一种大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法与流程

1.本发明涉及管件焊接领域，更具体地说，涉及一种大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法。


背景技术：

2.当前大型带孔法兰和厚壁钢管的焊接，普遍使用单独将钢管与法兰进行焊接的施工顺序。在焊接时，将法兰平置在水平胎面上，与厚壁钢管进行垂直定位焊，内部依靠码板来控制焊接变形。施工顺序为：
⑴
首先对法兰和管的正面焊道进行加热，加热到焊接要求后，可以对焊道进行打底焊，保证层间温度，并对焊道部分填充，保持预热状态；
⑵
对法兰和管的背面焊道清根，这个时候的焊道温度已经下降，需要重新对焊道预热，才能对焊道进行打底焊及填充和盖面，依然要保证层间温度，这时的内部焊道成型，然后对焊缝继续进行加热，；
⑶
对法兰和管的正面焊道进行填充和盖面，这之前，还是要对焊道进行加热，保持预热状态，保证层间温度，才能进行焊道的填充和盖面；
⑷
焊接完成后，继续加热，释放焊接应力及进行消氢处理，然后焊道进行缓冷；
⑸
无损检验。
3.以上方法存在的缺点主要有：焊接工序复杂，人为焊接质量的不可控，焊接变形量的控制难度大。预热及加热环节比较独立，不可以交叉作业。在人工焊接完成后的探伤环节，会发现返修率很高，增加了人工的工时，提高了焊材的使用量，不利于成本的控制。因此需要设计一种既能够保证焊接质量，又能够降低成本以及一并提高工作效率的新焊接方法。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法，以解决背景技术中提到的问题。
5.为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
6.一种大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法，包括如下步骤：
7.s1：将法兰放置于滚轮胎架上；滚轮胎架包括设置于支座上的两个滚轮；法兰放置于两个滚轮上方；
8.s2：将法兰与钢管通过焊接于法兰与钢管内壁的码板定位连接；
9.s3：在法兰与钢管的连接处附近固定设置火焰加热盘；
10.s4：控制火焰加热盘对法兰与钢管的连接处进行加热的同时转动法兰与钢管，直到法兰与钢管的连接处的温度为t1，t1所处范围为60℃～100℃；保持法兰与钢管的连接处的温度为t1；
11.s5：在法兰与钢管的连接处外圈外固定设置自动埋弧焊丝小车，自动埋弧焊丝小车的焊针接触于法兰与钢管的连接处外圈，转动法兰与钢管，焊针对于法兰与钢管的连接处外圈进行相对移动焊接；焊接过程中，焊针始终接触于法兰与钢管的连接处外圈；焊接完成后，焊针远离法兰与钢管的连接处外圈；
12.s6：法兰与钢管的连接处外圈焊接完成后，清除法兰与钢管连接处内圈处的码板以及从法兰与钢管的连接处外圈渗透进内圈的焊根；
13.s7：在法兰与钢管的连接处内圈内固定设置自动埋弧焊丝小车，自动埋弧焊丝小车的焊针接触于法兰与钢管的连接处内圈，转动法兰与钢管，焊针对于法兰与钢管的连接处内圈进行相对移动焊接；焊接过程中，焊针始终接触于法兰与钢管的连接处内圈；焊接完成后，移除自动埋弧焊丝小车；
14.s8：继续利用火焰加热盘对转动中的法兰与钢管的连接处进行升温加热，持续加热到温度t2，并保持温度t2的时间为t；其中t2所处范围为180℃～220℃，t所处范围为0.5h到1.5h。
15.s9：停止火焰加热盘的加热，法兰与钢管的连接处自然冷却至常温；
16.s10：对所有焊接处进行探伤。
17.火焰加热盘设置于法兰与钢管的连接处外圈外。
18.火焰加热盘设置于两个滚轮之间并位于法兰与钢管下方。
19.s5和s7中，自动埋弧焊丝小车通过脚手架固定设置。
20.s5中，焊接过程中法兰与钢管转动三圈。
21.s7中，焊接过程中法兰与钢管转动两圈。
22.t1＝80℃；t2＝200℃；t＝1h。
23.s1中，滚轮胎架设置有两组，每组滚轮胎架上设置有一个法兰，两个法兰之间通过紧固件固定；每个法兰的外侧连接于一个钢管。
24.s2到s10的步骤对于两个法兰与钢管的连接处同时进行。
25.紧固件包括双头螺柱，双头螺柱设置于螺柱保护用钢管内且双头螺柱的两端伸出于螺柱保护用钢管并分别旋入于两个法兰上的对应螺栓孔后通过螺母紧固，螺母的内侧设置有平垫圈。
26.以下为更具体的细节：
27.前期技术准备如下：
28.使用设备及配件：滚轮胎架2副，自动埋弧焊丝小车2台，双头螺柱、螺母及专用平垫圈6副，螺柱保护用钢管6根，火焰加热盘管2套；
29.为保证大型带孔法兰与管的同轴度，滚轮胎架(型号hgkf-400,滚轮线速度4.2～72m/h)首先需要摆放在水平地面上，保证地面承载力的同时，还要保证滚轮胎架的同轴度在
