管道现场加工——焊接

管道现场加工管道现场加工 焊接焊接 1 焊接分类 焊接分类 焊接是用加热 加压或加热同时加压的方法 在使用或不 使用填充金属的情况下使两块金属连接在一起的一种加工工艺 方法 其种类有熔化焊 压力焊和钎焊等 熔化焊是在焊接过程中 将零件连接处的金属加热到熔化 状态 依靠熔化金属的冷却凝固而把零件连接在一起的方法 在焊接生产中占主导地位 有气焊 手工电弧焊 埋弧自动焊 氩气保护焊 二氧化碳保护焊以及等离子弧焊等 对于钢制管材来说都是采用熔化焊来焊接 一般在工厂中 使用自动埋弧焊机 在施工现场则采用手工电弧焊接 气焊则 是利用气体火焰加热并熔化母材的一种焊接方法 与焊接电弧 比 气体火焰的温度低 热量分散 所以气焊的生产率低 变 形严重 接头显微组织粗大 性能较差 但气焊熔池温度容易 控制 容易实现单面焊双面成形 此外 气焊还便于预热和后 热 不需要电源 因此 气焊常用于薄板焊接 管道焊接 铸 铁补焊 没有电源的野外施工等 2 焊接要求 焊接要求 2 1 一般规定 凡参加工业管道焊接的焊工 应按 现场设备 工业管道 焊接工程施工及验收规范 的规定 进行焊工考试 并取得所 施焊范围的合格资格 取得施焊合格资格的焊工 在施焊全过 程中应按批准 或规定 的焊接工艺指导书进行焊接 工序间应有 交接手续 为了统一施工及验收标准 国家标准将管道分为五大类 各类管道的用料 安装 试验 验收标准都不同 管道的分类 见表 3 1 的规定 表表 3 3 1 1 管道分类管道分类 工作压力 mpa 材质工作温度 370 32 10 32 4 10 1 6 4 1 6 碳素钢 370 10 4 10 1 6 4 1 6 70 或 450任意 合金钢及不锈钢 70 450 10 4 10 1 6 4 1 6 铝及铝合金任意 1 6 铜及铜合金任意 10 4 10 1 6 4 1 6 焊接对材料的要求 焊接工程中所用的母材和焊接材料应 具备出厂质量合格证书或质量复验报告 应优先选用已列入国 家标准或部颁标准的母材和焊接材料 焊接对设计文件的要求 设计文件必须标明母材 焊接材 料 焊缝级别及接头形式并对焊接方法 焊前预热 焊后热处 理及焊接检验提出明确要求 2 2 焊接工艺要求 焊缝的设置应避开应力集中区 并便于焊接和热处理 一般应符合下列要求 钢板卷管同一管节上两相邻纵缝之间的距离不应小于 300mm 钢板卷管相邻管节组对时 纵缝之间的距离应大于 3 倍壁厚 且不应小于 100mm 管道对接焊口的中心线距离管道 弯曲起点不应小于管道外径 且不小于 100mm 焊接 铸造及热 压管件除外 与支 吊架边缘的距离不应小于 70mm 管道两相邻对焊口中心线的距离应符合下列要求 公称直 径 dn 150mm 时 不应小于管道外径 公称直径 dn 150mm 时 不应小于 150mm 不宜在焊缝及其边缘上开孔 如必须开孔时 则被开孔中 心周围 1 5 倍开孔直径范围内的焊缝应全部进行无损探伤 焊件的切割宜采用机械方法 也可用等离子弧切割 气 割等热加工方法 级焊缝的坡口加工 应采用机械方法 级 焊缝的坡口加工 可采用热加工方法 但必须除去氧化皮 并 将影响焊接质量的凸凹不平处打磨平整 焊条 焊剂使用前 应按出厂说明书的规定烘干 并在 使用过程中保持干燥 氧 乙炔焊一般适用于 dn 50mm 壁厚 3 5mm 的碳 素钢管道焊接 埋弧焊 二氧化碳气体保护焊 氩弧焊等 焊前应在试 板上进行试焊 调整好焊接参数后方可施焊 级以及内壁清洁要求严格的单面焊接缝 宜采用 氩弧焊打底 打底后的焊缝应及时进行填充焊 为减少焊接应力和变形 应采取合理的施焊方法和顺序 焊接中应注意起弧和收弧的质量 收弧时应将弧坑填满 多层焊的层间接头应错开 管道焊接时 管内应防止穿堂风 