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钛管道焊接工艺

2018-8-7 21:14:33      点击:
钛管焊接工艺
1.1 钛管的设计技术条件与标准
1.1.1 设计技术条件
1.1.1.1 管材及配件材质IN17850 3.7025,3.7035,3.7055.其化学成分如下表:
序号 材料号 牌号 化学成分
DINl7850 (级别) 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 管材规格?#23475;?08×4.5,φ408×14,φ26.9×l.5,φ21.3×2.6。
1.1.1.3 钛管工作条件;温度224℃,压力2.5MPa,介质醋酸,溴化物。
1.1.1.4 管道质量要求:焊接接头系数1,焊缝射线检验100%,水压试验压力3.75MPa,气密性试验压力0.625MPa
1.1.2 技术标准
1.1.2.1 管道工程钛材焊接规范LON1015E
1.1.2.2 钛管施工技术条件伍德公司标准
1.1.2.3 钛管施工及验收规范SHJ502-86
1.2 焊接特点
钛管焊接是利用惰性气体对焊接区进行有效保护的TiG焊接工艺(乌极惰性气体保护焊)。由于钛材具有特殊的物理化学特性,因而其焊接工艺与其它金属存在较大差异。焊接时必须保证?#28023;?)焊接区金属在250℃以上不受活性气体N,0、H及有害杂质元素C,Fe,Mn等的污染。(2)不能形成粗晶组织。(3)不能产生较大的焊接残余应力和残余变形。所以,焊接过程须按合理的工艺,严格按工序质量管理标准,实行全过程的质量控制。使人、机、料、法各因素均处于良好的受控状态,从而在合理的工期内,保证钛管的焊接质量。
2 材料、设备及工具要求
2.1 钛管及配件;应具有制造厂的出厂合格证和质量证明书。经复验其规格、化学成分、力学性能及供货状态均应符合DIN17850标准的要求。
2.2 焊接材料
2.2.1 焊丝:焊丝牌号为ERTi-2。选择焊丝应符合?#28023;?)焊丝的化学成分和力学性能应与母材相?#20445;唬?)若焊件要求有较高的塑性?#20445;?#24212;采用纯度比母材高的焊丝。
2.2.2 焊丝在使?#20204;?#35201;进行材质复验,检查出厂合格证和质量证明书;焊丝表面应清洁,无氧化色、无裂纹、起皮、斑疤和?#24615;?#31561;
缺陷。焊丝的化学成分应符合AWS A5.16一70的有关规定。
2.2.3 氩气:工业一级纯氩,纯度不得低于99.98%,含水量小于50Mg/L氩气在使?#20204;?#20808;检查瓶体?#31995;?#20986;厂合格证,以验证氢气的纯度指标,然后检查瓶阀有无漏气或失灵现象。
2.2.4 钨极:选用φ2.0~φ3.0 mm铈钨极,其化学成分应符合如下要求:
成份%
牌号 W CeO Fe2O3+Al2O3 SiO2 Mo CuO
Wce-20 余量 2.0 ≤0.02 ≤0.06 ≤0.01 ≤0.01
2.3 焊接设备
2.3.1 焊机:采用直流TiG焊机。焊机应保证优良的工作特性和调节特性,同时配备有完好的电流表和电压表。
2.3.2 焊炬:采用QS一75°/500型水冷式TiG焊焊炬。焊炬应具有结构简单,轻巧耐用,枪体严密,绝缘良好,气流稳定,?#24418;?#25447;牢固,适合于各种位置焊接的特点。
2.3.3 氩气输送管;采用半硬质塑料管,不宜用橡胶软管和其它吸湿材料。使用时应专用,不得与输送其它气体的管相互串用。氩气管不宜过长,以免压力降过大引起气流不稳,一般不超过30m。
2.3.4 焊接夹具:用奥氏体不锈钢或铜制管卡兰、锁紧螺栓等组对钛管及配件。应确保对钛管及配件有一定的夹紧力,以保证轴线一致,间隙均匀合适。
2.3.5 辅助设备及工具:氩气保护罩,磨光机,专用锉刀,不锈钢丝刷等。
3 焊接工艺
3.1 管道预制阶段
3.1.1 管道切割与坡口加工;管材切割与坡口加工应在专门的作业场所内采用机械加工方法进行。加工时要用非污染介?#24335;?#20928;水进行冷却,以防氧化。加工工具应专用,并保持清洁,以防铁质污染。加工好的管口应保证表面平整,无裂纹、重皮?#28909;?#38519;。切口平面最大倾斜度偏差不超过管径的1%。
3.1.2 表面清理:用奥氏体不锈钢制的钢丝刷清除钛管所有焊接表面及坡口附近100mm内的锈皮、油漆、脏物、?#39029;?#21644;能与钛材起反应的杂物。用?#22885;?#20462;整加工面,清除飞边、毛刺、凸凹?#28909;?#38519;。
3.1.3 组对:将钛管、配件对准、夹好,轴线不得偏移,间隙均匀一致,并应防止钛管在装配?#26012;?#25439;伤和污染。避免强制组对。定位焊采用和正式焊接相同的焊接工艺。
