專利名稱：帶有焊接坡口型式的不銹鋼管及焊接方法和氬氣保護裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及到不銹鋼管-管焊接工程領域，特別是涉及一種厚壁管環縫接頭的焊接方法 及技術，例如燃氣輪機的燃氣管道等動力管道系統，發明主要是涉及一種帶有焊接坡口型式 的不銹鋼管及該管焊接方法和該焊接方法中使用到的氬氣保護裝置。
背景技術：
不銹鋼管的焊接通常采用單面焊雙面成形技術，常由打底、填充焊和蓋面三部份組成， 其背面打底焊是不銹鋼管焊接中最關健的一環，因其背面焊縫易被氧化，其背面的成型質量 直接影響焊縫探傷的合格率，其焊縫余高也影響管道使用時的流體性能。目前常用的焊接方 法主要有手工氬弧焊(TIG)、熔化極氣體保護焊(MAW)兩種。1、手工氬弧焊(TIG)是最 常見、應用最廣泛的一種不銹鋼管焊接技術，鎢極氬弧焊時常被稱為TIG焊，是一種在非消 耗性電極和工作物之間產生熱量的電弧焊接方式；電極棒、熔池、電弧和工作物臨近受熱區 域都是由氣體狀態的保護隔絕大氣混入，此保護是由氬氣流供應，必須是能提供全保護，因 為甚至很微量的空氣混入也會污染焊道，因此通常采用背壓保護裝置，以保護背面的焊縫不 被氧化。但由于焊接坡口形式及背壓保護裝置的設計存在缺陷，其背部焊縫成型效果差，存 在未熔合、夾渣、氣孔、下凹、焊瘤、咬邊等缺陷，同時焊縫余高不均勻。2、熔化極氣體 保護焊(MAW)，藥芯焊接氣體保護焊方法最早在日本應用，其原理是利用藥芯焊絲中藥渣 在焊接時熔化后流到熔池外面，且均勻覆蓋在焊縫表面，而保護焊縫不被氧化。這種方法的 優點是效率高因為它電流密度大，熱量集中，熔敷率高，焊接速度快。但由于藥芯焊絲的 固有物性，其背面成型效果差，焊縫余高不均勻，影響流體性能，同時焊縫背面產生的藥渣 不易清除，影響清潔度。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種使不銹鋼管內壁焊縫成型效果好的帶有焊接坡口型式的不 銹鋼管。
為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案 一種不銹鋼管焊接坡口型式，所述不銹 鋼管的一端管壁上有弧形坡口，相鄰不銹鋼管的弧形坡口拼在一起形成U型坡口。 所述弧形坡口的坡口角度為20。。
所述弧形坡口鈍邊厚度為2mm，所述弧形坡口鈍邊寬度為lmm。所述弧形坡口處的鋼管內壁呈凹面。
所述凹面的軸向長度為10mm，凹面的過渡圓弧的圓弧半徑為8mm，凹面與非凹面的過渡 斜度為l: 3。
本發明的目的之二是提供一種使不銹鋼管內壁焊縫成型效果好、內壁焊縫余高均勻、內 壁清潔度好的不銹鋼管焊接方法。
為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案 一種不銹鋼管焊接方法，包括以下步驟
(1)、清除不銹鋼坡口及坡口兩側的贓物；
(1) 、將氬氣保護裝置中的兩塊堵板分別裝入相鄰不銹鋼管內；
(2) 、將相鄰不銹鋼管的弧形坡口拼在一起形成U型坡口，組對焊接坡口時，確保相鄰 不銹鋼管的內壁錯邊為零，相鄰鈍邊組對為零間隙，相鄰不銹鋼管形成的U型坡口位于兩堵 板之間；
