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工业钛管焊接施工工艺

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工业钛管焊接工艺

一、 前言
钛与钛合金具有密度小、 比强度高、 良好的塑、 韧性和耐腐蚀性能好的优点。随着工业的发展, 钛及钛合金管道已广泛应用于航空、 航天工业、 核工业、 海洋工程、 石油、 化工、 轻工、 食品加工、 冶金、 电力、 医药卫生等行业。
钛的活泼性大, 不但在溶化状态下, 即使在400℃以上的固相态, 也极易被水分、 空气、 油脂及氧化物等污染, 吸收氧、 氮、 氢、 碳等, 使焊接接头塑性和韧性下降, 并引起气孔、 裂纹。
二、 工艺特点
本工艺系统总结了钛管焊接的特点, 与不锈钢焊接相比操作上工艺有明显的区别。我公司经过技术攻关, 成功掌握了钛材工艺管道焊接技术,经在工程中的实际运用, 焊接质量完全达到了国家规范和行业规范的要求。
三、 适用范围
该工艺可适用手工氩弧焊焊接工业纯钛管道。
四、 工艺原理
钛管道焊接工艺是在大气中采用手工钨极惰性气体保护焊( GTAW ) 焊接方法。焊前对钛管坡口及其两侧各25mm以内的内外表面清除油污后, 应用奥氏体不锈钢丝刷、 铰刀等机械方法清除其氧化膜、 毛刺和表面缺陷。清理工具应专用, 并保持清洁; 经机械清理后坡口的表面和填充焊丝, 焊接前应使用不含硫的丙酮或乙醇进行脱脂处理。焊接过程中, 采用特殊的保护措施, 使钛管焊接区域温度可能超过400℃部位的局部或全部处于氩气的有效保护之中, 达到钛管焊接的目的。
五、 工艺流程及操作要点
5.1 工艺流程
施工准备→材料验收→划线检验→下料及坡口加工→坡口周边处理→焊件组对→焊接→焊缝外观检查→焊缝P T 、 RT探伤→预制管段水压试验→排水、 干燥→管口封闭运输→现场组装。
5.2 操作要点
5.2.1施工准备
A. 焊接工艺评定及焊工考试
施工前,应根据设计文件及《现场设备、 工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236的要求进行焊接工艺评定试验, 根据评定合格的工艺, 编制焊接工艺指导书, 指导焊工培训、 考试, 取得考试合格证的焊工, 方可参加焊接施工。
B. 场地准备
预制场所内应安排在室内, 保持环境干燥、 清洁、 无灰尘、 无黑色金属的打磨、 切割和焊接施工,而且具有焊接材料的贮存、 清洗设施和良好的施焊条件; 现场焊接时, 应有防风和防雨雪的措施, 并应保持相对湿度在 90%以下。
C. 材料验收
1) 管材: 必须有制造厂出厂合格证和质量证明书, 管子应逐根进行外径及壁厚测量, 管子的表面应光滑、 清洁, 无针孔、 裂纹和折叠等缺陷。经检验合格的管子在储存期间, 应将管口封闭, 并应按规格尺寸分别放置在垫木上, 严禁与钢材混堆、 直接接触或碰伤。
2) 管件: 弯头、 弯管、 异径管、 三通、 法兰、 焊环、 盲板等必须具有制造厂质量证明书, 应按设计要求核对其材质、 规格和型号, 其质量应符合相应标准的要求。法兰、 焊环及盲板的密封面应平整光洁, 不得有毛刺和径向沟痕。
3) 焊接材料
a) 焊接材料的化学成分和力学性能应与母材相当; 若焊件要求有较高的塑性时, 应采用纯度比母材高的焊丝。
b) 选用的焊丝应有质量证明书。焊丝表面应洁净、 无氧化色, 不应有裂纹、 起皮、 斑疤和夹杂等缺陷。其化学成分应符合《钛及钛合金丝》GB／T3623的有关规定。
c) 钨极不宜采用钍钨极, 应采用铈钨极。
d) 氩气纯度不应低于99.99%, 含水量不应大于 50mg／m3。。
e) 氩气输送管应采用塑料软管, 不宜用橡胶软管等吸湿性材料。
D. 划线
操作人员应认真熟悉管路图, 因材料价格昂贵, 划线后应认真进行自检、 互检和技术人员复查, 并做好标记移植。
E. 下料及坡口加工
a) 管子的堆放和加工应有专用场所, 场内应保持清洁。
b) 管子切断前应移植原有标记, 严禁使用钢印。
