馬繼斌
【摘 要】手工鎢極氬弧焊是高壓低溫管道現場焊接常用的方法,尤其對于外線管道現場焊接。管管對焊(內徑大于Φ100mm)的管道,由于管體長,管道腔體大,氬氣難以把管道腔體內的空氣置換干凈,所以就造成內焊縫保護效果不理想,顏色不達標,內焊縫成型不理想,易形成氧化物、多余物等現象。經過反復推敲多次實踐,采用“焊接氣體保護法”解決了以上問題,提高了產品的焊接質量。
【關鍵詞】高壓;低溫;管道腔體;置換;氣室
0 引言
1)隨著社會經濟日新月異的發展,航天事業發展蒸蒸日上,而高壓金屬管道焊接技術是航天發射試驗系統中不可缺少的部分。它的焊接質量關系到航天試驗發射任務的成敗。高壓金屬管道輸送低溫、高壓、易燃、易爆等危險產品的主要途徑。
2)高壓管道焊接工作量大,焊縫多,為了提高焊接質量,避免氧化物、多余物、可脫物發生,在管道焊接過程中必須嚴格執行相關制造標準,在管道焊接過程中必須對焊接技術、操作者素質、材料、焊接工藝等進行全方位監管,以杜絕高壓管道的質量事故發生。
1 焊接質量要求
1.1 對于內徑大于Φ100~Φ300的高壓低溫管道焊接,尤其是管管對接,要求100%射線探傷,Ⅰ級合格。
1.2 室內外高壓供氣管路或低溫液氧、液氮、液氫管道,要求內部無氧化物、多余物、可脫落物,內焊縫均勻、光滑,色澤呈銀白或黃金色。外線管道焊接為了減少漏點,管管對焊克服管道尺寸長、焊縫多、管腔空間大、氣體保護不理想、加工環境復雜、焊接難達標的困難。
2 焊接中產生的質量問題
在管道加工過程中,對于內徑大于Φ100mm的管道,尤其是管管對焊,管道長,管道內部空間大,足量的氬氣對內焊縫的保護很難達到理想狀態,導致內焊縫嚴重氧化,形成氧化物、多余物、可脫落物。內焊縫余高不夠,焊縫顏色呈黑色,無法滿足射線探傷和使用以及技術要求。
3 焊接質量問題帶來的危害
3.1 航天產品絕對不允許腔體里有多余物、氧化物和可脫落物。由于大口徑管道一般都是主管道,內焊縫保護不理想,就會產生氧化物、多余物和可脫落物。內焊縫成型不理想等缺陷。
3.2 管道在輸送高壓氣體或低溫液體時,受到沖擊或震動,內焊縫的氧化物、可脫落物會成為管道內的多余物,損壞系統中的設備,甚至會影響到發射試驗任務。
3.3 內焊縫成型不理想,就會造成射線探傷不合格,焊縫強度達不到要求,對整個管路就會存在重大的安全隱患。
4 焊接原理
4.1 傳統的內保護方法是管道兩頭密封,由于管道長,內徑大,管道內部空間相對變大,足量的氬氣很難把管道腔體里的空氣置換掉。在高溫下內焊縫就會被氧化,內焊縫顏色呈黑色,影響內焊縫質量。
4.2 現在的內保護方法是取焊縫左右100mm位置,長度約200mm作為一個小腔體,利用Φ14×2金屬硬管把氬氣輸入進去,對內焊縫進行保護。由于極大地縮小管道腔體保護空間,使用同樣氬氣量或更小氬氣量對內焊縫進行保護,焊接質量得到了明顯提高。
5 氣保護措施的改進
采用“氣室保護”進行的焊接方法,是將傳統的管道兩頭密封方法改為焊縫兩側密封,縮小管道腔體保護空間。
例Φ108×4,長度約18米的管道,V1為縮小后的空間,V為原有空間,L1為縮小后的長度約200mm:
V1/V=πr2L1/πr2L=L1/L=200/18000=1/90
由上例可看出,縮小后的管道腔體是原有管道腔體的1/90,空間極大縮小,充足的氬氣保護更利于內焊縫成型,保護效果也會更理想。工藝原理如下圖1:
注:①所用硅膠片是工業耐高溫硅膠,厚度2~4mm,外徑尺寸大于焊接管道內徑3~6mm,中心鉆Φ10mm小孔。(2片)
②Φ10×1不銹鋼管一端封堵,一端焊接直通接頭,長度大約500mm。在距離封堵一端約150mm位置鉆Φ1~Φ2小孔4~6個,以便使保護氣均勻進入保護腔體。
③不銹鋼片4片,外徑尺寸小于焊接管道內徑尺寸5~8mm,厚度1~1.5mm,不銹鋼片中心鉆Φ10mm小孔。
④抱箍4個,為固定不銹鋼片和硅膠的位置。
以上就是氣室所需材料及原理圖。每次使用可將焊接管道對接好,利用加長不銹鋼管連接氣室,將氣室送入需保護位置,通過焊縫間隙觀察氣室所在正確位置,保護氣體可通過加長不銹鋼管進入氣室,更好的保護內焊縫。
6 新工藝的優點
6.1 “氣室保護焊”改變以往兩頭密封的氣體保護方法,通過縮小保護腔體,使焊縫得到充分保護,避免氧化物、多余物和可脫落物的產生,內焊縫成型好,色澤優。
6.2 “氣室保護焊”能極大地減少氬氣使用量,節約氬氣成本。
6.3 “氣室保護焊”在同內徑尺寸的管道中可重復多次使用。
6.4 打底焊一次成型,內窺鏡檢測100%合格,探傷100%合格,焊縫Ⅰ級率達99%,大大減少返修率。
7 結論
7.1 “氣室”使用方便,適合在復雜環境下工作。
7.2 節約成本,提高生產效率。
7.3 在同行中積極推廣,效果顯著。
【參考文獻】
[1]魯愛琴,張正先,宋勝英,等.GB50236-98《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規范》北京 中國建設部標準定額研究所,1998.
[2]馮志偉.《焊接技術》.天津:天津市郵政報刊發行局,2014-2015.
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