(3) 、使氬氣進入氬氣保護裝置的兩堵板之間，檢査兩堵板之間的含氧量，在兩堵板 之間的含氧量達到合格要求后，繼續灌入氬氣，并保持一定的氬氣流量；
(4) 、按照傳統工藝進行打底施焊，確保打底時焊透，以母材金屬自熔來填充打底焊
縫；
(5) 、打底施焊完成后，拉出氬氣保護裝置，用純凈水冷卻焊道，降到室溫后對打底 焊縫進行10(F。PT檢測、I級合格；
(6) 、按照傳統工藝填充焊道及蓋面，每層焊接完成后均采用純凈水冷卻焊道，最后 完成整個不銹鋼管的焊接；
(7) 、焊接完成后，對焊縫進行檢測。
所述步驟(3)中，兩堵板之間的含氧量的合格要求為體積比小于或等于1%，含氧量達 到要求后，繼續灌入氬氣，并保持氬氣流量為6-8L/min。
步驟(7)中，對焊縫進行檢測過程中，首先、對焊縫進行目視，其鋼管內表面焊縫采 用內窺鏡進行檢査，要求不銹鋼管的內壁焊縫余高控制在0-0.6mm范圍內，焊道表面銀白色 ，無氧化現象。
本發明的目的之三是提供一種對不銹鋼管焊道有保護及良好冷卻效果的氬氣保護裝置。 為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案 一種氬氣保護裝置，所述保護裝置為兩
塊堵板構成，所述兩塊堵板分別位于相鄰的不銹鋼管內，兩堵板之間經金屬絲連接， 一堵板
上開有進氣孔，另一堵板上開有出氣孔。所述堵板采用紙板或聚乙烯板制作。
本發明有新型的不銹鋼管的焊接坡口型式和焊接方法，本發明以不銹鋼管(母材)自熔 的方法來保證焊縫背面(不銹鋼管內壁)的成型質量、背面焊縫余高及其均勻度，確保整體 焊縫的熔合質量及最終通過RT的檢測，在焊接完成后焊縫內表面不會有未熔合、夾渣、氣孔 、下凹、焊瘤、咬邊等表面缺陷存在(內窺鏡檢査)，其內表面焊縫余高0-0.6mm;焊縫要 求100XPT、 I級合格、100%RT、 II級以上合格。
本發明中的不銹鋼管的焊接坡口型式采用深U型坡口，其鋼管內表面采用機加工焊口部 份，組對時保證錯邊量為零(即相鄰不銹鋼管的坡口拼在一起時，相鄰不銹鋼管內壁處于同 一水平面上)，其坡口鈍邊加大，確保焊接時以母材(不銹鋼管)自熔的金屬來填充打底焊 縫，保證背面(不銹鋼管內壁)焊縫的成型質量。
本發明中氬氣保護裝置保護裝置用堵板采用紙板或聚乙烯板等材料制作，兩板之間采
用金屬絲聯接，堵板上分別開有進氣孔、出氣孔，充氬后使用氧氣探測器檢査含氧量，在保 護氣體合格后繼續保持氬氣流量，以保證保護氣體質量及對焊道進行冷卻，焊縫及熱影響區 不被氧化，同時降低焊接溫度的作用。
本發明焊接方法中采用純凈水冷卻在焊接過程中采用純凈水來冷卻焊道，以控制層間 溫度，減小焊接熱影響區。
本發明的有益效果是由于本發明采用新型焊接坡口型式來保證不銹鋼管內壁的焊縫成 型質量；以母材自熔的焊接方法來保證不銹鋼管內壁的焊縫成型質量、焊縫余高及均勻度， 同時保證內壁的清潔度，也能保證整體焊縫的熔合質量；氬氣保護裝置對內壁焊縫進行保護 ，同時對焊道進行及時良好的冷卻。因此本發明不銹鋼管內壁的焊縫成型效果好，內壁焊縫 余高均勻，內壁清潔。
圖l為本發明不銹鋼管的焊接坡口型式示意圖2為本發明中氬氣保護裝置示意圖3為本發明焊接后接頭成形效果示意圖。
