抗硫管道自动焊开发及应用.docx

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抗硫管道自动焊开发及应用

抗硫管道埋弧自动焊技术开发及应用

主要完成人：

完成单位：

技术质量处

完成时间：

2013年1月4日

一、成果简介

武汉炼油二期工程三套装置根据设计文件要求焊后热处理的管道，不论管道壁厚多少（包括支吊架与管道焊接接头），焊接接头均应进行应力消除；抗硫材质的管道必须进行焊后热处理。

管道材质：

20#ANTI-H2S和A106Gr.BANTI-H2S两种。

管道规格：

Φ21.3*4.78mm～Φ711.2*59mm。

由于抗硫管道预制焊接施工工作量较大，且涉及到的壁厚较厚，采用传统的人工氩电联焊作业时间长，劳动强度大，生产效率低，且影响管道安装进度。

为了提高生产效率，保证管道施工的整体进度，管道预制采用钨极氩弧焊打底、埋弧自动焊填充盖面的焊接方法，此方法的应用极大降低了劳动强度，提高了焊接生产效率高，且更好的保证了焊接质量，从而弥补了公司抗硫管道自动化的空缺。

二、成果关键工艺技术

1、埋弧自动焊工艺

本工艺是将下料完成，钨极氩弧焊打底好的管段，即：

直管-直管、直管-管件（法兰、弯头、三通等）、管件-管件放置在滚动胎上，通过滚动胎的旋转带动管段的旋转来实现焊接，是焊枪不动,焊件旋转，让焊接始终保持在平焊位置进行的焊接技术。

2、焊接工艺评定开发

2.1开发原因

2.1.1抗硫管道的埋弧自动焊在公司没有成熟的焊接工艺，且所用的焊材及焊剂在国内都没有批量生产。

2.2.2补充完善公司抗硫管道预制自动化的空缺。

2.2情况介绍

由于本装置抗硫管道壁厚较厚，需要能够覆盖抗硫管道壁厚范围的埋弧自动焊焊接技术要求，故选用规格为Φ114*8.5mm和Φ323.8*33.32mm的试件开发其焊接工艺技术的符合性。

2.3焊接工艺评定

抗硫管道在国内施工中几乎没有采用埋弧自动焊焊接，且埋弧自动焊的焊丝询问国内焊材厂家都没有生产及存货，故焊丝为特殊采购。

经过询价、生产能力、产品质量对比，最后确定由自贡大西洋提供Φ1.6mm焊丝（CHW-S1SH）及匹配的焊剂（CHF102SH）完成此项任务，其中焊丝为企业标准（企标B-001）。

