金属粉芯焊在气田站场工艺中的引进与实用性分析

摘要:金属粉芯型气体保护焊丝被评价为“代替实芯焊丝的焊接材料”,它既有渣量少的实心焊丝的长处又兼备高熔敷速度、电弧柔软、焊接工艺性能好等熔渣型药芯焊丝的优点,金属粉芯焊丝在大口径长输管道中成熟应用,但是对于站场工艺应用较少,现对金属粉芯焊在气田站场工艺的引进与实用性进行分析。

Abstract: Metal powder cored arc welding gas shielded metal cored wire was evaluated as "instead of solid wire welding material", it has characteristics of less solid residue has and the strengths of high-wire deposition rate, arc soft, and good welding properties of slag the advantages of type flux cored wire.Metal cored wire in long distance transportation of large diameter has maturely applied, but is rarely applied for the station process. For this , Introduction and feasibility of metal powder cored arc welding in gas fields technique is practically analyzed.

关键词:金属粉芯焊;站场工艺;焊接效率比较;工艺参数比较

Key words: metal cored welding; station welding process;welding efficiency comparison;parameters comparison of wielding

中图分类号:TE97 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)06-0054-02

0引言

随着天然气资源的在能源构成中的地位日趋显著,天然气资源的开采及使用成为油气田建设工作的重点,气田站场工艺管线的施工显得尤为重要。其具有施工难度大,焊接质量要求高,工期紧,焊接量大等特点,焊接是整个工程的主要环节,打底焊接又是整个焊接的重中之重,一定要使用高质量、高效率的焊接工艺及焊接材料,以满足天然气建设发展的需要。

1焊材简介

金属粉型药芯焊丝被评价为“代替实芯焊丝的焊接材料”,它既有渣量少的实芯焊丝的长处,又兼备高熔敷速度、电弧柔软、焊接工艺性能好等熔渣型药芯焊丝的优点。由于金属粉型焊丝是由薄钢带包裹粉剂组成,电流主要从钢带通过,其电流密度大,熔化速度快,同时焊芯中含有大量的铁粉,铁合金和金属粉,非金属矿物含量很少,因此它比实芯焊丝和熔渣型药芯焊丝具有更高的熔敷速度,较高的熔敷效率,熔渣量少,焊接飞溅量少,而且更易于观察操作,特别适合于自动焊和半自动的焊接,可降低焊接成本,提高焊接效率。随着人们对进一步提高产品质量、降低生产成本、改善劳动环境以及提高劳动生产率的要求日益加强,金属粉型药芯焊丝将会得到更快、更大的发展。配合RMD(短路控制)或脉冲技术,可进行全位置焊接。

2保护气体

保护气体的作用主要是防止空气的有害作用,实现对焊缝和近缝区的保护。保护气体的种类和流量同时还对电弧特性、熔滴过渡形式、熔深与焊道形状、焊接速度、咬边倾向、焊缝金属的力学性能等特性产生影响。金属粉芯型焊丝采用75～90%Ar+25～10%CO2混合气体保护,使其不但具有氩气保护下电弧燃烧稳定、飞溅小、熔滴过渡形式好等优点,还具有氧化性,克服了纯氩保护时的表面张力大,液体金属粘稠,易咬边和斑点漂移等问题,同时还改善了焊缝熔深和外观成形,增大了电弧的热功率,提高了焊缝的力学性能。

3焊接工艺

3.1 焊材介绍这里介绍金属粉芯焊丝的焊接工艺,以Φ219x10碳钢管为例,焊材选用Φ1.2mm金属粉芯型焊丝,金属粉芯焊丝由于焊芯包裹的是金属粉,不但使其制作加工简单,而且焊接工艺性能好,飞溅少,没有熔渣,减少了清理工序,扩散氢含量低。