除工艺上有特殊要求外 每条焊缝应连续焊完 2 3 钢管焊接质量要求 钢管在管道工程中使用比较广泛 其质量应符合下列要求 管节的材料 规格 压力等级 加工质量应符合设计规 定 管节表面应无斑疤 裂纹 严重锈蚀等缺陷 焊缝卷管管节几何尺寸允许偏差应符合表 1 5 的规定 焊缝外观应符合表 1 6 的规定 管道安装前 管节应逐根测量 编号 宜选用管径相差 最小的管节组对对接 下管前应先检查管节的内外防腐层 合 格后方可下管 管节组成管段下管时 管段的 长度 吊距应根 据管径壁厚外防腐层材料的种类及下管方法确定 管节焊接采用的焊条应符合下列规定 焊条的化学成分 机械强度应与母材相同且匹配 兼顾工作条件和工艺性 焊条 质量应符合现行国家标准 碳钢焊条 低合金焊条 的规 定 焊条应干燥 管节焊接前应先修口 清根 管端端面的坡口角度 钝 边 间隙 应符合表 3 2 的规定 不得在对口间隙加帮条或用 加热法缩小间隙施焊 表表 3 3 2 2 电甄焊管端修口各部分尺寸电甄焊管端修口各部分尺寸 对口时应使内壁齐平 当采用长 300mm 的直尺在接口 内壁周围顺序贴靠 错口的允许偏差应为 0 2 倍壁厚 且不得 大于 2mm 对口时纵 环向焊接的位置应符合下列规定 a 纵向焊缝应放在管道中心垂线上半圆的 45 左右处 b 纵向焊缝应错开 当管径小于 600mm 时 错开的间距 不得小于 100mm 当管径大于或等于 600mm 时 错开的间距 不得小于 300mm c 有加固环的钢管 加固环的对焊焊缝应与管节纵向焊缝 错开 其间距不小于 100mm d 加固环距管节的环向焊缝不应小于 50mm e 环向焊缝距支架净距不应小于 100mm f 直管管段两部分环向焊缝的间距不应小于 200mm g 管道任何位置不得有十字形焊接 不同壁厚的管节对口时 管壁厚度相差不宜大于 3mm 不同管径的管节相连时 当两管径相差大于小管管径的 15 时 可用渐缩管连接 渐缩管的长度不应小于两管径差值的 2 倍 且不应小于 200mm 管道上开孔应符合下列规定 管道上任何位置不得开方 孔 不得在短节上或管件上开孔 直线管段不宜采用长度小于 800mm 的短节拼接 组合钢管固定口焊接及两管段间的闭合焊接 应在无阳 光直照和气温较低时施焊 当采用柔性接口代替闭合焊接时 应与设计单位协商确定 闭合时宜采用闭合件进行 在寒冷或恶劣环境下焊接应符合下列规定 清除管道上 的冰 雪 霜等 当工作环境的风力大于 5 级 雪天或相对湿 度大于 90 时 应采取保护措施施焊 焊接时 应使焊缝可自 由伸缩 并应使焊口缓慢降温 冬季焊接时 应根据环境温度 进行预热处理 并符合表 3 3 的规定 表表 3 3 冬季焊接预热的规定冬季焊接预热的规定 钢号环境温度 预热宽度 mm预热达到温度 含碳量 0 2 碳素钢 20 100 150 0 2 含碳量 0 3 10 每侧不小于 40 100 150 16mn 0 100 200 钢管对口检查合格后方可进行点焊 点焊时 应符合下 列规定 点焊焊条应采用与接口焊接相同的焊条 点焊时应对 称施焊 其厚度应与第一层焊接厚度一致 钢管的纵向焊缝双 螺旋焊处不得点焊 点焊长度与间距应符合表 3 4 的规定 表表 3 3 4 4 点焊长度与间距点焊长度与间距 管径 mm点焊长度 mm环向点焊处 360 50050 60 5 600 70060 70 6 800 80 100点焊间距不宜大于 400mm 管径大于 800mm 时 应采取双面焊 管内焊两遍 外面 焊三遍 管道对接时 环向焊接的检验及质量应符合下列规定 检查前应清除焊缝的渣皮 飞溅物 应在油渗 水压试验 前进行外观检查 管径大于或等于 800mm 时 应逐口进行油渗 检验 不合格的焊缝应铲除重焊 