化學(xué)品船不銹鋼管自動(dòng)氬弧焊焊接工藝試驗(yàn)及應(yīng)用
在18600DWT化學(xué)品船建造中,涉及到大量SUS316L不銹鋼管子焊接,為了提高管子建造效率、降低人工成本和提升焊接質(zhì)量,采用自動(dòng)氬弧焊接設(shè)備。通過(guò)對(duì)不同管徑、壁厚的管對(duì)接試驗(yàn),選擇合理焊接參數(shù)和焊材,開(kāi)發(fā)出不銹鋼管自動(dòng)TIG焊工藝,并應(yīng)用于SUS316L不銹鋼管子焊接,取得良好的效果。
18600DWT化學(xué)品船由瑞典FKAB公司設(shè)計(jì),總長(zhǎng)154m,寬23.75m,型深13.1m,載重為18600t,入DNV船級(jí)社,滿足1A冰區(qū)航行要求,可裝載多種化學(xué)品。該船搭配先進(jìn)的設(shè)備以及集成操作系統(tǒng),達(dá)到節(jié)能環(huán)保要求,具有建造難度大、設(shè)備調(diào)試復(fù)雜等技術(shù)特點(diǎn),其中不銹鋼管系制造是其制造中關(guān)鍵技術(shù)之一。非碳鋼管系制作專用工場(chǎng)長(zhǎng)96m,寬30m,由車間原管子制作場(chǎng)地優(yōu)化改造而來(lái),除起重設(shè)備外,還改造和新添了適用于不銹鋼管系制作的鋸床、坡口機(jī)、彎管機(jī)、除塵吸引裝置、校管平臺(tái)、自動(dòng)電焊機(jī)、組對(duì)機(jī)以及氬氣供氣系統(tǒng)等先進(jìn)設(shè)備,力爭(zhēng)打造成標(biāo)準(zhǔn)化、流水線式的生產(chǎn)車間,進(jìn)一步提高公司非碳鋼類管系的生產(chǎn)效率和質(zhì)量水平。該專用工場(chǎng)在做好修船產(chǎn)品管系制作的同時(shí),主要承擔(dān)公司造船產(chǎn)品非碳鋼類管系制作,還將承擔(dān)造船轉(zhuǎn)型產(chǎn)品18600噸化學(xué)品船不銹鋼管子制作。對(duì)于提高焊接生產(chǎn)效率,減輕焊工勞動(dòng)強(qiáng)度,提升焊接質(zhì)量具有十分重要的意義。
一、管系自動(dòng)化氬弧焊焊接工藝
1. 焊接設(shè)備
管系自動(dòng)化焊機(jī)構(gòu)成:通常由焊接電源、引弧及穩(wěn)弧裝置,焊槍,供氣系統(tǒng),水冷卻系統(tǒng)和焊接程序控制裝置,機(jī)械行走機(jī)構(gòu)及送絲裝置等部分組成。焊接電源由德國(guó)EWM Phoenix 451puls型逆變MIG/MAG分體式焊接電源,帶脈沖焊功能。
采用三爪式管鉗實(shí)現(xiàn)管子、管件的自動(dòng)定心、電動(dòng)夾緊,并且穩(wěn)定旋轉(zhuǎn),配備弧壓監(jiān)控、視頻監(jiān)控等控制手段,實(shí)現(xiàn)管道打底、填充、蓋面自動(dòng)化焊接件。管鉗不僅能有效防止管件旋轉(zhuǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的軸向竄動(dòng),而且由于夾緊位置距離焊縫較近,也可最大程度的減少管子旋轉(zhuǎn)時(shí)的徑向跳動(dòng)。采用穩(wěn)定的PLC控制平臺(tái),以確保焊接系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,設(shè)備故障率極低。適用于直管對(duì)法蘭、直管對(duì)彎頭、直管對(duì)三通等多種形式的焊接,還可適用于角焊縫、對(duì)接焊縫等多種焊接形式。
2. 焊接工藝要求