2.3.1规格为Φ114*8.5mm的焊接工艺评定

（1）焊接方法及焊材

钨极氩弧焊打底，熔敷金属厚度为3mm，埋弧自动焊填充盖面。

打底焊丝：

型号为CHG-SH，牌号为ER50-G，规格为φ2.5mm，填充盖面焊丝：

型号为CHW-S1SH，牌号为H08SH，规格为φ1.6mm，焊剂牌号为CHF102SH。

（2）无损检测结果

经RT检测后，共计6张片，均为一级片。

（3）力学性能试验

1）拉伸试验结果：

试样编号

试样规格（mm）

破坏载荷（KN）

抗拉强度（MPa）

破坏部位

201224ASF-MV

20.4*8.4

78.64

460

焊道

201224ASF-MV

20.5*8.4

80.94

470

母材

2）弯曲试验结果：

试样编号

试样规格（mm）

弯曲类型

弯心直径（mm）

弯曲角度（゜）

实验结果

201224ASF-MV

38*8.5

焊道面弯

φ34

180

合格

201224ASF-MV

38*8.5

焊道面弯

φ34

180

合格

201224ASF-MV

38*8.5

焊道背弯

φ34

180

合格

201224ASF-MV

38*8.5

焊道背弯

φ34

180

合格

4）冲击试验结果：

试样编号

试样规格（mm）

缺口位置

冲击温度（℃）

冲击功AKV（J）

201224ASF-MV

10*5

焊道中心

-20

90

201224ASF-MV

10*5

焊道中心

-20

83

201224ASF-MV

10*5

焊道中心

-20

88

201224ASF-MV

10*5

热影响区

-20

52

201224ASF-MV

10*5

热影响区

-20

60

201224ASF-MV

10*5

热影响区

-20

40

5）硬度检验结果、：

试样编号

试样规格（mm）

检测部位

布氏硬度值

结果

201224ASF-MV

Φ114*8.5mm

焊道

143

合格

201224ASF-MV

Φ114*8.5mm

焊道

145

合格

201224ASF-MV

Φ114*8.5mm

焊道

145

合格

201224ASF-MV

Φ114*8.5mm

热影响区

155

合格

201224ASF-MV

Φ114*8.5mm

热影响区

160

合格

201224ASF-MV

Φ114*8.5mm

热影响区

159

合格

201224ASF-MV

Φ114*8.5mm

母材

151

合格

201224ASF-MV

Φ114*8.5mm

母材

151

合格

201224ASF-MV

Φ114*8.5mm

母材

151

合格

2.3.2规格为323.8*33.32mm的焊接工艺评定

（1）焊接方法及焊材同Φ114*8.5mm焊接一致。

（2）无损检测结果

经RT检测后，共计6张片，均为一级片。

（3）力学性能试验

1）拉伸试验结果：

试样编号

试样规格（mm）

破坏载荷（KN）

抗拉强度（MPa）

破坏部位

201225ASF-MV

35.2*20.8

309.9

425

焊道

201225ASF-MV

35*21

306.8

415

焊道

2）弯曲实验结果：

试样编号

试样规格（mm）

弯曲类型

弯心直径（mm）

弯曲角度（゜）

实验结果

201225ASF-MV

33*10

焊道侧弯

φ40

180

合格

201225ASF-MV

33*10

焊道侧弯

φ40

180

合格

201225ASF-MV

33*10

焊道侧弯

φ40

180

合格

201225ASF-MV

33*10

焊道侧弯

φ40

180

合格

3）冲击试验结果：

试样编号

试样规格（mm）

缺口位置

冲击温度（℃）

冲击功AKV（J）

201225ASF-MV

10*10

焊道中心

-20

298

201225ASF-MV

10*10

焊道中心

-20

296

201225ASF-MV

10*10

焊道中心

-20

298

201225ASF-MV

10*10

热影响区

-20

297

201225ASF-MV

10*10

热影响区

-20

298

201225ASF-MV

10*10

热影响区

-20

297

4）硬度检验结果

试样编号

试样规格（mm）

检测部位

布氏硬度值

结果

201225ASF-MV

Φ323.8*33.32mm

焊道

148

合格

201225ASF-MV

Φ323.8*33.32mm

焊道

150

合格

201225ASF-MV

Φ323.8*33.32mm

焊道

146

合格

201225ASF-MV

Φ323.8*33.32mm

热影响区

151

合格

201225ASF-MV

Φ323.8*33.32mm

热影响区

155

合格

201225ASF-MV

Φ323.8*33.32mm

热影响区

150

合格

201225ASF-MV

Φ323.8*33.32mm

母材

133

合格

201225ASF-MV

Φ323.8*33.32mm

母材

134

合格

201225ASF-MV

Φ323.8*33.32mm

母材

134

合格

通过以上焊接工艺评定试验，选用自贡大西洋的焊材及焊剂，测得各项试验结果均能符合设计、规范要求，且能够满足工程施工要求。

3、工程实际应用

3.1施工程序

3.2下料及坡口加工

管道下料及坡口宜采用机械加工，当管径较小或管子壁厚较薄采用氧乙炔焰切割时，切割后必须打磨掉影响焊接质量的表面淬硬层，并将凹凸不平处用砂轮机打磨平整。

坡口形式的选择以确保根部焊透为原则，在此基础上，考虑尽量减少焊缝尺寸，减少焊缝的熔敷金属量。

一般情况下，厚度小于25mm时，采用V型坡口，大于25mm时加工成双V型或VY型坡口，坡口加工见下图：

3.3组对

焊接接头组对前用角向磨光机和棒式砂轮机将坡口及两侧内外各20mm范围内的母材表面打磨露出金属光泽，不得有油污、锈斑、毛刺等。

组对时要保证内壁平齐，组对错边量不超过壁厚的10%且不大于2mm。

3.4定位焊

定位焊采用钨极氩弧焊，定位焊缝长度10～20mm，高度2～4mm，沿焊缝均布，公称直径DN＞300的管道定位焊缝不少于4点，公称直径DN≤300的管道定位焊缝3～4点。