当有特殊要求 进行无损探伤检验时 取样数量与要求等 级应按设计规定执行 不合格的焊缝应返修 返修次数不得超过三次 3 焊接质量检查 焊接质量检查 3 1 焊接检查 为了保证焊接质量 要进行焊前检查 焊接过程检查和焊 后检查 焊前检查主要是在焊接前对坡口质量 焊缝间隙 焊条质 量以及焊接规范等进行全面检查 焊接过程检查主要是焊工操 作过程中的自检和专门检查 焊后检查有外观检查 x 光拍片 检查及超声波探伤强度检验等 3 2 焊接缺陷 焊接缺陷大致可分为以下两种 焊缝外部缺陷 如焊缝面不丰满或加强高过高 焊缝宽 度沿长线方向不恒定 错口 咬边 表面气孔及表面裂纹等 主要表现在接头变形超过允许范围 焊缝的内部缺陷 如气孔 裂纹 未焊透 夹渣 未熔 合以及金属组织的缺陷 3 3 焊接缺陷的产生原因和排除方法 1 焊接尺寸超差 用目视或测量检查 焊缝增高量和宽度不符合技术要求 存在过高或过低 过窄或过宽及不平滑过度的现象 是坡口不 合适 运条不当 电流不稳 速度不均以及电弧高变化太大等 原因所致 对于过高 过宽的焊缝用机械方法除去多余部分 过低过窄的焊缝用补焊进行补救 2 咬边 咬边是靠焊缝边缘的母材上出现凹坑 是焊接规范选择不 当 如电流过大 电弧过长 操作不正确 焊条端部药皮 电 弧偏吹以及焊件位置不当所致 对于轻微的咬边可用机械方法 处理 使其平滑过渡 严重的深坑咬边应进行补焊 3 焊瘤 焊瘤是熔化金属流淌到未熔化的母材上所形成的金属堆 成因同咬边相同 用机械方法消除 4 气孔 焊缝金属表面或内部形成气孔 因焊件或焊材有油污 有 锈及其他氧化物 焊接区保护不好 电流过小 弧长过长及焊 接速度太快而造成 这时应铲去气孔处的焊缝金属 重新补焊 5 夹渣 在焊缝内部存在金属或非金属夹杂物 其产生原因是焊接 材料质量不好 电流过小 焊接速度太快 熔渣比重太大 多 层焊时熔渣未清除干净 用铲除夹渣处的焊缝金属 然后补焊 的方法处理 6 裂纹 母材抗裂性能差 焊接材料质量不良 焊接规范选择不当 焊缝内应力大 焊接结构设计不合理 焊缝布置不当 焊接工 艺措施不周全等各种原因都可能造成焊接裂纹 产生裂纹 就 应在其两端钻上裂孔或铲除焊缝金属后进行补焊 7 未焊透和未熔合 母材与焊缝金属之间未熔化而留下空隙是未焊透 母材与 焊缝金属之间 焊缝金属之间未完全熔合在一起称为未熔合 它们都是由于电流太小 焊接速度太快 坡口角度和间隙太小 等操作技术不佳所造成的 应铲除未焊透的焊缝金属重新焊接 4 气焊 气焊 气焊主要是利用乙炔气和氧气在混合燃烧时所产生的高温 火焰 来进行金属的焊接和切割 气焊是应用比较广泛的一种 焊接 切割方法 特别是在管道安装和维修工程中 几乎离不 开它 4 1 气焊的材料 1 氧气 氧气是一种五色 无味 无毒的气体 氧气在常温下为气 态 本身不能燃烧 但能助燃 氧气是极为活泼的气体 它几 乎能与自然界一切元素 惰性气体除外 化合 生成氧化物 氧气的化合能力随着压力的增大和温度的升高而增强 高 压氧气如与油脂等易燃品接触 就会发生剧烈燃烧或爆炸 所 以在使用氧气过程中 气瓶 氧气瓶 胶带 焊具等皆不可沾 污油脂 氧气的纯度对于气焊 气割的质量以及效率有很大影响 工业用氧是由空气制取的 分为两级 一级纯度不低于 99 2 二级纯度不低于 98 5 2 乙炔 乙炔又称电石气 是一种五色而有特殊臭味的碳氢化合物 c2h2 比空气轻 常温常压下为气态 人呼吸乙炔过久 能引 起头晕 甚至中毒 乙炔能溶解在丙酮等许多液体中 乙炔是一种理想的可燃气体 它与氧气混合燃烧时所产生 的火焰温度为 300 3000 乙炔也是一种具有爆炸性的危险 气体 在空气中的爆炸范围为 1 8 80 在氧气中的爆炸 范围是 1 8 93 所以使用乙炔必须小心谨慎 