量、焊材、焊接環境等工藝要素。由專人負責測量和記錄工藝數據,專人負責保管和清理焊絲。
5 技術經濟效果
5.1 技術效果:施工實踐證明本工藝成熟、先進、設備簡單、容易掌握,具有廣泛的實用性。
5.2 質量效果;在整個PTA工程鈦管施工中,嚴格執行焊接施工工藝,獲得了較好的質量效果,所有焊接接頭經下列項目檢驗,均達到滿意的結果。
5.3 外觀檢查:按LON1015進行檢查,所有焊接接頭焊縫表面成型良好,與母材圓滑過渡,無表面氣孔、裂紋、凹陷等缺陷。熱影響區顏色多為銀白色和金黃色,有少數焊口為紫色。結果優良率98%,合格率100%。
5.4 X射線照相檢查:按DIN54Ⅲ規定進行檢驗,照片質量根據54-109規定,拍片的鑒定和分類按llW規定進行。結果:一次合格率98%,二次合格率100%。
5.5 著色檢查:所有焊縫按AD-MerKbeattHPS/3規定作著色檢查。結果100%合格。
5.6 壓力試驗:所有預制管道都在預制場內作水壓縮試驗和氣密性試驗,安裝后作系統的水壓試驗和氣密性試驗。試驗壓力為:水壓強度3.75MPa.氣密性0.625MPa。試驗結果100%合格。

 


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