三预热模式在厚壁管焊接中的应用

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　　摘要：在现场施工中，耐压厚壁管的焊接难度大，极易造成焊缝裂纹。根据实际施工情况，提出了三预热模式在厚壁管焊接中的应用，很好的提高了厚壁管焊缝的质量。
　　关键词：焊接应力，预热，温度场
　　前言：在厚壁管的现场焊接施工中，因为施工环境恶劣，受限制因素较多，造成焊接施工难度很大。焊缝的质量得不到有效的保证和提高，直接影响到整个系统的质量问题。如济钢中厚板厂3#加热炉的汽化冷却系统中炉底横水梁的现场施工。本工程采用20#、Ф159*25的厚壁管进行施工，管径小、管壁厚，在焊接作业中很容易造成焊缝缺陷，导致裂纹的产生。从而影响到整个加热炉的运行。本文对如何提高施工环境恶劣的情况下厚壁管焊缝的质量做出一些分析。
　　1问题分析
　　钢件在焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形是产生焊接应力和裂纹的根本原因。当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力；焊接温度场消失后的应力称为残余焊接应力。在厚壁管焊接中由于管壁厚焊接量大，从而极易产生很强的焊接应力，造成裂纹的产生，影响焊缝的施工质量。
　　1.1横水梁采用的为Ф159*25的厚壁管，在焊接工艺上，采用V型坡口，单面焊双面成型（见图1）。
　　
　　图1.焊缝坡口形式
　　1.2由于焊接厚度大，采用多层模式的焊接方式（见图2）。在多层焊接中焊接应力厚度上的分布是中心部位最高，逐渐向表面过渡到零。
　　
　　图2.多层焊分层结构
　　1.3在焊接过程中，焊接电流的选择直接影响到焊接质量和效率。焊接电流越大，熔深越大，焊条熔化快，焊接效率也高，但是焊接电流太大时，飞溅和烟雾大，焊条尾部易发红，部分涂层要失效或崩落，而且容易产生咬边、焊瘤、烧穿等缺陷，还会使接头热影响区晶粒粗大，焊接接头的韧性降低；焊接电流太小，则引弧困难，焊条容易粘连在工件上，电弧不稳定，易产生未焊透、未熔合、气孔和夹渣等缺陷，且生产率低。根据实际的施工情况和以往经验，焊条选用Ф3.2和Ф4的两种规格，确定了相应的工艺参数（见表1）。

　　表1.焊接工艺参数
　　由于是厚壁管，焊接量非常大，而且管径小，造成焊接应力很集中。在焊接过程中当外界温度变化很快时，特别是冬季，不均匀温度急速的向同温度场过度，容易造成裂纹的产生。
　　2实施方法
　　在现场施工中，因受施环境的限制，无法采用石灰保温等在生产厂房内的施工工艺。如何在现场的条件下减小焊接应力对焊缝的影响，以提高焊缝的焊接质量。三预热操作模式即：焊前预热、焊中加热、焊后低温热处理。在焊接过程中，用火焰加热进行辅助，工具简单、操作简便，有利于在现场的施工。
　　2.1焊前预热
　　在管道组装完成焊接前，利用气割具对焊缝两边的母材200mm的局部区域进行均匀火焰加热（见图3），加热温度达到200℃。这样，可以使焊接区域被焊工件之间的不均匀温度场的差值减小，降低了焊接应力，另一方面，降低了焊接应变速率，有利于避免产生焊接裂纹。
　　
　　图3.加热区域示意图
　　2.2焊中加热
　　在焊接过程中，焊接完成一遍后，再对焊缝及其两边母材200mm范围内采用火焰加热，使加热温度达到200℃。以平衡因焊接加热造成的不均匀热场。并有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，避免产生氢致裂纹。减小了因多层焊接导致的焊缝中间部分焊接应力集中的问题，提高了焊缝的整体质量。
　　2.3焊后低温热处理
　　在焊接完成后，再对焊缝及其两边母材200mm范围内采用火焰加热，使加热温度达到200℃，进行低温回火热处理。一方面，使焊缝和母材的热力场达到大致的均衡，另一方面，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，避免产生氢致裂纹。这样在保证了焊缝硬度情况下，焊接应力得到了很大的减小，韧性稍有提高，从而提高了焊缝的稳定性。
　　3实施效果
　　通过在济钢中厚板厂3#加热炉的施工，使冷却系统的焊缝打压取得了一次性合格。降低了因多次打压造成的资源浪费，大大的提高的整体的施工效率。
　　结语
　　此操作模式虽降低了单个焊缝的施工效率，但确保的焊缝的一次合格率，而对整个系统的施工效率得到了很大的提高。同时，确保了整个系统的质量。
　　
　　
　　参考文献
　　雷玉成陈希章朱强，《金属材料焊接工艺》，化学工业出版社，2007年8月
　　顾纪清阳代军，《管道焊接技术》，化学工业出版社，2005年8月
　　英若采《熔焊原理及金属材料焊接》，机械工业出版社，2000年10月