焊接評(píng)定試驗(yàn)管采用船用SUS316L不銹鋼鋼管,DNV.GL船級(jí)社認(rèn)可,其規(guī)格為168mm×10 mm×250mm和168 mm×3 mm×250mm共4根,管材化學(xué)成分和力學(xué)性能如表所示。采用V形坡口,間隙2~3mm,坡口角度65°~70°,如表所示。坡口采用機(jī)加工,焊前將坡口周圍側(cè)10mm內(nèi)氧化皮、油脂和毛刺去除。管子水平隨變位器滾動(dòng),焊接機(jī)頭水平固定。焊絲牌號(hào)GMS-316LT ,型號(hào)AWS A5.9 ER316L、φ1.2mm ,認(rèn)可等級(jí)DNV.GL-S316L。
該焊絲有DNV.GL船級(jí)社認(rèn)證的自動(dòng)氬弧焊焊絲,采用類似于實(shí)芯二氧化碳?xì)怏w保焊焊絲盤(pán)狀的自動(dòng)氬弧焊機(jī)專用焊絲,重量12.5kg/盤(pán)。焊絲化學(xué)成分和力學(xué)性能如表所示。定位焊采用手工TIG焊,焊絲牌號(hào)GTS-316L、φ2.0mm。采用對(duì)稱4點(diǎn)定位焊,每處的長(zhǎng)度為6~10mm。焊縫內(nèi)作定位焊固定時(shí)需在管子內(nèi)充氬氣,定位焊固定點(diǎn)高度與寬度不得超過(guò)正式焊縫,焊點(diǎn)應(yīng)均勻牢固,不得有裂縫存在,反面成形與焊縫一致,焊接覆蓋前,應(yīng)經(jīng)裂紋檢查。保護(hù)氣體選用純度99.99%的氬氣,焊接過(guò)程中保護(hù)氣體流量15~20L/min,管內(nèi)背側(cè)充氣保護(hù),氣體流量為20~25L/min。電源極性采用直流正接方式。焊接參數(shù)如表所示,焊接參數(shù)可以在焊機(jī)上預(yù)設(shè)置。
3. 注意事項(xiàng)
①. 鎢極伸出長(zhǎng)度為伸出陶瓷噴嘴5~8mm,焊絲處于鎢極正下方2mm處。
②. 焊接前注意焊槍電纜的擺放位置,焊前變位器需逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)360°,使管子焊縫在槍頭下繞一圈,以免焊接過(guò)程中導(dǎo)電嘴碰到坡口和管子運(yùn)轉(zhuǎn)有上下跳動(dòng)。
③. 焊前鎢極應(yīng)精確定位,焊接過(guò)程中注意通過(guò)線控器調(diào)整鎢極對(duì)中、高度和擺幅,避免焊偏,保持焊絲始終接觸熔池,并在保護(hù)氣體中,避免在空氣進(jìn)入熔池中引起氣孔。
④. 為了確保收弧處的焊接質(zhì)量,在熄弧后仍必須進(jìn)行持續(xù)送氣保護(hù),送氣時(shí)間為5~7秒即可。
⑤. 將以上所確定的數(shù)據(jù)形成的焊接原始程序通過(guò)設(shè)備表明輸入設(shè)備內(nèi)部,并加以保存。焊接參數(shù)可進(jìn)行試驗(yàn),通過(guò)焊接工藝評(píng)定試驗(yàn),根據(jù)焊接效果的具體情況,通過(guò)設(shè)備面板進(jìn)行的必要相修改,確定最佳焊接參數(shù)。
焊后試驗(yàn)結(jié)果與分析管材焊接工藝評(píng)定采用DNV.GL船級(jí)社規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。各項(xiàng)性能測(cè)試試驗(yàn)是嚴(yán)格按照船級(jí)社標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品使用工況要求進(jìn)行。管材焊縫試驗(yàn)內(nèi)容包括外觀檢測(cè)、無(wú)損檢測(cè)、拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、晶間腐蝕試驗(yàn)及宏觀金相等。
二、 外觀與無(wú)損檢測(cè)
焊接結(jié)束后24小時(shí),對(duì)焊接試樣焊縫進(jìn)行100%外觀檢測(cè),焊縫及熱影響區(qū)未發(fā)現(xiàn)咬邊、表面氣孔、裂紋及夾渣等缺陷,焊縫余高0.3~1.2mm,焊縫與母材之間過(guò)渡光順;焊接試驗(yàn)焊縫經(jīng)過(guò)X光射線探傷和PT檢測(cè)表明,未發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合、未焊透及夾渣等缺陷,焊接接頭焊縫質(zhì)量滿足檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。