3.1.4 脱脂处理:用赛璐珞海棉沾无硫乙醇或无硫丙酮对所有焊接表面和坡口附近50mm内全部做脱脂处理,处理后的表面应无任何残留物。
3.1.5 焊接:应在有关标准规定的条件下进行。
3.1.5.1 焊接工艺评定
在钛管正式施焊前,用φ252×14 TA2管进行焊接性试验,在此基础上进行φ36×4,φ252×14垂直固定及水平固定位置的四项焊接工艺评定。焊接工艺评定宜在焊接试验室进行。试验前拟定了与工程施工实际相同的焊接方案,评定原则、要求、方法均按ASME IX执行。评定合格的工艺?#38382;?#22914;下:
a、坡口条件
管壁厚(mm) 坡口形式 坡口角度 对口间隙(mm) 钝边(mm) 清理范围(mm)
≤2 V 50° 0~0.8 0~0.8 每侧50~100
<2 V 60° 0.5~2 1~1.5 每侧50~100
b电?#31895;?#31867;和特性:直流正接
c焊接规范
壁厚mm ≤2 3~4 4~7 6~7 >7
焊接层数 1 1~2 2~3 3~4 4~5
钨极直径mm 2.0 2.0 2.0 3.0 3.0
焊丝直径mm 2.0 3.0 3.0 3.0 3.0
焊枪直径mm 10~12 16~20 16~20 16~20 16~20
电压V 10~12 12~14 12~14 12~14 12~14
电流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
层间温度℃ <200 <200 <200 <200 <200
线能量KJ/cm 2.4~6.7 3.9~9.3 5.3~11.8 5.8~15.1 5.8~15.1
喷咀氩气l/min 8~12 12~15 15~20 15~20 15~20
保护罩氩气l/min 16~25 25~30 35~45 35~45 35~45
管内氩气l/min 6~10 8~15 10~20 10~20 10~20
氩气保护时间S 30~60 >60 >60 >60 >60
保护区氩气充装系数 21.8 21.8 21.8 21.8 21.8
3.1.5.2 焊工资格
根据焊接工艺评定所提供的工艺?#38382;?#22312;专?#19994;?#25351;导下组织焊工进行学习,并请有经验的焊工师傅作示范,对将参与焊接的焊工进行操作技能培训和考试。结果参?#20248;?#35757;的五名焊工全?#23458;?#36807;DIN8560规定的考试,并参加钛管的焊接工作。
3.1.5.3 焊材
焊丝为德方提供的ERTi-2,规格经工艺评定后?#33539;?#20026;φ2.0、φ3.0。焊丝在使?#20204;?#24212;按坡口的清理方法进行表面清理及脱脂处理,施焊时焊丝的端部应除去10~20mm长。
3.1.5.4 焊接环境
钛管施工需在预制厂房内进行,在现场焊接固定口?#20445;?#24212;根据需要搭设防雨、防风棚,保证焊接环境符合工艺要求。若出现下列条件之一?#20445;?#19981;准进行焊接。
3.1.5.5 层间清理与保护
对多层焊道,在下一层施焊前,首先检查表面氧化程度,如有异常情况,应立即进行表面处理或返修处理,处理时必须用专用的奥氏体不锈钢制钢丝刷和?#22885;幀?br /> 3.1.5.6 焊缝表面酸洗钝化处理
钛材焊接后,经表面色泽检查合格后须对焊缝和热影响区进行酸洗钝化处理。酸洗后必须立即用水彻底冲洗.以除去残留在焊件?#31995;?#37240;液。整个酸洗过程的温度应控制在40℃以下。
酸洗钝化液按下列比例配方;
3.1.6 焊接检验
所有焊缝均应进行外观检查,X射线照相检查,着色检验和压力试验等项检验,均应合格。
3.2 管道安装阶段
经检验合格的预制管道接单线?#25216;?#23433;装质量要求进行管道安装。安装时不能将铁质工具和支架与钛管直接接触,不能?#20204;恐品?#27861;固定钛管。安装时的现场固定焊口,焊接工艺同预制管道时的工艺.焊工应是全位置焊接培训考试合格的焊工。
4 焊接质量控制
4.1组对质量控制:组对时须将方向长度偏差、间距偏差、角度偏差、法兰相邻螺栓距离偏差、法兰面与管?#34892;?#22402;直偏差等,均应控制在规定的范围内。
4.2施焊质量控制:焊接重点控制焊工、焊材、焊接工艺和无损检测几个主要?#26041;凇?#20027;要采取如下措施;
4.2.1加强氩气对焊接区的保护
钛在250℃以上吸氢,400℃以上吸氧,600℃以上吸氮,这些元素的渗入将大大降低钛的力学性能。因此氩气对热态焊缝的保护是焊接接头质量优劣的关键因素。钛材管道的焊接保护都是通过管内通氩,管外用专门的保护罩来进行的。保护罩的形式一般有整罩结构、半罩结构和弯头罩结构。