附圖標記中，l為不銹鋼管，2為弧形坡口， 3為U型坡口， a為弧形坡口的坡口角度，b為 弧形坡口的鈍邊厚度，c為弧形坡口的鈍邊寬度，d為弧形坡口處的鋼管內壁凹面，e為凹面 的軸向長度，f為凹面的過渡圓弧的圓弧半徑，g為凹面與非凹面的過渡斜度，4為氬氣保護 裝置中的堵板，5為探測器，6為氬氣瓶的通氣管，7為金屬絲。
具體實施方式
如圖l、圖2、圖3所示， 一種帶有焊接坡口型式的不銹鋼管，所述不銹鋼管l的一端管壁 上有弧形坡口2，相鄰不銹鋼管的弧形坡口2拼在一起形成U型坡口3，所述弧形坡口2的坡口角 度a為20。，所述弧形坡口鈍邊厚度為2mm，所述弧形坡口鈍邊寬度為lmm，上述尺弧形坡口的 各項尺寸能保證不銹鋼管在自熔焊接中鋼管管壁的焊縫的成型質量，特別是弧形坡口鈍邊的 尺寸加大為2mm，確保焊接時以不銹鋼管母材自熔的金屬來填充打底焊縫，保證不銹鋼管內 壁焊縫的成型質量。所述弧形坡口處的鋼管內壁呈凹面，因為在鋼管焊接時內壁焊縫會形成 余高，凹面的目的是阻止余高減少鋼管的內徑尺寸，保證鋼管內的流體的流動性能。所述凹 面的軸向長度為10mm，凹面的過渡圓弧的圓弧半徑為8mm，凹面與非凹面的過渡斜度為l: 3 ，上述凹面的各項尺寸剛好與鋼管內壁形成的余高0-0.6mm相匹配，避免鋼管內的焊縫余高 影響管內流體的流動性能，同時也能保證鋼管內壁焊縫的成型質量。
如圖l、圖2、圖3所示， 一種實現不銹鋼管焊接的焊接方法，包括以下步驟 (1)、清除不銹鋼坡口及坡口兩側的贓物；不得有游離的氣體及氧化皮、鐵銹、油脂 、灰塵等；
(1) 、將氬氣保護裝置中的兩塊堵板分別裝入相鄰不銹鋼管內；
(2) 、將相鄰不銹鋼管的弧形坡口拼在一起形成U型坡口，組對焊接坡口時，確保相鄰 不銹鋼管的內壁錯邊為零(即相鄰的兩個不銹鋼管將弧形坡口拼在一起時，相鄰不銹鋼管的 內壁應處于同一水平線上)，相鄰鈍邊組對為零間隙(即相鄰的兩個不銹鋼管將弧形坡口拼 在一起時，相鄰不銹鋼管的兩鈍邊的間隙為零間隙)，相鄰不銹鋼管形成的U型坡口位于兩 堵板之間；
(3) 、使氬氣進入氬氣保護裝置的兩堵板之間，檢査兩堵板之間的含氧量，在兩堵板 之間的含氧量達到合格要求后，繼續灌入氬氣，并保持一定的氬氣流量；所述兩堵板之間的 含氧量的合格要求為含氧量體積比小于或等于1%，含氧量達到要求后，繼續灌入氬氣，并 保持氬氣流量為6-8L/min。
(4) 、按照傳統工藝進行打底施焊，確保焊接時以不銹鋼管母材金屬自熔來填充打底 焊縫，即在打底施焊過程中，相鄰不銹鋼管之間的焊縫是以不銹鋼管的鈍邊以自熔的方式來 填充焊縫，這樣可以保證焊縫中無雜質，保證了清潔度，而且也保證了整體焊縫的熔合質量
(5) 、打底施焊完成后，拉出氬氣保護裝置，用純凈水冷卻焊道，降到室溫后對打底 焊縫進行10(F。PT檢測、I級合格；
(6) 、按照傳統工藝填充焊道及蓋面，每層焊接完成后均采用純凈水冷卻焊道，以降低焊接層間溫度，減少焊接熱影響區，最后完成整個不銹鋼管的焊接；
(7)、焊接完成后，對焊縫進行檢測，對焊縫進行檢測過程中，首先、對焊縫進行目 視，其鋼管內表面焊縫采用內窺鏡進行檢査，要求不銹鋼管的內壁焊縫余高控制在0-0.6mm 范圍內，焊道表面銀白色，無氧化現象。不銹鋼管外壁上的焊縫余高應該小于l. 5mm。