c) 管子切割和坡口加工宜用机械方法, 切割和加工表面不得过热变色, 当采用等离子弧方法切割时, 必须用规定方法去除污染层。
d) 管子切割和坡口质量应符合下列要求:
² 表面应平整, 不得有裂纹、 重皮, 并应清除毛刺、 凸凹、 缩口、 熔渣及氧化物等;
² 切口平面最大倾斜偏差为管子直径的 1%, 且不得超过3mm;
² 坡口的形式和尺寸, 应符合设计和焊接作业指导书的规定
F. 焊前准备
1) 管子和管件的坡口形式和尺寸的选用应考虑易于保证焊接接头的质量、 填充金属量少、 便于操作和减少焊接变形等原则。当设计无规定时, 可按表5-1的要求加工。
表5-1 坡口形式和组对尺寸
2) 坡口及焊丝的清洗应符合下列要求:
² 坡口及其两侧各25mm以内的内外表面清除油污后, 应用奥氏体不锈钢丝刷、 铰刀等机械方法清除其氧化膜、 毛刺和表面缺陷。清理工具应专用, 并保持清洁;
² 经机械清理后坡口的表面和填充焊丝, 焊接前应使用不含硫的丙酮或乙醇进行脱脂处理。严禁使用三氯乙烯、 四氯化碳等氯化物溶剂, 并避免将棉质纤维附于表面。
3) 管子或管件的焊口组对与定位焊:
² 壁厚相同的管子或管件组对时应做到内壁平齐。对口错边量不应超过壁厚的10%, 且不大于1mm;
² 定位焊应采用与正式焊接相同的焊接材料及焊接工艺, 定位焊缝长度一般为5～10mm, 高度不超过壁厚的2／3;
² 定位焊缝不得有裂纹、 气孔、 夹钨及氧化变色等缺陷。发现缺陷应及时消除。
5.2.2焊接工艺
A. 焊接位置宜采用转动平焊。
B. 焊接时应在合格的工艺参数范围内选用小规范焊接, 层间温度不得高于 200℃。
C. 焊接作业均应在氩气保护下进行: 采用焊炬喷嘴保护熔池; 焊炬拖罩保护热态焊缝及近缝区的外表面; 管内充氩气保护焊缝及近缝区的内表面。保护措施应充分可靠, 并应符合下列要求:
² 焊炬喷嘴直径宜为12～20mm, 喷出的氩气应保持稳定层流;
² 焊炬拖罩形式根据管径和接头形式不同, 制作不同形式的保护气罩, 采用厚度为1-2mm的不锈钢或紫铜制作保护罩外壳, 保护罩内加4-5层120目的铜丝网, 保证氩气通气均匀。
² 管内应提前充氩, 并保持微弱正压和呈流动状态。
D. 焊接方法
² 点固焊: 点固焊长度为10-15mm电焊两点, 从第三点开始焊接, 每焊一点熄弧后, 焊枪要保持30s的延时通气。
² 焊接时, 由一名焊工施焊, 配两名普工同时操作, 1名负责氩气瓶开关, 另1名手持保护罩, 对焊缝及热影响区进行同步跟踪保护。
² 起弧时, 焊炬应提前送气, 并采用高频引弧; 熄弧时, 应使用电流衰减装置和气体保护装置。弧坑必须填满。熄弧后对焊缝及热影响区400℃以上区域进行保护, 至温度降至400℃以下。
² 焊接过程中填充焊丝的加热端应始终保持在氩气的保护之下。熄弧后焊丝不得立即暴露在大气中, 应在焊缝脱离保护时取出。焊丝如被污染、 氧化变色时, 污染部分应予切除。
² 焊接过程中电弧应保持稳定, 避免钨极与焊件或焊丝接触造成夹钨。出现夹钨时应立即停止焊接, 消除缺陷后方可继续施焊。
² 焊接第二层前, 检查焊缝及热影响区的色泽, 如有蓝色或灰色氧化物, 应清理干净。为防止因接头过热引起塑性降低, 层间温度应在200℃以下。
5.2.3施工环境要求:
A. 预制场所具有焊接材料的贮存、 清洗设施和良好的施焊条件;
B. 现场焊接时, 应有防风和防雨雪的措施, 并应保持相对湿度在 90%以下。
5.2.4焊接检验
A. 底层焊道均应进行渗透检测, 检测方法按《压力容器无损检测》JB4730 执行, 以无裂纹和其它任何表面缺陷为合格。
B. 管道焊后必须对焊缝进行外观检查, 并符合下列要求:
1．焊缝外形尺寸应符合下列要求:
a. 焊缝宽度以每边不超过坡口边缘 2mm为宜;
b. 焊缝余高: 当壁厚小于 5mm 时, 为 0～1.5mm; 当壁厚大于 5mm 时, 为 1.0～2.0mm;
c. 角焊缝的焊脚高度应符合设计规定, 其外形应平滑过渡。
2. 焊缝表面不得有咬边、 气孔、 夹钨、 裂纹及未熔合等缺陷。
C. 每道焊道表面的色泽检查应在焊后清理之前进行, 合格标准见表5-2
表5-2焊道色泽检查合格标准