3.5焊前预热

当管道壁厚δ≥25mm时要求预热。

预热宜采用电加热法，预热温度≥80℃。

预热范围为坡口中心为基准，两侧各不小于壁厚的5倍，且不小于100mm，并应在坡口两侧均匀进行加热，防止局部过热，加热区以外的100mm范围内宜予以保温。

3.6打底焊

打底焊接采用钨极氩弧焊，所用氩气纯度不得低于99.99%，焊丝使用前应进行清理，除油、锈等污物，防止焊接缺陷产生。

3.7埋弧自动焊填充盖面

3.7.1焊接工艺参数

现场焊接工艺参数是经过多次焊接工艺评定而总结的，以下两个表格是管道规格为Φ114*8.5mm和Φ323.8*33.32mm的焊接工艺参数，以便指导焊接施工。

管道规格为Φ114*8.5mm的焊接工艺参数表

层数

道数

焊接

方法

焊材

焊接电流

电弧电压

（V）

焊接速度（cm/min）

线能量（KJ/cm）

层间温度（℃）

牌号或型号

规格

种类

极性

电流（A）

1

1

GTAW

CHG-SH/ER50-G

φ2.5

直流

正接

80～120

12～16

7～15

3.8～16.5

/

2

1

SAW

CHW-S1SH/H08SH

φ1.6

直流

反接

200～260

28～32

52～58

5.8～9.6

/

3

1

SAW

CHW-S1SH/H08SH

φ1.6

直流

反接

200～260

28～32

52～58

5.8～9.6

/

4

1

SAW

CHW-S1SH/H08SH

φ1.6

直流

反接

200～260

28～32

52～58

5.8～9.6

/

管道规格为Φ323.8*33.32mm的焊接工艺参数表

层数

道数

焊接

方法

焊材

焊接电流

电弧电压

（V）

焊接速度（cm/min）

线能量（KJ/cm）

层间温度（℃）

牌号或型号

规格

种类

极性

电流（A）

1

1

GTAW

CHG-SH/ER50-G

φ2.5

直流

正接

80～120

12～16

5～8

7.2～17

/

2

1

SAW

CHW-S1SH/H08SH

φ1.6

直流

反接

200～350

28～34

52～60

5.6～13.7

/

3

1

SAW

CHW-S1SH/H08SH

φ1.6

直流

反接

200～350

28～34

52～60

5.6～13.7

/

2

SAW

CHW-S1SH/H08SH

φ1.6

直流

反接

200～350

28～34

52～60

5.6～13.7

/

4

1

SAW

CHW-S1SH/H08SH

φ1.6

直流

反接

200～350

28～34

52～60

5.6～13.7

/

2

SAW

CHW-S1SH/H08SH

φ1.6

直流

反接

200～350

28～34

52～60

5.6～13.7

/

5

1

SAW

CHW-S1SH/H08SH

φ1.6

直流

反接

200～350

28～34

52～60

5.6～13.7

/

2

SAW

CHW-S1SH/H08SH

φ1.6

直流

反接

200～350

28～34

52～60

5.6～13.7

/

3

SAW

CHW-S1SH/H08SH

φ1.6

直流

反接

200～350

28～34

52～60

5.6～13.7