±
2mm范围内。
30.为了能够保证焊接质量，我们舍弃人工焊接质量的不确定性环节，尽量使用自动焊来提高焊接质量，选用公司现有自动埋弧焊丝小车(型号mz-zk-1000),其焊接速度为0.2～1.5m/min，送丝速度为0.3～3m/min。
31.双头螺柱的制备，是根据带孔法兰上孔的尺寸进行加工、制作，这里只介绍一种规格，法兰的孔径为单件法兰重量为3200kg，制备的双头螺柱规格为m95*1200-250(双头螺柱长度1200mm，螺纹长度为250mm的m95双头螺柱，等级为8.8级)。
32.带孔法兰材质为：astm-a105；厚壁管材质为：dh36，规格：φ1199.6*45。
33.对于上述步骤：
34.1.滚轮胎架的摆放，在场地内根据实际地面承载力，可铺设钢板，增加接触面积来
分布上部结构的垂直载荷。第一滚轮胎架与第二滚轮胎架，两滚轮间距为500mm；第一滚轮胎架与第二滚轮胎架两滚轮间的平面度
±
2mm，同轴度
±
2mm。
35.2.第一带孔法兰和第一带孔法兰摆放在滚轮胎架滚轮上，并使用前期技术准备的双头螺柱、螺母、专用平垫圈及螺柱保护用钢管将两个法兰进行固定，在使用双头螺柱紧固阶段，不可以对法兰进行吊装作业。
36.3.带孔法兰与厚壁钢管的固定：厚壁钢管使用专用吊带起吊到指定位置，在带孔法兰和厚壁钢管的内部焊接码板，进行定位及控制变形量。
37.4.安装火焰加热盘管及架设自动埋弧焊丝小车：火焰加热盘在法兰下方进行安装并固定；自动焊埋弧焊丝小车，需要搭设脚手架安装，并保证小车的稳定性。
38.5.焊接：严格按照wps焊接工艺要求，对应顺序进行焊接。
39.焊接前，需要对焊道进行预热，预热温度在80℃
±
20℃之间，使用工业测温枪实时监测(焊接前，滚轮胎架先空转两圈，以达到焊道整圈预热的目的)；使用滚轮胎架运行速度需与自动埋弧焊丝小车焊针推进速度保持同步；然后进行外部焊道焊接，一圈一个焊道，一共焊接三个焊道就是三圈；背部清根，对内部焊道进行焊接，焊接两个焊道，一共转动两圈；焊后，继续对焊道加热，加热到200℃，保温1个小时，然后缓冷至常温。
40.6.探伤：根据要求，进行ut及rt探伤。
41.本发明相对于现有技术的优点在于：
42.1.使工序更简化，由原来的预热，焊接等多道单独施工工序，发展成为现在的预热-焊接-加热，三位一体，同时进行。
43.2.使控制更方便，由原来只有对大、厚焊道焊接经验丰富的人才能够胜任的手工操作，发展成为现在只要会操作自动埋弧焊丝小车的人就可以很好的完成焊接。
44.3.使成品的焊接精度提高，原设计图纸要求的椭圆度为
±
5mm，现阶段可以控制在
±
1mm之间，也使焊道变得非常的美观。
45.4.使工作效率、产率大幅度提高，原来的手工焊接，焊丝直径为ф1.2mm，电流为170a-190a，工作效率低，现发展成为自动焊，焊丝直径提高到ф5mm，电流约在700a附近，工作效率和产出效率明显得到大幅提高。两组法兰与钢管同时焊接的形式也提高了效率。
46.5.降低了能耗及返修浪费，现阶段使用的机械施工，大大降低了人工的不可控性，提高了探伤合格率，探伤合格率可以从原来的85％～92％，提高到现在使用了该发明后的100％，从而杜绝了大量的浪费(返修的人工费、动能、材料、场地、起重机械等)，节省了大笔的开支。
附图说明
47.图1是本发明方法实施过程的俯视图；
48.图2是本发明方法实施过程的侧视图；
49.图3是本发明方法中两个法兰间的连接方式示意图。
50.图中，1、钢管，2、法兰，3、滚轮，4、火焰加热盘，5、脚手架，6、自动埋弧焊丝小车，7、双头螺柱，8、平垫圈，9、螺母，10、螺柱保护用钢管。
具体实施方式
51.下面结合附图对本发明的具体实施方式作描述。
52.如图1至图3所示，本发明一种大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法，包括如下步骤：
53.s1：将法兰2放置于滚轮胎架上；滚轮胎架包括设置于支座上的两个滚轮3；法兰2放置于两个滚轮3上方；
54.s2：将法兰2与钢管1通过焊接于法兰2与钢管1内壁的码板定位连接；
55.s3：在法兰2与钢管1的连接处附近固定设置火焰加热盘4；
56.s4：控制火焰加热盘4对法兰2与钢管1的连接处进行加热的同时转动法兰2与钢管1，直到法兰2与钢管1的连接处的温度为t1，t1所处范围为60℃～100℃；保持法兰2与钢管1的连接处的温度为t1；
57.s5：在法兰2与钢管1的连接处外圈外固定设置自动埋弧焊丝小车6，自动埋弧焊丝小车6的焊针接触于法兰2与钢管1的连接处外圈，转动法兰2与钢管1，焊针对于法兰2与钢管1的连接处外圈进行相对移动焊接；焊接过程中，焊针始终接触于法兰2与钢管1的连接处外圈；焊接完成后，焊针远离法兰2与钢管1的连接处外圈；