如圖2所示， 一種實現不銹鋼管焊接中使用的氬氣保護裝置，所述保護裝置為兩塊堵板 構成，所述兩塊堵板分別位于相鄰的不銹鋼管內，兩堵板之間經金屬絲連接， 一堵板上開有 進氣孔，另一堵板上開有出氣孔。在兩個不銹鋼管焊接中，氬氣保護裝置就由兩塊堵板構成 ，如果多個條焊縫同時焊接時，就可以采用多個堵板構成氬氣保護裝置。所述堵板采用紙板 或聚乙烯板制作。
本發明的實施過程以燃氣輪機的主燃氣環管焊接為實例來表述。如圖l、圖2、圖3所示
其主體材料采用奧氏體不銹鋼管①219. 1X12. 7/A304,氬氣采用99. 9%以上純度(包括 焊接用氬氣及保護裝置用氬氣)，鎢極選用純鎢極，直徑2.0mm，焊機選用唐山松下 YC-500WX，焊接工藝參數焊接電流95-105A、焊接電壓11-12V、氣體流量 8-15L/min、保護氣體流量6-8L/min。
其焊接坡口按圖l加工，與圖l的示意圖一致。但必須確保加工精度，以保證對零組對
焊前用鋼絲刷、丙酮等清除坡口及坡口兩側20mm范圍內母材(不銹鋼管)上的臟物，不 得有游離的氣體及氧化皮、鐵銹、油脂、灰塵等。
分別在鋼管內側裝入氬氣保護裝置，確保穩定，密封，然后組對焊接坡口，確保對零組 對，保證兩鈍邊組對間零間隙，鋼管內壁錯邊為零。
開通氬氣保護裝置的進行閥，使氬氣進入保護裝置內，在一段時間后通過氧氣探測器檢 査含氧量(含氧量的體積比小于或等于1%)，在保護氣體合格后繼續保持氬氣流量 6-8L/min。
以上工作完成后，由合格焊工按照合格的焊接工藝規程(WPS)進行打底施焊，打底施
焊完成后，拉住金屬絲取出氬氣保護裝置，用純凈水冷卻焊道，降到室溫后對打底焊縫進行
100%PT、 I級合格。
填充焊道及蓋面按相應的焊接工藝規程(WPS)進行操作，每層焊接完成后均采用純凈 水冷卻焊道，以控制層間溫度，減小焊接熱影響區。
用上述工藝進行了整個環管的焊接工作，焊接完成后首先對焊縫進行目視檢測，其鋼管內表面焊縫采用內窺鏡進行檢査，其成型均勻，無未熔合、夾渣、氣孔、下凹、焊瘤、咬邊 等表面缺陷，且焊縫余高均控制在0-0.6mm范圍，焊道表面銀白色，無氧化現象。隨后對焊 縫進行NDE檢測，100XRT后，全部合格，總片數25張，其中I級片20張，1I級片5張。
本發明屬于材料加工焊接工程領域，主要用于石油、化工、冶金、機械、造船等領域的 奧氏體不銹鋼焊接，本發明主要在于采用新型焊接坡口型式、氬氣保護裝置及焊接方法中 的純凈水冷卻工藝，按照常規焊接工藝規程對不銹鋼管進行焊接，確保其背面焊縫的成型質 量，焊縫要求100XPT、 I級合格、100%RT、 II級以上合格。本發明適合于高壓、特種介質 的動力管道施焊，在特殊的動力管道中，由于其壓力高、介質特殊、工況條件惡劣，故對其 制造提出了很高要求，最主要的焊接過程要求嚴格。
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征 和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述， 均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。S卩，除非特別敘述，每個特征只是一 系列等效或類似特征中的一個例子而已。
本發明并不局限于前述的具體實施方式