a、整罩结构
为避免铁离子污染,所有保护用的结构材料采用铜材制作。
结构由氩气导管、缓冲器、保护罩、密封口等组成。
氩气导管采用φ6mm铜管,进人混合室有一横管上钻有一排φ1~1.5mm小孔,孔方向前上壁,主要使氩气人口减少冲力,分布均匀,再通过二层20~40目的铜丝网进入保护区罩。保护罩的直径宜比钛管直径大40mm左右,长度一般在80~120mm,密封口长20mm左右,宜与钛管外径保持均匀的1~2mm的间隙。这样一方面避免氩气流失太多,另一方面又可保证保护区内微正压,可防止外部空气混入。喷嘴焊丝插入口在25~40mm左右。如太小则影响视线看不清焊缝,难以保证质量,太大则氩气流失严重,影响效益。
b、半罩结构
半罩结构的原理基本同全罩结构,在口径较大Dg150以上采用此种结构。
半罩的长度一般在230~250mm,宽90~100mm,高40mm,密封口长40mm。
对半罩以外部分,为减少氩气流失,增加保护效果,并且为固定半罩,适合全位置焊接需要,须制作一条弧形的,宽度30~50mm,中间带凹形的保护带,该带两端连接在保护罩上,一端固定,一端采用活扣连接。在实际施焊中可达到理想的保护效果,也解决了全位置焊接中一些技术难题。
c、弯头罩结构
为达到氩气保护弯头焊缝的目的,必须增加一个弯头形状的附加罩。在固定焊?#20445;?#24367;头附加罩不动,直管保护罩与弯头附加罩活动配合,可绕弯头附加罩旋转,达到氩气保护的目的。
d、管内充氩保护,均采用分段充氩的方法。在焊口的两侧200~300mm的地方,作好密封装置,封好充氩。密封装置采用胶皮和不锈钢夹板封口。出气口采用φ4mm孔径,进气口采用φ8mm孔径,这样可保证将管内空气驱赶干净,达到氩气保护的目的,另一方面保证管内做正压,防止外部空气进入,有利于焊缝成形。但也不能使正压力过大,压力过大将使溶池金属喷出或产生背面内凹缺陷。进气侧应密封严密,防止进氩气时从缝隙处带人空气而导致氩气保护被破坏。对全位置焊接的焊口,充氩比较困难,因为焊口两?#21496;?#31163;都较长,还有弯头件等。充氮仍采用分段充氮方法,在该道焊缝组对前,就将密封垫片(由不锈钢夹板与胶皮组成,充氩管为软胶管,并联一根有一定强度的不锈钢丝)放置在管道内距焊口200~300mm处。待焊缝组对焊接完成后,将密封垫片取出?#32431;傘?br /> 4.2.2加强焊工培训,提高全位置焊口质量
对于钛管的全位置焊口的焊接,是现场施工的一个重要突?#29942;凇?#30001;于操作受阻(要带动保护罩一起转动,还不能使用内填丝法)和视线不好,无法准确掌握熔池的形成、结晶情况,容易产生内?#25216;?#29076;合不良的缺陷,因此焊工必须掌握要领,熟练操作,做到节奏均匀,快速填丝,控制熔池温度,才能保证焊接质量。上岗焊工必须培训考试合格,在此基础上选出素质好、体力充沛的焊工进行全位置管道焊缝的焊接。
4.2.3严格执行焊接工艺,提高焊缝一次合格率
由于钛材焊接的特殊要求和工艺特点,焊口多?#38382;?#28909;会较大地降低材料的韧性,因此在焊接过程中要精心组织管理,严格执行工艺制度、最大可能地提高焊工的一次焊接合格率。尤其要消除过度氧化、裂纹、未溶合、未焊透、内凹、缩孔?#28909;?#38519;。在整个焊接过程中要特别控制好层间温度、焊接线能量、焊材、焊接环境等工艺要素。由专人负责测量和记录工艺数据,专人负责保管和清理焊丝。
5 技术经济效果
5.1 技术效果:施工实践证明本工艺成熟、先进、设备简单、容易掌握,具有广泛的实用性。
5.2 质量效果;在整个PTA工程钛管施工中,严格执行焊接施工工艺,获得了较好的质量效果,所有焊接接头经下列项目检验,均达到满意的结果。
5.3 外观检查:按LON1015进行检查,所有焊接接头焊缝表面成型良好,与母材?#19981;?#36807;渡,无表面气孔、裂纹、凹陷?#28909;?#38519;。热影响区颜色多为银白色和金黄色,有少数焊口为紫色。结果优良率98%,合格率100%。
5.4 X射线照相检查:按DIN54Ⅲ规定进行检验,照片质量根据54-109规定,拍片的鉴定和分类按llW规定进行。结果:一次合格率98%,二次合格率100%。
5.5 着色检查:所有焊缝按AD-MerKbeattHPS/3规定作着色检查。结果100%合格。
5.6 压力试验:所有预制管道都在预制场内作水压缩试验和气密性试验,安装后作系统的水压试验和气密性试验。试验压力为:水压强度3.75MPa.气密性0.625MPa。试验结果100%合格。

 

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