/

6

1

SAW

CHW-S1SH/H08SH

φ1.6

直流

反接

200～350

28～34

52～60

5.6～13.7

/

2

SAW

CHW-S1SH/H08SH

φ1.6

直流

反接

200～350

28～34

52～60

5.6～13.7

/

3

SAW

CHW-S1SH/H08SH

φ1.6

直流

反接

200～350

28～34

52～60

5.6～13.7

/

3.7.2焊接工艺要点

（1）有焊前预热要求的管道，填充盖面焊前应将焊缝预热到80℃以上方可焊接；

（2）埋弧焊接时调整好焊枪角度，使焊缝外观呈微凹形为宜；

（3）盖面过程中要通过微调按钮（焊接速度、频率及摆弧摆动宽度）来控制盖面焊道的余高和宽度；

（4）应有专人进行熔渣清理及道间接头打磨。

焊接过程中随时微调按钮

熔渣清理及道间接头打磨

3.8焊后热处理

对于设计文件要求焊后消应力热处理的抗硫管道，为避免无损检测不合格返修后增加热处理费用，待无损检测合格后，再进行消应力热处理。

3.8.1热处理采用电加热方法，当管道公称直径DN≤300时，每道焊缝至少放置1支测温热电偶，当管道公称直径DN＞300时，每道焊缝对称放置2支测温热电偶。

3.8.2热处理加热范围为焊缝两侧各不少于焊缝宽度的3倍，且不少于25mm。

加热范围以外100mm区域内应予以保温，且管道端口应封闭。

恒温期间，各测点温度应在热处理温度规定的范围内，其温差不得大于50℃。

3.8.3严格控制升温、恒温和降温过程，升温至300℃后，加热速度按5125/t（℃/h）计算，且不大于220℃/h；恒温后的冷却速度按6500/t（℃/h）计算，且不大于260℃/h，冷至300℃后保温缓冷。

（t为管道实际壁厚）具体参数见下表。

材质

焊缝壁厚（mm）

恒温温度（℃）

恒温时间（h）

升温速度（℃/h）

降温速度（℃/h）

20#ANTIH2S

A106Gr.BANTIH2S

δ≤20

600～650

1

≤220

≤260

20＜δ≤36

600～650

1.5

≤142

≤180

36＜δ≤48

600～650

2

≤106

≤135

48＜δ≤60

600～650

2.5

≤85

≤108

3.9硬度检测

3.9.1焊后热处理完毕后，按照每条管线对焊接接头进行20%的布氏硬度检测，焊缝及热影响区硬度值不大于母材硬度值的120%，且布氏硬度值≤200.

3.9.2当硬度值超过规定值时，应加倍检验，仍不合格时应重新进行热处理，并重新测定硬度值；

三、效益对比

1.保证焊接质量，提高焊接一次合格率

抗硫管道采用埋弧自动焊焊接，既保证了管道焊接外观质量，又提高了焊接一次合格率，其合格率达到了98%以上，有效地降低了返修率，促进了施工进度。

2.极大提高生产效率，节约人工使用率

在正常的施工条件下，按照传统的模式，每焊工采用氩电联焊作业，焊接工效为40寸D/天，最高可达60寸D/天，而采取埋弧自动焊焊接每台焊机焊接工效能达到200寸D/天，最高可达,300寸D/天。

经过对比，每天每台自动焊机的工作量相当于4-5名焊工的工作量，随着管道壁厚的增大，其工效就愈明显。

3.节约成本，提高经济效益

通过人工、设备、消耗材料的对比分析，管道焊接应用埋弧自动焊比氩电联焊每寸D节省约7～8元，管道壁厚越厚经济效益越明显。

抗硫管道共16000寸D，采用自动焊能够创造的直接经济效益为8*16000=12.8万。