3.2 焊前准备焊前将工件坡口及坡口两侧表面至少20mm范围内的油污、水锈、灰尘和氧化膜清除干净,由于是下向焊特别是立焊位置铁水受重力的作用下坠熔深非常浅,尽量避免在3点和9点位置出现焊点和接头,点焊长度为10～15mm,焊前将焊点磨成斜缓坡状,以有利于接头熔合。管子坡口准备加工组对尺寸如下图1所示;管子点焊位置分别在12点,4点-5点,7点-8点,如图2所示;

3.3 焊接工艺要点焊接时采用90%Ar+10%CO2混合气体保护,气体流量15～20L/min,从焊点缓坡前方10mm处引燃电弧,快速摆动至坡口根部,观察熔池形状,使电弧烧到坡口根部,铁水与坡口根部完全熔合,焊接时采用小摆动方式,焊丝与工件保持下倾80°～85°夹角,焊丝应顶着熔池铁水向前移动,否则易造成扎丝,干伸长度始终保持10～15mm,焊丝在坡口两边稍作停留,中间快速过渡,避免正面成形两边产生夹沟,尽量做到打底焊缝薄而且正面成形平滑。应尽量一次连续完成,减少焊缝中接头的数量,焊接时由于重力的作用平焊位置容易出现背面焊瘤的情况,应把铁水向坡口两侧稍挂一点,注意观察熔池铁水,既要保证熔透,还不能停留时间过长,烧穿或烧瘤。仰焊位置摆动应中间快,两边停,避免焊缝正面成形下坠,中间凸,两边有夹沟。收弧应超过6点位置20～30mm,以利于下一段焊缝接头。

4各种焊接工艺的焊接效率比较

金属粉芯焊丝焊芯中含有的也是大量的铁粉铁合金及金属粉,非金属含量很少,烧损及溶渣量非常少,熔敷效率可达97%,并且具有较高的电流密度,使其具有较高的熔敷速度,大大提高了生产率,分别以三组Φ219碳钢管用各种焊材打底焊为例焊接速度及线能量输入见表1,金属粉芯焊丝的打底焊接速度明显高于其他焊材,再配以精确脉冲或自保护药芯焊丝,焊条电弧焊填充盖面,可大大提高焊接效率。

表1各种焊材打底焊焊接速度

5钨极氩弧焊、STT、金属粉芯焊性能参数比较

表2

注:以下试验数据除特殊注明外,试验管材均为Φ219×10

传统的钨极氩弧焊根焊方式具有工艺成熟,操作灵活,合格率高,适用范围广,成本低等诸多优点。但根据试验数据可以看出,钨极氩弧焊同时具有焊接速度慢,根焊厚度薄,工作效率较低,填充时易烧穿等缺点。

STT和金属粉芯焊的试验数据表明,STT和金属粉芯焊具有焊接速度快,根焊厚度厚,成形良好,工作效率高等特点。但根据其设备较沉重,结构较复杂的特点,在场站施工中尤其适合预制及地面工艺的焊接。不适合高空等场所的焊接施工。

二氧化碳气体保护自动焊与手工电弧焊在填充盖面的试验比较中优势非常明显,从表中数据可以看出,工效提高三倍,且通过试验试件10组20道焊缝及φ168×5导热油管线4道焊缝拍片结果表明,一次合格率100%,且其施焊范围基本涵盖了场站施工中的常用壁厚及管径的管材。在今后的场站施工的预制工作中将发挥积极的作用。

6结论

金属粉芯焊现已在我国各地大口径长输管道施工中得到广泛应用,站场工艺应用较少,随着人们对进一步提高产品质量、降低生产成本、改善劳动环境以及提高劳动生产率的要求日益加强,通过对金属粉芯焊在气田站场工艺的引进与实用性进行分析,金属粉芯焊将会在更多的施工领域中得到更快、更大的发展。

参考文献:

[1]劳动和社会保障部.电焊工[M].北京:中国劳动社会保障出版社.

[2]陈祝年.焊接工程师手册[M].北京:机械工业出版社.

[3]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M].北京:机械工业出版社.

[4]马志才.金属粉芯型气体保护焊丝在管道焊接中的应用[Z]..