乙炔与铜或银长期接触会产生一种爆炸性的化合物 即乙 炔铜或乙炔银 所以 一切与乙炔接触的器材都不能用银或含 铜在 o 以上的铜合金来制造 乙炔能大量溶解在丙酮溶液中 在常温常压下一个单位体积的丙酮溶液能溶解 23 个单位体积的 乙炔 利用乙炔这个特性 将乙炔装入有丙酮溶剂和多孔性钢 瓶内存储和运输 焊接用乙炔大多是由电石与水作用而获得的 现代工业中 乙炔气的生产供给方式有两种 一种是采用移动式乙炔发生器 现场生产供气 另一种是由专门的乙炔发生站生产 用管路输 送到使用现场或瓶装送到现场使用 后者应用越来越广泛 3 焊丝 在气焊过程中 除了氧气和乙炔外 还需要化学成分基本 上与焊件相符合的焊丝 4 2 气焊设备与工具 气焊所用设备有乙炔瓶和氧气瓶 工具有焊具以及辅助工 具等 1 乙炔气瓶 近年来 溶解乙炔生产发展很快 很多地方都建有溶解乙 炔专业工厂 移动型浮筒式乙炔发生器逐渐被淘汰 代之以溶 解乙炔气瓶 因其既节能又安全 还减少环境污染 对于作业 场所经常变化的管道工来说 更为方便 乙炔气瓶外形与一般 气瓶相似 但瓶身漆以白色 并标红色 乙炔 字样 乙炔气瓶 的气容量由填料的多孔率和钢瓶溶剂来决定 一般 40l 的乙炔 气瓶其气容量为 4 5 6m3 折合重量 5 6kg 乙炔气瓶与其 他气瓶不一样 瓶内填满了多孔性填料如硅酸钙或活性炭等 并装一定量的乙炔溶剂 一般为丙酮 乙炔瓶的工作压力是 1 5mpa 水压试验压力为 3mpa 乙炔气瓶充装乙炔时 乙炔气被压人瓶内 溶解在浸满丙酮的 多孔性填料内 使乙炔稳定而安全地储存 使用时 溶解在丙 酮中的乙炔分解出来 通过一个专门的控制装置乙炔瓶阀流出 2 氧气瓶 氧气瓶是一种存储和运输氧气的钢制圆柱形高压容器 其 外表涂上天蓝色并有黑漆写成的 氧气 字样 瓶内氧气压力一 般为 15mpa 我国目前生产的氧气瓶 常用的容积为 40l 在 15mpa 压力下 可存储 60m3 氧气 氧气瓶口装有氧气瓶阀 用来控制瓶内氧气的进出 有瓣 式和融膜式两种 目前国内主要采用活瓣式氧气瓶阀 使用时 逆时针方向旋转手轮开启氧气瓶阀 顺时针方向旋转手轮则关 闭 3 减压器 氧气瓶内氧气压力最高达 15mpa 乙炔瓶内乙炔压力最高 达 1 5mpa 均不能直接供气焊气割使用 必须通过减压器减 压 将氧气工作压力减至 1 0 4mpa 乙炔工作压力减到 0 15mpa 以内 同时通过减压器稳定气体工作压力 达到安全 使用的目的 减压器种类较多 按构造不同分为单级式和双级式两类 按工作原理不同可分为正作用式和反作用式 目前国内生产的 减压器主要是单级反作用式和双级混合式 4 焊炬 焊炬又称焊枪 它是气焊的主要工具 也可用于火焰加热 焊炬的作用是将乙炔和氧气按一定比例混合并以一定的速度喷 出燃烧 产生适合于焊接要求并燃烧稳定的火焰 焊炬在使用 时能方便地调节氧气和乙炔的比例 安全可靠 焊炬有射吸式和等压式 用得最多的是射吸式 使用焊炬时 应检查焊嘴及气阀等处是否漏气 射吸式焊 炬的射吸能力是否够 工作时 先开氧气阀 再开乙炔阀 停 止工作时 先关闭乙炔阀 再关闭氧气阀 以防回火 当发生 回火时 应迅速关闭氧气阀 然后关闭乙炔阀 5 气焊辅助工具 气焊辅助工具有橡胶管 锥形通针 点火工具 扳手 钳 子 小锤 锉刀 钢丝刷及劳动保护用品等 氧气胶管为红色 内径 8mm 能承压 1 5 2 0mpa 橡胶管为黑色或绿色 内 径 10mm 承压低 其长度均为 30m 锥形通针用于清理焊嘴 的熔渣 气焊工一定要穿戴好劳动保护用品 护目镜必须是有 色的 焊接钢 铝有色金属时 必须戴口罩 4 3 气焊的基本知识 1 焊接火焰 气焊火焰是由可燃气体 乙炔 氢气或石油气 与纯氧混合 进行化合燃烧产生的 氧气和乙炔按不同的混合比产生不同的 