。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征 或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權利要求
1.一種帶有焊接坡口型式的不銹鋼管，其特征在于所述不銹鋼管的一端管壁上有弧形坡口，相鄰不銹鋼管的弧形坡口拼在一起形成U型坡口。
2 根據權利要求l所述的不銹鋼管焊接坡口，其特征在于所述弧形 坡口的坡口角度為20。。
3 根據權利要求l所述的不銹鋼管焊接坡口，其特征在于所述弧形坡口鈍邊厚度為2mm，所述弧形坡口鈍邊寬度為lmm。
4 根據權利要求l所述的不銹鋼管焊接坡口，其特征在于所述弧形 坡口處的鋼管內壁呈凹面。
5 根據權利要求4所述的不銹鋼管焊接坡口，其特征在于所述凹面 的軸向長度為10mm，凹面的過渡圓弧的圓弧半徑為8mm，凹面與非凹面的過渡斜度為l: 3。
6 一種不銹鋼管的焊接方法，其特征在于包括以下步驟 (1)、清除不銹鋼管焊接坡口及坡口兩側的贓物；(1) 、將氬氣保護裝置中的兩塊堵板分別裝入相鄰不銹鋼管內；(2) 、將相鄰不銹鋼管的弧形坡口拼在一起形成U型坡口，組對焊接坡口時，確保相 鄰不銹鋼管的內壁錯邊為零，相鄰鈍邊組對為零間隙；(3) 、使氬氣進入氬氣保護裝置的兩堵板之間，檢査兩堵板之間的含氧量，在兩堵板 之間的含氧量達到合格要求后，繼續灌入氬氣，并保持一定的氬氣流量；(4) 、按照傳統工藝進行打底施焊，確保打底時焊透，以母材金屬自熔來填充打底焊縫；(5) 、打底施焊完成后，拉出氬氣保護裝置，用純凈水冷卻焊道，降到室溫后對打底 焊縫進行10(F。PT檢測、I級合格；(6) 、按照傳統工藝填充焊道及蓋面，每層焊接完成后均采用純凈水冷卻焊道，最后 完成整個不銹鋼管的焊接；(7) 、焊接完成后，對焊縫進行檢測。
7.根據權利要求6所述的不銹鋼管的焊接方法，其特征在于所述步 驟(3)中，兩堵板之間的含氧量的合格要求為體積比小于或等于1%，含氧量達到要求后， 繼續灌入氬氣，并保持氬氣流量為6-8L/min。
8.根據權利要求6所述的不銹鋼管的焊接方法，其特征在于步驟( 7)中，對焊縫進行檢測過程中，首先、對焊縫進行目視，其鋼管內表面焊縫采用內窺鏡進 行檢査，要求不銹鋼管的內壁焊縫余高控制在0-0.6mm范圍內，焊道表面銀白色，無氧化現 象。
9. 一種實現權利要求6所述焊接方法中的氬氣保護裝置，其特征在于 :所述保護裝置為兩塊堵板構成，所述兩塊堵板分別位于相鄰的不銹鋼管內，兩堵板之間經 金屬絲連接， 一堵板上開有進氣孔，另一堵板上開有出氣孔。
10.根據權利要求6或9所述的氬氣保護裝置，其特征在于所述堵板 采用紙板或聚乙烯板制作。
全文摘要
本發明公開了一種帶有焊接坡口型式的不銹鋼管，所述不銹鋼管的一端管壁上有弧形坡口，相鄰不銹鋼管的弧形坡口拼在一起形成U型坡口。同時本發明也公開了不銹鋼管的焊接方法以及焊接方法中使用到的氬氣保護裝置。本發明焊縫成型效果好，焊縫余高均勻。本發明主要用于石油、化工、冶金、機械、造船等領域的奧氏體不銹鋼焊接。
文檔編號F16L9/00GK101586699SQ20091030389
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者新 李, 李修道, 王曉明 申請人:四川科新機電股份有限公司