注: 区别低温氧化和高温氧化的方法宜采用酸洗法, 经酸洗能去除紫色、 蓝色者为低温氧化, 除不掉者为高温氧化, 酸洗后立即用清水冲洗干净、 晾干。
D. 焊缝返修
a) 焊缝经检测发现的不合格部位, 必须进行返修。不允许用重熔法, 要返工的焊缝采用机械加工艺除去缺陷, 并用刮刀整修后进行脱脂, 然后使用与正式焊缝一样的焊接工艺进行焊接。焊缝返修后仍应按原规定进行检验。
b) 焊缝同一位置的返修次数不得超过两次。需要进行第二次返修时, 应对不合格焊缝进行质量分析, 制定返修措施, 经焊接责任工程师批准后进行, 并应在施工记录中注明。
六、 材料与设备
主要施工机具需要计划
序号
名称
型号规格
单位
数量
1
氩弧焊机
WS350S
台
2
2
直流焊机
ZX7-400
台
2
3
直流焊机
ZX7-400
台
1
4
砂轮切割机

台
2
5
角向砂轮机
100型
台
8
6
台钻

台
1
7
焊缝检验尺

把
2
8
内外保护罩
DN80\100\150\200\
250\300\400\500
套
各两套
表6—1
七、 质量控制
7.1 标准规范
《钛管道施工及验收规范》(SH 3502- )
《工业金属管道工程施工及验收规范》( GB50235-97)
《石油化工剧毒、 可燃介质管道工程施工及验收规范》SH3501
《现场设备、 工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-98
7.2 控制措施
7.2.1 所有焊工必须持有相应合格项目的有效焊工证, 在工程开工正式焊接前应对所有焊工进行现场再培训和考核。
7.2.2 焊接材料使用前要按标准和工艺要求处理, 及时填写记录, 焊接前按《现场设备、 工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-98的要求做焊接工艺评定。
7.2.3各种计量检测工具, 所用仪器范围必须经国家规定的计量监定部门检验合格后才能使用, 统一使用保管, 不得随意更换。
7.2.4认真做好施工记录, 隐蔽工程要详细记录, 为工程竣工验收提供资料和数据。
7.2.5将质量控制目标分解落实到人, 将质量情况作为考核分配的重要依据。
7.2.6严格控制各关键点, 重点控制每一道关键工序。
7.2.7 施工中做好质量检验评定, 保证工程质量达到优良工程。
7.2.8工程交工前必须先组织内部验收, 由质量保证体系部门进行初步验收, 并整理工程验收所需的各种资料, 并移交质检部门验收合格后交工存档。
八、 安全措施:
8. 1在施工中严格执行”安全第一、 预防为主”的方针, 制定安全生产的各项规章制度, 建立安全生产责任制度, 施工现场设专职安全员, 负责安全监督管理。
8.2所有进入现场的施工人员要严格遵守建设单位安全用电、 动火、 治安保卫等规定, 严格按照建设单位制定的化工行业规章制度和施工组织设计组织施工, 把安全施工贯穿施工全过程。
8.3起重作业,严格执行起重作业安全操作规程,严禁违章作业,设专人指挥, 信号统一明确。
8. 4预制的管段装卸车和堆放时, 必须垫稳、 捆牢, 以防倾倒伤人或损坏。
8.5所有进入施工现场的人员必须做到戴好安全帽, 高空作业系好安全带。
8.6安全员必须在施工现场实施安全监督、 检查整个施工过程的安全状态, 发现不安全因素及时处理, 以保证施工过程安全无事故。
8.7消防措施: 为防止电器设备及其它易燃物品造成火灾, 必须在施工现场设置灭火器, 保证施工安全。
九、 环保措施
9.1 编制环境保护实施计划
9.2 对现场施工人员进行环境保护教育
9.3 正确处理垃圾
9.3.1 尽量减少施工垃圾的产生。
9.3.2 产生的垃圾在施工区内集中存放, 并及时运往指定垃圾场。
9.3.3 设置废弃物、 可回收废弃物箱, 分类存放。
9.3.4 集中回收处理办公活动废弃物。
9.3.5 现场生活垃圾堆放在垃圾箱内, 不得随意乱放。
9.5 降低噪音
9.5.1合理安排施工活动, 或采用降噪措施、 新工艺、 新方法等方式, 减少噪声发生对环境的影响。夜间尽量不进行影响居民休息的有噪作业。
9.5.2施工机械操作人员负责按要求对机械进行维护和保养, 确保其性能良好, 严禁使用国家已明令禁止使用或已报废的施工机械。
十、 效益分析
根据已采用本工艺进行施工的河南****氯碱化工股份有限公司5万吨离子膜烧碱技改( 扩建) 项目的实施分析: 所使用的焊接设备节能环保, 工艺先进, 管道焊接质量完全达到了规范要求, 赢得了业主的极大好评。至此, 我公司将以此为突破口, 拓宽安装工程施工领域, 进入氯碱化工行业施工, 创造良好的经济效益和社会效益打下了坚实基础。
十一、 应用实例:
由我公司承建的河南****氯碱化工股份有限公司5万吨离子膜烧碱技改( 扩建) 项目, 在施工中采用了技术完善可靠的”钛管道焊接工艺”施工, 所有焊缝全部合格, 经总结形成了成熟的钛管道施工工艺, 锻炼培养了一批钛管道焊接技术人才, 为以后同类工程施工积累了成功的经验, 取得了良好的经济、 社会效益。