火焰 调节氧气和乙炔的混合比 可以获得三种不同性质的火 焰即 氧气 乙炔气 1 2 的氧化焰 氧气 乙炔气 1 1 2 的中性焰 氧气 乙炔气 1 的碳化焰 氧化焰的氧气与乙炔的体积比一般在 1 3 1 7 之间 焰 心短而尖 呈青白色 外焰也较短 稍带紫色 用于焊接钢 铅锌钢 锰钢 青铜等 中性焰为正常焰 由焰心 内焰 外焰组成 一般碳钢 铝 铜 铅 锡的切割 焊接均用中性焰 用中性焰焊接低碳 钢 熔池清晰 液体金属易流动 火花飞溅少 无沸腾现象 碳化焰的氧气与乙炔体积比一般在 0 85 0 95 范围内 碳化焰焰心较长呈蓝白色 没有明显轮廓 碳化焰也称还原焰 用它来焊高碳钢 高速钢和硬质合金钢 有时还用它来对焊缝 增碳以提高焊缝的强度和硬度 2 气焊的基本操作技术 焊丝和溶剂的选择 焊接低碳钢用的焊丝 选用 h08 h08a 焊丝直径与焊件厚度有关 焊件厚度与焊丝直径 的关系如表 3 5 所示 表表 3 3 5 5 焊件厚度与焊丝直径的关系焊件厚度与焊丝直径的关系 焊件厚度 mm1 22 33 55 1010 15 15 焊丝直径 mm不用焊丝或 1 2 2 2 33 54 66 8 火焰成分与火焰能率选择 火焰成分选择对焊缝质量关 系很大 前面已经介绍 火焰能率的大小主要取决于氧 乙炔 混合气体的流量 流量的粗调靠更换焊嘴 细调靠调节气体的 开关阀 同时根据操作者实践经验 随时改变焊嘴与焊件的距 离及其夹角 以达到增加热量 调节能率的目的 焊嘴垂直于 焊件 热量较为集中 焊件吸收热量大 夹角减小 焊件吸收 热量下降 气焊与电焊一样焊缝有平焊 立焊 横焊和仰焊 焊接方 法主要靠实践掌握 通过改变焊炬 焊丝的角度和运动方式 控制能率使之均匀形成熔池 达到优质高产目的 3 氧气与乙炔瓶的使用 氧气与乙炔瓶的使用必须严格遵守使用规程 一般情况下 气瓶应直立放置在离火源 10m 以外 夏天避免烈日曝晒 冬季 阀门冻结时严禁火烤 应用热水解冻 乙炔气瓶表面温度不许 超过 35 40 取装瓶帽及减压器时 禁止用铁器敲击 氧气 瓶严禁沾染油脂 不允许戴用有油脂的手套去搬运氧气瓶 使 用氧气乙炔时 不能将瓶内气体用完 氧气瓶最后至少要剩 0 05mpa 压力的氧气 乙炔瓶最后应剩 0 06mpa 压力的乙炔 并将瓶阀关严防止漏气 5 手工电弧焊 手工电弧焊 手工电弧焊是熔焊中最基本的一种焊接方法 它是利用电 弧放电 俗称电弧燃烧 所产生的热量 将焊条与焊件熔化形 成 熔池 冷凝后形成焊缝 从而获得牢固接头的焊接方法 5 1 引弧方法 手工电弧焊焊接过程中 所产生的持续强烈放电现象叫电 弧 电弧由阴极部分 在电焊条端 和阳极部分 在焊件端 和弧柱 部分组成 它一方面产生高温 弧柱中心温度可达 6000 左右 同时放出电弧光 产生焊接电弧的操作叫引弧 常用引弧方法有两种 接触 引弧法 亦叫打火引弧法 和擦火引弧法 接触引弧法是让焊条与焊件接触形成短路 然后迅速地将 焊条离开焊件表面 2 3mm 即产生电弧 擦火引弧法是将焊条像擦火一样掠过焊件表面 随即将焊 条提到距焊件表面 2 3mm 的位置 产生电弧 5 2 焊接设备及工具 手工电弧焊使用的设备主要有交流电焊机 直流电焊机 焊接工具和用具 1 交流电焊机 交流电焊机和一般的变压器相类似 所以通常又称焊接变 压器 交流电焊机有铁心 一次线圈 二次线圈 电抗器等几 个主要部分组成 它结构简单 坚固耐用 体积小 维修使用 方便 初级电压为 380v 空载电压为 60 80v 工作电压一般 在 30v 左右 使用时 应根据焊接工作的需要选择电焊机 2 直流电焊机 直流电焊机的工作原理与一般发电机的工作原理相似 其 结构主要由机身 磁极 电枢 整流子 电刷 激磁线圈等组 成 常用