58.s6：法兰2与钢管1的连接处外圈焊接完成后，清除法兰2与钢管1连接处内圈处的码板以及从法兰2与钢管1的连接处外圈渗透进内圈的焊根，也就是清根的过程；清根是在双面焊接时，先焊完一面，再焊另一面之前，在另一面清除未熔合的焊接面，再焊接时保证焊透的措施，清根有碳弧气刨清根，机械方法(角磨机)清根等等。
59.s7：在法兰2与钢管1的连接处内圈内固定设置自动埋弧焊丝小车6，自动埋弧焊丝小车6的焊针接触于法兰2与钢管1的连接处内圈，转动法兰2与钢管1，焊针对于法兰2与钢管1的连接处内圈进行相对移动焊接；焊接过程中，焊针始终接触于法兰2与钢管1的连接处内圈；焊接完成后，移除自动埋弧焊丝小车6；
60.s8：继续利用火焰加热盘4对转动中的法兰2与钢管1的连接处进行升温加热，持续加热到温度t2，并保持温度t2的时间为t；其中t2所处范围为180℃～220℃，t所处范围为0.5h到1.5h。
61.s9：停止火焰加热盘4的加热，法兰2与钢管1的连接处自然冷却至常温；
62.s10：对所有焊接处进行探伤。
63.火焰加热盘4设置于法兰2与钢管1的连接处外圈外。
64.火焰加热盘4设置于两个滚轮3之间并位于法兰2与钢管1下方。
65.s5和s7中，自动埋弧焊丝小车6通过脚手架5固定设置。
66.s5中，焊接过程中法兰2与钢管1转动三圈。
67.s7中，焊接过程中法兰2与钢管1转动两圈。
68.t1＝80℃；t2＝200℃；t＝1h。
69.s1中，滚轮胎架设置有两组，每组滚轮胎架上设置有一个法兰2，两个法兰2之间通过紧固件固定；每个法兰2的外侧连接于一个钢管1。
70.s2到s10的步骤对于两个法兰2与钢管1的连接处同时进行。
71.紧固件包括双头螺柱7，双头螺柱7设置于螺柱保护用钢管10内且双头螺柱7的两端伸出于螺柱保护用钢管10并分别旋入于两个法兰2上的对应螺栓孔后通过螺母9紧固，螺
母9的内侧设置有平垫圈8。
72.本发明中，加热与焊接过程中，加热源和焊针本身都是不动的，是通过法兰2与钢管1在滚轮3上转动过程中实现加热的均匀与焊接位置的移动。探伤包括ut及rt探伤。
73.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：将法兰(2)放置于滚轮胎架上；所述滚轮胎架包括设置于支座上的两个滚轮(3)；所述法兰(2)放置于两个所述滚轮(3)上方；s2：将所述法兰(2)与钢管(1)通过焊接于所述法兰(2)与所述钢管(1)内壁的码板定位连接；s3：在所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处附近固定设置火焰加热盘(4)；s4：控制所述火焰加热盘(4)对所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处进行加热的同时转动所述法兰(2)与所述钢管(1)，直到所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处的温度为t1，t1所处范围为60℃～100℃；保持所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处的温度为t1；s5：在所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处外圈外固定设置自动埋弧焊丝小车(6)，所述自动埋弧焊丝小车(6)的焊针接触于所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处外圈，转动所述法兰(2)与所述钢管(1)，所述焊针对于所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处外圈进行相对移动焊接；焊接过程中，所述焊针始终接触于所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处外圈；焊接完成后，所述焊针远离所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处外圈；s6：所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处外圈焊接完成后，清除法兰(2)与所述钢管(1)连接处内圈处的所述码板以及从所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处外圈渗透进内圈的焊根；s7：在所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