三、拉伸試驗(yàn)
將拉伸試樣固定在MTS型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上,然后對(duì)其施加拉應(yīng)力,造成試樣軸向伸長(zhǎng)直到拉斷為止,是衡量材料強(qiáng)度的主要指標(biāo)。拉伸試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,可看出拉伸試驗(yàn)結(jié)果滿足規(guī)范要求。
四、彎曲試驗(yàn)
將加工好的標(biāo)注彎曲試樣固定在MTS型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。按規(guī)范要求各取2個(gè)正彎和2背彎試驗(yàn)用12/20mm的直徑進(jìn)行彎曲試驗(yàn),彎曲角度180°,彎曲后的試樣表面無(wú)裂紋且在任何方向上無(wú)長(zhǎng)度>3mm的其他缺陷,試驗(yàn)結(jié)果滿足規(guī)范要求。
五、宏觀及微觀金相
焊縫宏觀斷面檢查發(fā)現(xiàn)焊縫完全焊透,無(wú)裂紋等缺陷,如表所示。焊接工藝經(jīng)評(píng)定合格,取得DNV.GL的工藝認(rèn)可證書(shū),焊接工藝認(rèn)可適用范圍為SUS316L不銹鋼管系,管徑>84mm,壁厚3~20mm。
六、晶間腐蝕試驗(yàn)
按照DNV.GL規(guī)范要求進(jìn)行,試驗(yàn)合格,如表所示。
應(yīng)用在取得DNV.GL工藝認(rèn)可證書(shū)和焊工證后,焊接工藝在18600DWT 化學(xué)品船中貨液管的SUS316L不銹鋼焊接獲得應(yīng)用。以前采用手工氬弧焊時(shí),為避免管子底部位置仰焊,需要管子翻身幾次,每層焊道至少有兩個(gè)接頭,焊縫外觀成形及質(zhì)量保證對(duì)焊工技術(shù)水平依賴度高,且一次無(wú)損探傷合格率不穩(wěn)定。采用自動(dòng)氬弧焊工藝后,管系焊接無(wú)需翻身,避免立、橫、仰位置焊接,每層焊道均一次焊完,只有一個(gè)接頭,焊縫成形均勻美觀,且質(zhì)量穩(wěn)定,一次探傷合格率達(dá)到99.5%以上。焊接后不銹鋼管子經(jīng)過(guò)氣壓或水壓試驗(yàn),均無(wú)一個(gè)管對(duì)接口發(fā)生泄露。自動(dòng)TIG焊每個(gè)焊口焊接時(shí)間只需8~12分鐘,效率是手工氬弧焊的2.5倍,生產(chǎn)效率得到大幅度提高。
通過(guò)多次焊接試驗(yàn),工藝評(píng)定其力學(xué)性能符合船級(jí)社規(guī)范焊接要求,獲得了管系自動(dòng)氬弧焊的焊接參數(shù)和操作技巧,掌握了SUS316L不銹鋼管系的焊接技術(shù),解決了生產(chǎn)中的技術(shù)難題。使用GMS-316LT高合金材料作為SUS316L的焊接材料,合理控制熱輸入量、層間溫度及水冷焊縫方式,在氬氣對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格保護(hù)下,克服了使用化學(xué)成分匹配焊接材料時(shí)易發(fā)生的合金元素偏析和焊接熱裂紋傾向的不足,得到了力學(xué)性能和抗腐蝕性的焊縫接頭。管系自動(dòng)氬弧焊工藝是一項(xiàng)適合化學(xué)品船液貨艙不銹鋼管對(duì)接焊的焊接工藝,具有焊縫質(zhì)量穩(wěn)定、操作技術(shù)容易、效率高的優(yōu)點(diǎn)。
本文標(biāo)簽:不銹鋼管
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