处内圈内固定设置自动埋弧焊丝小车(6)，所述自动埋弧焊丝小车(6)的焊针接触于所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处内圈，转动所述法兰(2)与所述钢管(1)，所述焊针对于所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处内圈进行相对移动焊接；焊接过程中，所述焊针始终接触于所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处内圈；焊接完成后，移除所述自动埋弧焊丝小车(6)；s8：继续利用所述火焰加热盘(4)对转动中的所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处进行升温加热，持续加热到温度t2，并保持温度t2的时间为t；其中t2所处范围为180℃～220℃，t所处范围为0.5h到1.5h。s9：停止所述火焰加热盘(4)的加热，所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处自然冷却至常温；s10：对所有焊接处进行探伤。2.根据权利要求1所述大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法，其特征在于，所述火焰加热盘(4)设置于所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处外圈外。3.根据权利要求2所述大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法，其特征在于，所述火焰加热盘(4)设置于两个所述滚轮(3)之间并位于所述法兰(2)与所述钢管(1)下方。4.根据权利要求1所述大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法，其特征在于，s5和s7中，所述自动埋弧焊丝小车(6)通过脚手架(5)固定设置。5.根据权利要求1所述大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法，其特征在于，s5中，焊接过程中所述法兰(2)与所述钢管(1)转动三圈。6.根据权利要求1或5所述大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法，其特征在于，s7中，焊接过程中所述法兰(2)与所述钢管(1)转动两圈。7.根据权利要求1所述大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法，其特征在于，t1＝80
℃；t2＝200℃；t＝1h。8.根据以上任一权利要求所述大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法，其特征在于，s1中，所述滚轮胎架设置有两组，每组所述滚轮胎架上设置有一个所述法兰(2)，两个所述法兰(2)之间通过紧固件固定；每个所述法兰(2)的外侧连接于一个所述钢管(1)。9.根据权利要求8所述大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法，其特征在于，s2到s10的步骤对于两个所述法兰(2)与所述钢管(1)的连接处同时进行。10.根据权利要求8所述大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法，其特征在于，所述紧固件包括双头螺柱(7)，所述双头螺柱(7)设置于螺柱保护用钢管(10)内且所述双头螺柱(7)的两端伸出于所述螺柱保护用钢管(10)并分别旋入于两个所述法兰(2)上的对应螺栓孔后通过螺母(9)紧固，所述螺母(9)的内侧设置有平垫圈(8)。

技术总结
本发明公开了一种大型带孔法兰和厚壁管高效率焊接方法，涉及管件焊接领域，包括S1：将法兰放置于滚轮胎架上；S2：将法兰与钢管通过码板定位连接；S3：设置火焰加热盘；S4：控制火焰加热盘对法兰与钢管的连接处进行加热并保温；S5：在法兰与钢管的连接处外圈在转动中焊接；S6：清除码板和背根；S7：在内圈焊接；S8：继续升温加热并保温；S9：停止火焰加热盘的加热，法兰与钢管的连接处自然冷却至常温；S10：对所有焊接处进行探伤。本发明使得法兰与管件焊接过程更加简单方便且精度、效率都更高。效率都更高。效率都更高。


技术研发人员：孙健 胡大勇 宁涛 徐志升 尹久全 郝振兴 邹广乐 尹丽丽 侯中元
受保护的技术使用者：大连船舶重工集团有限公司
技术研发日：2021.11.10
技术公布日：2022/3/8